VELOCIDAD DE EROSIONLa velocidad de erosin por encima del cual se puede producir la erosin puede estimarse a partir de una ecuacin emprica que se presenta en 14E API RP. La ecuacin no tiene ninguna relacin con demostrado la corrosin. Sin embargo, si el fluido es corrosivo, el inicio de la erosin tiene un efecto catastrfico en la velocidad a la cual el acero desaparece.

Dnde: Ve = velocidad mxima permitida, pies / seg. Por encima del cual se espera que se produzca la erosin para un fluido limpio y libre de slidosM = Una constante, tpicamente 100-125p = Densidad del fluido a presin que fluye y la temperatura, lb/ft3Esta ecuacin fue desarrollada originalmente por la Marina de Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. En base a las pruebas con lquidos libres de slidos que llegaron a un valor de C = 160. Sin embargo, la API recomienda valores de C de 125 para el flujo intermitente y 100 para el flujo continuo. Esta ecuacin se utiliza para mezclas de gas / lquido, as como lquidos.Si el fluido contiene cantidades significativas de slidos suspendidos, muchos operadores utilizan valores de C de menos de 100.Para el agua, la ecuacin se convierte en:

Asumiendo que el agua tiene una gravedad especfica de 1,0, podemos resolver la ecuacin para varios valores asumidos de C a examinar la gama de velocidades de erosin probables como se muestra en la Tabla 4.3.

Por lo tanto, basado en la Ecuacin Anterior, es poco probable que la erosin pura constituyera un problema importante en la mayora de los sistemas de inyeccin de agua, independientemente del valor de C que se elige.

Altas velocidades por lo general no son un problema en sistemas en los que el fluido debe ser bombeado a distancias considerables, ya que la potencia de la bomba requerida para superar las prdidas por friccin a velocidades ms altas tiende a ser excesivo. Sin embargo, las altas velocidades son comunes en algunos sistemas de inyeccin de agua en alta mar compactos donde las distancias son cortas y los volmenes inyectados son grandes.Oleoductos (PipeLines)La experiencia adquirida en los Estados Unidos en la tubera de dimetro pequeo, por lo general en el rango de 2-8 pulgadas [20.5 cm], indica que las velocidades tpicas de 3-5 m / s [1-1,5 m / s] son aceptables para sistemas de inyeccin de agua, y al menos un autor aboga por una serie de 2-7 m / s (0,6 a 2,1 rn / s).La llegada de grandes sistemas de inyeccin de agua de mar en el Oriente Medio y en otros lugares ha hecho que sea muy difcil disear econmicamente un sistema de inyeccin dentro de estos lmites de velocidad y las velocidades en el rango de 7 a 12 pies / seg ( 2.1 a 3.6 m / s ) son comunes .En la mayora de los sistemas, el problema principal es que las lneas de inyeccin son de gran tamao en ciertas partes del sistema, lo que resulta en velocidades muy bajas. Se recomienda una velocidad mnima de 3 ft / s (1 m / s) para las lneas de inyeccin de agua.Las velocidades suficientemente altas como para causar problemas de erosin se presentan con menos frecuencia.EmbarcacionesVelocidades son tpicamente bajas en los vasos, lo que hace la acumulacin de slidos una certeza virtual. Esto se traduce inevitablemente en un aumento de las tasas de corrosin y actividad bacteriana debajo de los slidos. Para empeorar las cosas, los productos qumicos, tales como inhibidores de la corrosin y biocidas tienen una eficacia limitada debido a que los slidos acumulados les impiden alcanzar la superficie del metal.Todas las embarcaciones deben estar diseadas para facilitar la remocin de slidos. Por ejemplo, los tanques de cono fondo equipados con un sistema de inyeccin interna y centro de permiso de drenaje remocin de slidos regulares y sin un sistema de parada, o entrada al buque.reas de alta a baja velocidadLos sistemas pueden contener reas adyacentes que estn expuestas a diferentes velocidades de agua. Si no hay oxgeno presente, la zona de alta velocidad es andico al rea de baja velocidad y se corroe. Si el oxgeno est presente, la zona de baja velocidad recibe menos oxgeno, acta como el nodo y se corroe.

Aumento de la velocidad en un sistema oxigenada puede causar un aumento inicial en la velocidad de corrosin ( ms suministros de oxgeno ) , a continuacin, en efecto, ralentizar la reaccin como la velocidad se incrementa an ms debido a la formacin de Fe (OH ) 3 en la superficie de metal . Un aumento adicional puede rasgar la pelcula protectora de la superficie.Formas de corrosinLa corrosin puede ser uniforme en la naturaleza, dando como resultado el adelgazamiento uniforme, o puede estar localizada en forma de hoyos discretos o reas localizadas ms grandes. La corrosin localizada suele ser la ms desastrosa y los ms difciles de detectar.Ataque localizado toma varias formas diferentes y es causado por una variedad de situaciones diferentes.1. Corrosin galvnicaCuando dos metales diferentes se ponen en contacto en un electrolito, la velocidad de corrosin del metal ms reactivo generalmente aumentar y la velocidad de corrosin del metal menos reactivo disminuir. Esta forma de corrosin se refiere a la corrosin como bimetlico o galvnica.En un par galvnico, el metal ms activo se conoce como el nodo y el metal menos reactivo se conoce como el ctodo. Uno de los factores ms importantes en la corrosin galvnica es la relacin del rea del ctodo expuesto a la superficie expuesta del ctodo. Esto se denomina el "efecto de rea. La relacin ms desfavorable es un gran ctodo conectado a un pequeo nodo.Si hay una marcada tendencia de un metal a corroer con preferencia a otra, tal como hierro y cobre expuesto en agua salada aireado, el metal menos resistente sufre toda la corrosin. Por lo tanto, remaches de acero en Monel o lmina de cobre se corroen muy rpidamente; Remaches Monel en la placa de acero causan poco dao.La corrosin acelerada debido a efectos galvnicos es por lo general mayor cerca de la unin de los dos metales.Cascarilla de laminacin es menos reactiva que el acero, por lo que si la tubera est cubierta de escamas de laminacin, que posteriormente se elimina parcialmente o derribado, la cascarilla de laminacin actuar como ctodo y el acero desnudo actuar como nodo y se corroe.Un fenmeno similar ocurre con frecuencia cuando la nueva tubera se conecta a la tubera vieja, sobre todo en la corrosin externa. La nueva tubera acta como el nodo y se corroe preferentemente.Este principio se utiliza de una manera beneficiosa en la proteccin catdica. Acero est conectado a un metal ms reactivo, tal como magnesio, y est "protegido" (no se corroe). El acero se ha convertido en un ctodo y el metal ms reactivo el nodo.

Preferencial Weld CorrosinLa corrosin galvnica se produce con frecuencia en o adyacente a las soldaduras. La corrosin acelerada se ha observado tanto en el metal de soldadura y en la zona afectada por el calor (HAZ) adyacente a las menciones de soldadura. Las pequeas diferencias en la qumica entre el material de soldadura y la tubera de la lnea se consideran la causa principal de este problema. Tratamiento trmico posterior a la soldadura inadecuada tambin puede ser responsable de la corrosin acelerada en la HAZ.2. Las clulas de concentracin La corrosin localizada tambin puede ser creada por diferencias en la composicin de electrolito en dos puntos adyacentes en la superficie del metal.

Corrosin de la grieta Las grietas promueven la formacin de clulas de concentracin. Esto es especialmente grave en los sistemas oxigenados en el que el oxgeno en la grieta puede ser consumido ms rpidamente que oxgeno fresco puede difundir en la grieta. Esto hace que el pH en la grieta para disminuir, lo que resulta en un ambiente ms cido, lo que acelera la corrosin. Interfaz de aire-agua El agua en la superficie contiene ms oxgeno que el agua ligeramente por debajo de la superficie. La diferencia en las concentraciones causar ataque preferencial en la lnea de agua. Tubercles oxgeno Esta es una forma de picaduras que resulta de la mismo tipo de mecanismo como corrosin de la grieta. Se alent por la formacin de una capa porosa de xido de hierro o hidrxido de que protege parcialmente la superficie de acero.Escalas y LodosLa deposicin de cualquier slido sobre una superficie metlica que no es suficientemente apretada y no poroso para proteger completamente la superficie del metal puede causar un aumento de la corrosin en el depsito debido a la concentracin diferencial. Incluso apretados, escamas adheridas pueden crear problemas si se forman slo en puntos en lugar de manera uniforme sobre la superficie del metal. Sulfato de bacterias reductoras prosperan bajo incrustaciones y lodos, la creacin de H2S y causando picaduras localizadas.3. Erosin - Corrosin y pinzamientoLa formacin de una capa de productos de corrosin sobre la superficie de un metal que se corroe por lo general resulta en la disminucin de las tasas de corrosin. El producto de la corrosin acta como un recubrimiento ms bien pobre y protege parcialmente la superficie.

La eliminacin del producto de corrosin por erosin debido a las altas velocidades, la turbulencia, o la accin abrasiva de slidos en suspensin puede resultar en el aumento de las tasas de corrosin mediante la exposicin continua de metal fresco al electrolito. Esta forma de corrosin se llama la erosin - corrosin y es una causa comn de insuficiencia. Los aceros al carbono son particularmente susceptibles a esta forma de ataque cuando los productos de corrosin que forman son suaves y fcilmente eliminados, tal como carbonato de hierro.La erosin - corrosin que normalmente se produce en zonas localizadas, tales como curvas o codos. Sin embargo, puede ser bastante generalizada en un sistema si cantidades significativas de slidos suspendidos estn presentes.Se han propuesto varias ecuaciones para el clculo de la velocidad mnima para el inicio de la erosin y corrosin, pero ninguno ha sido probado hasta la fecha. En este momento simplemente podemos afirmar que las tasas de corrosin son generalmente mucho ms graves cuando los caudales son superiores a la velocidad de erosin.Un fenmeno similar a la erosin - corrosin, pero an ms localizado se conoce como pinzamiento. Esto ocurre cuando una corriente incide sobre la superficie de un metal y se rompe pelculas protectoras en zonas muy pequeas, lo que resulta en hoyos o agujeros en los puntos de pinzamiento4. CavitacinLa cavitacin es causada por la formacin repetida y posterior colapso de burbujas de vapor en un lquido sobre una superficie metlica. Daos por cavitacin es un problema frecuente en impulsores de la bomba centrfugo, los extremos de fluidos de bombas de mbolo y aguas abajo de las vlvulas de estrangulamiento.Para que se produzca cavitacin, la presin debe primero caer lo suficiente como para permitir que el agua se evapore. La presin entonces debe aumentar lo suficiente como para colapsar las burbujas de vapor de agua. La repeticin de este proceso a alta velocidad, tales como en el caso de una bomba, forman burbujas de vapor y el colapso rpidamente. Los clculos han demostrado que se derrumban rpidamente las burbujas de vapor producen ondas de choque con presiones de hasta 60.000 psi (415 000 kPa). Fuerzas este alto pueden causar dao de dos maneras: Cualquier pelcula protectora de productos de corrosin son destruidos en el punto de colapso de la burbuja que resulta en aumento de la corrosin. La fuerza es suficiente para partculas metlicas fsicamente desgarro de la superficie.Por lo tanto, en un dao por cavitacin de fluido corrosivo es el resultado tanto de la corrosin y los efectos mecnicos.

La figura 4.10 muestra un perfil de presin en una bomba centrfuga. Si la presin mnima es suficiente para permitir la formacin de burbujas de vapor baja y el impulsor crea una presin suficiente para aplastar ellos, se producir cavitacin.

Dicho de otra manera, la carga disponible neta positiva de succin (NPSH) en la brida de succin de la bomba debe ser mayor que la NPSH requerida por la bomba para evitar cualquier vaporizacin del lquido a medida que fluye desde la brida de succin de la bomba en los labes del impulsor. La NPSH disponible puede ser calculada como se indica por Abbott. Vlaming presenta un mtodo para estimar la requerida para las bombas centrfugas, y Miller discute los efectos de NPSH en las bombas de movimiento alternativo. La cavitacin tambin puede ocurrir inmediatamente aguas abajo de las vlvulas de control. Cuando el fluido pasa a travs de una restriccin, se acelera y la presin cae como se muestra en la Figura 4.11. Es posible que la presin en la vena contracta (punto de seccin transversal mnima corriente de fluido) a caer por debajo de la presin de vapor del lquido, permitiendo que las burbujas de vapor para formar. Una vez pasada la vena contracta se desacelera lquidos, y si los posteriores aumentos de la presin exceda la presin de vapor, las burbujas se derrumbar, y cavitacin ocurrir.

Este tipo de problema es una ocurrencia comn en los sistemas de inyeccin de agua, donde una porcin de la salida de las bombas de inyeccin de alta presin se omite a travs de una vlvula de control de nuevo a un tanque de succin atmosfrica.Anti - cavitacin " vlvulas se pueden emplear para evitar este problema. Vlvulas de este tipo reducen la presin en una serie de cadas de presin por etapas. Esta tcnica mantiene la presin de flujo por encima de la presin de vapor del lquido, y las burbujas de vapor no pueden formar, evitando as la cavitacin.5. Dao Por HidrgenoLos tomos de hidrgeno se forman en las zonas catdicas en una superficie de acero durante la corrosin por gases cidos como se mencion anteriormente. En los sistemas de dulces, al aire libre, la mayora de los tomos de hidrgeno se combinan en la superficie metlica para formar molculas de gas de hidrgeno que posteriormente evolucionan a partir de la superficie de metal en el agua.En los sistemas de agrios, iones sulfuro ralentizar la velocidad a la que los tomos de hidrgeno se combinan para formar molculas de gas de hidrgeno. Esto se traduce en un aumento del nmero de tomos de hidrgeno en la superficie del metal, que proporciona la fuerza motriz para la difusin de tomos de hidrgeno en el acero. Los tomos de hidrgeno son extremadamente pequeos y pueden difundirse a travs de la mayora de los metales.Hay tres tipos de daos que pueden ser causados por la difusin del hidrgeno atmico en el acero: ampollas de hidrgeno. Sulfuro Stress Cracking (SSC) y de hidrgeno agrietamiento inducido (HIC).5.1 Ampollas de hidrgeno Durante la corrosin cida, el hidrgeno atmico se difunde a travs de acero se pueden combinar para formar hidrgeno molecular dentro de defectos estructurales, tales como huecos, laminaciones, microfisuras, o discontinuidades alrededor de inclusiones. Una vez que el hidrgeno molecular se ha formado dentro de un defecto, que est atrapado, porque las molculas de gas de hidrgeno son demasiado grandes para difundirse fuera a travs de la retcula de metal. Como la corrosin contina, los tomos de hidrgeno siguen difundir en el defecto de la creacin de molculas de hidrgeno adicionales, aumentando as la presin en el defecto. El aumento de presin hace que el crecimiento y la posterior separacin de la falla. Este proceso se ilustra en la Figura 4.12. La corrosin se produce en la superficie superior del metal, y tres cosas estn sucediendo a los tomos de hidrgeno:

1. Una parte se estn combinando para formar molculas de gas de hidrgeno en la superficie de corrosin. 2. Algunos tomos difunden completamente a travs del metal para combinar en la superficie externa.

3. Los tomos se difunden en el vaco y forman gas hidrgeno all. La presin creada eventualmente se deformar el metal y causar una ampolla.Ampollas suele limitarse a los grados de menor resistencia del acero (70.000 a 80.000 psi) resistencia a la traccin y una dureza de RC 22 o menos). Curtido o aceros de alta resistencia normalmente romper en lugar de la ampolla.Formacin de ampollas de hidrgeno es principalmente una funcin de la " limpieza ", de acero que est relacionado con las impurezas en el acero y el mtodo de fabricacin.

5.2 El hidrgeno agrietamiento inducido (HIC)A veces llamado "agrietamiento por etapas" o "agrietamiento blister", hidrgeno agrietamiento inducido por un caso especializado de formacin de ampollas de hidrgeno que puede ocurrir durante la corrosin cida. HIC puede ocurrir cuando un acero contiene numerosos defectos alargados que son paralelas a la superficie metlica. El hidrgeno se puede recoger a lo largo de los defectos y crear ampollas o grietas en miniatura. Grietas en un plano tienden a vincularse con grietas en planos adyacentes para formar "pasos" a travs del espesor, como se muestra en la figura 4.13. Las grietas pueden reducir el espesor de la pared en vigor hasta que la tubera est muy estresado y rupturas. Descifrando a veces se acompaa de ampollas superficie.

5.3 Sulfuro Stress Cracking Fragilizacin por hidrgeno es la rotura frgil de los materiales metlicos a niveles de tensin por debajo de su lmite de elasticidad como resultado de la exposicin a hidrgeno atmico. Esfuerzos de sulfuro de craqueo (SSC) es una forma particular de la fragilizacin por hidrgeno que se produce debido a la entrada de hidrgeno atmico en el acero como resultado de la corrosin cida. El mecanismo exacto por el cual el hidrgeno provoca una prdida de ductilidad es una cuestin de debate tcnico. A fin de que la tensin de sulfuro de craqueo a ocurrir, todos se requiere lo siguiente: 1. El sulfuro de hidrgeno 2. Agua. Incluso una cantidad traza de humedad es suficiente. 3. Un acero de "alta intensidad". El nivel de fuerza exacta vara con la composicin y la microestructura del acero. (Aunque otros materiales son susceptibles a sulfuro de craqueo. Nos limitaremos esta discusin al acero.) 4. El acero debe estar bajo tensin de traccin o carga. El estrs puede ser residual o aplicado.

Si todas estas condiciones estn presentes, el craqueo de sulfuro se puede producir despus de un cierto perodo de tiempo. Es importante darse cuenta de que el agrietamiento sulfuro generalmente no se produce inmediatamente despus de la exposicin al medio ambiente agrio, pero puede tener lugar despus de horas, das o aos de servicio. La susceptibilidad de un material a un fallo por este mecanismo est determinada principalmente por las variables discutidas en los prrafos siguientes.

5.3.1 Lmite de elasticidad o durezaAceros al carbono "simple" con lmites elsticos debajo de 90 000 a 100 000 psi [620 000-690 000 kPa] se consideran generalmente para ser inmune a sulfuro agrietamiento. Esto corresponde a una dureza de aproximadamente 22 Rc . Puntos fuertes por encima de este nivel son susceptibles a la formacin de grietas. Cuanto mayor sea la fuerza, ms corto es el tiempo hasta el fracaso. Esto se ilustra en la figura 4.14, que muestra una correlacin de tiempo de fallo con la dureza y la tensin aplicada para acero al carbono expuesto a 3000 ppm de H2S en agua que contiene 5 % de NaCl .

Si el acero se alea con otros materiales, tales como el nquel, el fallo puede ocurrir a niveles de dureza de menos de 22 Rc . Por el contrario, ciertos tratamientos trmicos pueden elevar el nivel de dureza mxima admisible por encima de este valor.

5.3.2 Nivel De EstrsEl estrs puede ser o bien residual o aplicado. El tiempo hasta el fracaso disminuye a medida que aumenta el nivel de estrs (Figura 4.14). En la mayora de los casos, el estrs resultante de una carga de traccin o de la aplicacin de presin, o ambos. Sin embargo, las tensiones residuales y puntos duros se pueden crear mediante soldadura, o por trabajo en fro del material (doblado en fro, marcas de llave, etc.)

5.3.3 La concentracin de sulfuro de hidrgeno

El tiempo para aumentos de fallo como la concentracin de H2S disminuye. Figura 4.15 muestra una correlacin entre el tiempo de fallo y la dureza de acero al carbono en 5% de solucin de NaCl que contiene diversas concentraciones de H2S. Fracasos retardado puede ocurrir a concentraciones muy bajas de H2S en agua (0,1 ppm) y a presiones parciales tan bajas como 0,001 ambiente [0,1 kPa] aunque el tiempo hasta el fracaso se vuelve muy largo.

5.3.4 Solucin de pH La tendencia a la fisuracin de los aumentos de acero al carbono como el pH disminuye en H2S que contienen salmueras como se muestra en la Figura 4.16. Los fracasos se pueden reducir drsticamente si el pH de la solucin se mantiene por encima de 9,0.

5.3.5 Temperatura La susceptibilidad de craqueo disminuye a medida que la temperatura aumenta. Esto se ilustra para los grados comunes de tubos y carcasa en la Figura 4.17. Materiales para aplicaciones en ambientes que contienen H2S deben seleccionarse de acuerdo con la norma NACE MRO175 (ltima revisin), que se discute ms adelante en este captulo.

6. Fatiga corrosinEste es el resultado de la tensin cclica y la corrosin. La mayora de las roturas de varillas de bombeo y fracasos tubera de perforacin se producen como consecuencia de la fatiga por corrosin. Tambin puede ser la causa de fallos de la bomba. Es posible en cualquier parte que se somete a una tensin cclica en un ambiente corrosivo. Se trata de una falla frgil que se puede producir un nivel de estrs muy por debajo del lmite de elasticidad.

7. La corrosin influenciada microbiolgicamente (MIC)La corrosin puede ser causada por la actividad bacteriana. El dao interno puede resultar de la actividad bacteriana en sistemas de inyeccin. Dao externo de estructuras enterradas puede ser resultado de la actividad bacteriana en los suelos. Este tema se analiza en el captulo 5.

8. Corrosin por rozamientoCorrosin por friccin se produce cuando dos superficies de metal estn en contacto unos con otros en un ambiente corrosivo y son sometidos a vibracin u otro movimiento relativo. Accelerated resultados de ataque de la eliminacin contina de las pelculas de proteccin de las superficies metlicas. Ocurre principalmente en piezas de la mquina, tales como rodamientos, ejes y engranajes de bolas y rodillos.

9. La corrosin electrolticaLa corrosin electroltica es bastante similar a la corrosin galvnica, excepto que la corriente continua causando la corrosin origina a partir de una fuente externa. Un ejemplo tpico de corrosin electroltica es la corrosin de estructuras extranjeras por las corrientes parsitas de los sistemas de proteccin catdica de corriente impresa.

10. Stress Cracking ChlorideLos aceros inoxidables de la serie 300 (tales como 304 y 316) se agrieta en la presencia de agua salada a temperaturas superiores a 150 C [66 C] en presencia de tensin de traccin aplicada o residual.

11. La lixiviacin selectivaLixiviacin selectiva es la eliminacin de un elemento de una aleacin slida por procesos de corrosin. Dos ejemplos comnmente encontrados son la eliminacin selectiva de zinc en aleaciones de latn (desgalvanizacin) y la eliminacin selectiva de hierro de fundicin gris (grafitizacin).

Dezincification (Descincacin)El mecanismo comnmente aceptado consiste en tres pasos: (1) el cobre se disuelve. (2) los iones de zinc permanecen en solucin, y (3) las placas de cobre de la solucin y se vuelvan a depositar como una rplica esponjosa, porosa de la pieza original. Ejemplos de este tipo de corrosin se han observado en los tubos del intercambiador de latn estaado.

GrafitizacinFundiciones grises son aleaciones de hierro, carbono (24%) y slice (1-3%). El carbono existe en forma de escamas de grafito dentro del metal. El grafito da el metal de un color gris en una superficie fracturada, de ah el nombre de fundicin gris.

Cuando se produce la grafitizacin, la matriz de hierro o de acero se disuelve selectivamente, dejando la red de grafito atrs. Los cambios dimensionales no se producen, pero el hierro fundido pierde fuerza y sus propiedades mecnicas, lo que resulta en una falla prematura.