coroziunea materialelor metalice din instalaiile
petrochimice
coroziunea materialelor metalice din instalaiile
petrochimice
Universitatea Ovidius
Facultatea de tiine Aplicate i Inginerie
Specializare Tehnologii i Management n Prelucrarea
Petrolului
STUDENT: MILITARU IONU ANDREI
PROF. COORD. : POPOVICI I. ANUL I MASTER TMPP
INTRODUCERE
Prin coroziune se neleg procesele de degradare i deteriorare a
metalelor, sau obiectelor metalice, sub aciunea agenilor chimici
din mediu.Cauza acestor modificri nedorite ale metalelor sunt
reacii chimice i, n special, electrochimice, care pornesc de la
suprafaa metalului respectiv.
Astzi, cnd industria cunoate un ritm de dezvoltare fr precedent,
coroziunea este considerata un cancer" al utilajelor, al
instalaiilor si al construciilor, un factor negativ al progresului
industrial, o sursa permanenta de accidente si cheltuieli.
Coroziunea chimic se refer la procesele de distrugere a
metalelor i aliajelor care se produc n gaze uscate, precum i n
lichide far conductibilitateelectric i n majoritatea substanelor
organice.
Coroziunea electrochimic se refer la procesele de degradare a
metalelor ialiajelor n soluii de electrolii, n prezena umiditii,
fiind nsoite de trecerea curentului electric prin metal.
Att coroziunea chimic ct i cea electrochimic, fiind procese ce
se desfasoar la interfaa metal-gaz, fac parte din categoria
reaciilor eterogene i se supun legilor generale ale cineticii
acestor reacii.
ANALIZA SISTEMELOR DE COROZIUNEDIN RAFINRIILE DE IEI
Dezvoltarea industrial din ultimele decenii a amplificat numrul
materialelor, materiilor prime, utilajelor, instalaiilor
tehnologice, iar la o alt scar a avut loc o nmulire a situaiilor de
manifestare a factorilor de risc capabili de efecte sau
accidente.
Avariile i catastrofele industriale majore, n special cele din
chimie, rafinriile de iei, petrochimie i energetic nuclear, au
sensibilizat comunitatea internaional, prin dezastrul ecologic,
social i economic produs.
Coroziunea este considerat una din cele mai importante probleme
ale societii noastre moderne, rezultnd n fiecare an pierderi de
sute de miliarde de dolari.
CARACTERIZAREA MEDIILOR TEHNOLOGICE
Mediile tehnologice specifice rafinriilor conin diveri ageni de
coroziune care pot proveni din:
- ieiul brut care se prelucreaz cu apa salin care l nsoete de la
schel.
- Substanele chimice care se utilizeaz n procesele de
prelucrarea ieiului.
- Mediul nconjurtor.
Multe substane care se gsesc n compoziia ieiului, n cantiti
variabile i apreciabile sunt responsabile direct sau indirect n
apariia fenomenelor de coroziune i depuneri la echipamentele
metalice ale instalaiilor tehnologice. Dintre ele se remarca
clorurile, compuii cu sulf, oxigenul i compuii cu oxigen, compuii
policiclici cu oxigen, sulf i azot, dioxidul de carbon i diferite
substane minerale. Acetia acioneaz ca atare, n combinaie unii cu
alii sau prin descompunere dau natere la ageni foarte agresivi cum
sunt: acidul clorhidric, hidrogenul sulfurat, acizii politionici,
acidul sulfuric, vanadaii de sodiu, clorurile i sulfurile feroase,
ferice i de amoniu etc.
O serie de substane se adaug n fluxul tehnologic cu rol de
catalizatori, neutralizani, ageni de tratarea apei etc., din care
menionm: acid sulfuric, acid fluorhidric, hidroxidul de sodiu,
mercur, amoniac, clorura de amoniu,
De asemenea, deplasarea curenilor de aer de pe platforma
rafinriei exercit influen mare asupra fenomenelor de coroziune.
Direcia i viteza vntului sunt hotrtoare, n privina deplasrii
agenilor chimici atmosferici de la sursa de emisie. O parte din
aceti compui, acioneaz ca atare degradnd materialele cu care vin n
contact iar alt parte, sub aciunea umiditii (precipitaii
atmosferice) se transform n acizii corespunztori cu aciune
accentuat asupra dizolvrii metalului sau betonului.
TIPURI DE MATERIALE METALICE UTILIZATE PENTRU CONSTRUCIA
ECHIPAMENTELOR N INSTALAIILE DE PRELUCRARE A IEIULUI
Materialele de construcie principale, pentru echipamentele
metalice din instalaiile de prelucrarea ieiului sunt oeluri carbon,
oeluri aliate cu molibden i crom-molibden (n instalaiile de
reformare catalitic, hidrotratare i hidrocracare, unde se lucreaz n
mediu de hidrogen i compui cu sulf, la temperaturi ridicate),
oeluri inoxidabile, aliaje pe baz de cupru, nichel i aliajele
sale.
Majoritatea echipamentelor metalice sunt confecionate din oel
carbon (coloane de fracionare, vase de msur, rezervoare de
depozitare, conducte, pompe, structuri metalice, suporturi
etc.).
FORME DE COROZIUNE SPECIFICE
Coroziunea atmosferic. Acest tip de coroziune este provocat n
mod obinuit de aciunea combinat a oxigenului, vaporilor de apa si
bioxidului de carbon coninute n aerul curat, la care se adaug
clorura de sodiu in regiunile, maritime. Coroziunea atmosferica
este mai intensa in aerul cald si bogat in vapori de apa de la
tropice.
Coroziunea n sol. Cantitatea din ce m ce mai mare de oel ngropat
n sol sub forma de conducte pentru transportul produselor
petroliere si al gazelor a atras atenia asupra acestui tip de
coroziune. Coroziunea in sol este un fenomen deosebit de complex
din cauza numeroilor factori care l pot determina (umiditate,
oxigen, sruri, acizi organici, microorganisme aerobe, microorganism
anaerobe, curent, vagabonzi, diferite substane chimice infiltrate
in sol in regiunile industriale etc.)..
Coroziunea microbian. Provocata de diverse microorganisme,
coroziunea microbiana are loc prin intermediul produselor chimice
rezultate din metabolismul microorganismelor.
Coroziunea uniform se caracterizeaz prin faptul ca viteza de
atac a agentului coroziv este aceeai pe toat suprafaa metalului. O
coroziune de acest tip se poate exprima prin grosimea stratului
corodat, in funcie de timp (de exemplu mm/an).
In cazul coroziunii neuniforme, viteza de coroziune nu este
chiar identica in toate punctele suprafeei atacate, ceea ce are ca
urmare obinerea unei suprafee mai puin uniforme. In cazul acesta
coroziunea se exprima in grame de metal corodat pe unitatea de
suprafa, in funcie de timp.
Coroziunea in pete este o varianta mai accentuat a coroziunii
neuniforme.
Coroziunea perforant (in cratere, in ciupituri, pitting) este
varianta extrema a coroziunii neuniforme. In acest caz pe o suprafa
mai mare, atacul poate fi localizat ntr-un singur punct in care
coroziunea progresnd rapid perforeaz in scurt timp o placa de
metal, scond din uz un reactor, un rezervor, o conducta etc.
Coroziunea perforanta se exprima prin numrul i adncimea craterelor
formate pe unitatea de suprafa, in funcie de timp.
FORME DE COROZIUNE SPECIFICE INSTALAIILOR DIN RAFINRIILE DE
IEI
In instalaiile din rafinrie i petrochimie, datorit complexitii
mediilor de lucru, varietii de materiale utilizate i condiiilor
tehnologice severe, fenomenele de coroziune se manifest, n funcie
de aspectul i caracterul distrugerii, sub form de coroziune continu
(generalizat), localizat, selectiv, galvanic, sub tensiune,
microbiologic, sub aciunea hidrogenului etc.
Coroziunea generalizat su continu apare i se dezvolt, uniform
sau neuniform, pe ntreaga suprafa a metalului, aflat sub aciunea
mediului coroziv.
Aspectul uniform al coroziunii, caracterizat prin aceeai vitez
de atac pe ntreaga suprafa apare la echipamentele din oel carbon, n
mediu de hidrocarburi (benzin, petrol, motorin etc.), la oelurile
inoxidabile n soluii diluate de acid maleic la diferite aliaje n
medii tehnologice n prezena inhibitorilor de coroziune etc.
Aspectul neuniform al coroziunii generalizate, caracterizat prin
atac diferit pe anumite zone ale suprafeei, apare la coloanele de
fracionare produse petroliere cu conductele aferente, rezervoarele
de depozitare, vasele de reflux, construciile metalice, suprafaa
exterioar neprotejat a recipientelor i conductelor n contact cu
agenii chimici atmosferici etc.
Coroziunea localizat se produce pe anumite zone ale suprafeei
metalice sub form de puncte (pitting), pete, plgi sau caverne,
fisuri etc. Prezena unor anioni n fluidele tehnologice din
rafinrie, cum sunt cei de halogen, n prunul rnd ionii de clor,
favorizeaz apariia i dezvoltarea coroziunii n pitting a
materialelor metalice pasivabile. In instalaiile din rafinrie se
ntlnete la:
- Oelul inoxidabil n medii impurifcate cu compui cu clor i acid
clorhidric, H2S04, FeCI2/FeCI3, acid maleic concentrat, acizi
politionici etc.
- Utilajele din oel carbon, oel aliat sau alam n contact cu apa
recirculat de rcire, abur sau medii tehnologice petroliere
impurificate cu cloruri, cianuri, amoniac, ioni sulfhidrici,
oxigen, sulfocianuri, ioni metalici cu valena variabil sau depuneri
sub care se formeaz elemente cu aerare diferenial.
Pete de coroziune se ntlnesc la plcile tubulare ale
schimbtoarelor de cldur, din oel carbon, n contact cu apa de rcire,
fasciculele tubulare prin care circul efluent reactor (benzin cu
hidrogen contaminat cu cloruri i compui cu sulf), mantalele
schimbtoarelor de cldur, talerele, virolele i clopoeii coloanelor
de fracionare sau recipienii n contact cu mediul atmosferic.
Coroziunea selectiv se caracterizeaz prin distrugerea unui
singur constituent (element) sau a unui component chimic al
aliajului, respectiv dezincarea sau grafitizarea.
Coroziunea fisurant este una din formele cela mai periculoase de
coroziune care apare la utilajele din rafinrie i petrochimie,
caracteristic aliajelor cu o structur eterogen i cu proprieti
mecanice ridicate: oeluri inoxidabile, oeluri slab aliate, aliaje
de aluminiu, aliaje Cu-Zn, Cu-Ni etc. Mediile care favorizeaz
apariia acestei forme de coroziune sunt de natur organic sau
anorganic. Se manifest intercristalin i transcristalin, nefiind
vizibil adesea macroscopic.
In sistemul de rcire cu ap recirculat i anume la bazinul
turnului de rcire, pe plcile pentru dispersia apei i la
schimbtoarele de cldur cu conductele aferente ntlnim efecte ale
coroziunii microbiologice. Aceast form de coroziune prezint
nesiguran n funcionarea instalaiei ceea ce impune oprirea acesteia
i remedierea defeciunilor care necesit cheltuieli mari.
Coroziunea sub form de umflturi (blistering), datorit
hidrogenului atomic este caracteristic mediilor de hidrogen
sulfurat, cianuri etc., din instalaiile Cracare catalitic ,
Hidrofinare benzin i instalaia de fad, din cadrul rafinriei de
iei.
SOLUII DE PROTECIE SI REDUCERE A PIERDERILOR DE MATERIALE
METALICE DIN CAUZA FENOMENULUI DE COROZIUNE
Protecia mpotriva coroziunii reprezint totalitatea msurilor care
se iau pentru a proteja materialele metalice de aciunea distructiv
a mediului nconjurtor. Aceste metode sunt foarte variate, datorit
att diversitii materialelor metalice i condiiilor de funcionare
(mediu, temperatur etc.), ct i posibilitile de realizare a
proteciei, posibiliti care depind i de forma, mrimea, amplasarea
sau locul pe care l ocup n linia tehnologic din care face parte
produsul.
Exist multe criterii de clasificare a metodelor de protecie. Dup
factorul asupra cruia acioneaz, ele pot fi clasificate n urmtoarele
grupe principale:
-Protecie anticoroziv prin tratarea mediului;
-Protecie anticoroziv prin metode electrochimice;
-Protecie anticoroziv prin modificarea compoziiei i structurii
materialelor metalice;
-Protecie mpotriva coroziunii prin acoperirea suprafeelor;
-Prevenirea coroziunii prin proiectare.
Inhibitorii de coroziune se utilizeaz n procesele de extracie i
prelucrare iei i gaze, industria chimic, dezincrustare/decapare
chimic a metalelor feroase i neferoase, tratarea apelor etc.
Un avantaj important const n faptul c se pot introduce n
instalaia industrial care este n funciune, fr a fi necesar s fie
oprit, cu pierderi de producie.
INHIBITORII DE COROZIUNE
Inhibitorii de coroziune pentru combustibili trebuie considerai
ca mijloace auxiliare, mijlocul principal de combatere acesteia
constnd n rafinarea, depozitarea i utilizarea judicioas a
combustibililor.
Din punct de vedere chimic, aceti inhibitori pot fi: olei-amid
substituit, alchil-fosfat, acid linoleic dimerizat, derivai ai
etilen-diaminei, amine grase i altele.
Adugarea aminelor grase etoxilate mbuntete n mod apreciabil
condiiile de transport, depozitare si utilizare.
Inhibitorii de coroziune pentru uleiurile minerale se mpart in
mai multe grupe:
coninut de sulf;
cu coninut de fosfor;
pe baza de fenoli;
METODE DE PREVENIRE SAU DE LIMITARE A EFECTELOR COROZIUNII
Alegerea adecvata a materialului din care se construiesc
utilajele
Din punctul de vedere al combaterii coroziunii ar fi ideal sa se
utilizeze pe scara larga metalele nobile. Excepionale proprieti
anticorozive ale platinei au permis utilizarea ei la construcia
anumitor vase de laborator.
Cercettorii recurg uneori la utilizarea metalelor nobile sau
semimobile chiar la construirea unor piese din instalaiile pilot.
S-au construit de exemplu autoclave de nalt presiune din oel placat
cu argint.
Otelul carbon este ieftin, se procura uor, are o tehnologie de
prelucrare bine pusa la punct i cunoscuta pretutindeni, rezista
bine la ocul termic si mecanic, motiv pentru care proiectanii l
aleg ca material de construcie de cte ori este posibil.
Este adevrat ca utilajele construite din oel sunt relativ uor
corodabile ns se iau masuri in limita posibilitilor pentru
eliminarea acestei deficiene, prin tratamente termice, tratamente
mecanice, aliere etc.
Izolarea utilajelor de mediul agresiv prin aplicarea unor
straturi de protecie
In acest caz, solicitrile mecanice sunt preluate din oelul din
care este construit utilajul, iar solicitrile chimice de stratul
protector. De exemplu, cptuirea reactoarelor de otel cu plumb,
cupru, aluminiu, cauciuc, crmiz. Unii autori recomanda ca in spaiul
dintre otel i cptueala sa se introduc un inhibitor adecvat de
coroziune, care sa protejeze otelul de lichidul agresiv strecurat
prin eventualele fisuri.
Anumite sectoare care nu sunt supuse la ocuri termice sau
mecanice se protejeaz in mod eficient prin intermediul unor
pelicule de smal antiacid.
Cea mai rspndit metoda de protecie anticoroziva consta in
utilizarea peliculelor de lacuri i vopsele. Adugarea de inhibitori
de coroziune in masa peliculogena ridica uneori in mod substanial
eficiena acestora.
Micorarea sau eliminarea agresivitii mediului prin eliminarea
agentului coroziv.
Eliminarea agentului coroziv se poate face prin mijloace fizice,
prin mijloace chimice sau prin masuri tehnico - administrative. De
exemplu, este cunoscut faptul ca apa i mai ales apa srat coninnd
oxigen dizolvat atac mult mai puternic otelul dect apa lipsita de
oxigen. Prin urmare, eliminnd oxigenul din apa prin mijloace fizice
sau prin mijloace chimice aceasta va deveni mai puin coroziva.
Apele reziduale acide trebuie neutralizate nainte de trecerea
lor prin conducte de otel. In unele ntreprinderi defectuos
proiectate sau exploatate se rspndesc in atmosfera ageni corozivi
(acid acetic, acid clorhidric, clor etc.). Aceti ageni ataca
exteriorul utilajelor.
Exploatarea corecta a instalaiilor
De multe ori instalaiile proiectate si construite in mod corect
sunt degradate de coroziune in urma neglijentelor din exploatare.
Trebuie sa se acorde o atenie deosebita disciplinei tehnologice in
vederea eliminrii cazurilor de coroziune accidentale.
Proiectarea instalailor industriale mai ales in cazul
tehnologiilor noi se face adesea pe baza unor experimentri de
scurta durat. In astfel de cazuri, uneori coroziunea apare dup un
timp mai lung de la punerea in funciune. Inginerul specialist in
coroziune, trebuie sa urmreasc in timp comportarea instalaiilor si
sa studieze metodele adecvate pentru remedierea deficienelor.
Folosirea inhibitorilor de coroziune
Substanele adugate in cantiti mici mediului agresiv inhibitorii
de coroziune ncetinesc si chiar opresc procesul de coroziune. Ei nu
trebuie confundai cu ageni de dezactivare stoechiometrica a
agenilor corozivi.
BIBLIOGRAFIE
Denny A. J., Principles and prevention of Corrosion, 2nd Ed.,
Prentice Hali, Upper Saddle River, NJ, USA, 1996
Pavel A., Sigurana n funcionare a utilajelor petrochimice, voi.
3, Editura Tehnic, Bucureti, 1988
Raeev S., Conversia hidrocarburilor, voi. 2, Editura Yecasin,
Bucureti, 1996
Chesa I., Lascu - Simion N., Nedelcu C.,Rizescu C., Teodorescu
M., Alegerea i utilizarea oelurilor, Editura Tehnic, Bucureti,
1984
Truculescu M., Ieremia A., Oeluri inoxidabile i refractate,
Editura Facla, Timioara, 1983
Hagyma Gh., Firoiu C., Radovici O., Coroziunea i protecia
metalelor, Editura Tehnic, Bucureti, 1963
Zamfir S., Vidu R., Brnzoi V., Coroziunea metalelor metalice,
Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1994
Drimu I., Adamache i Eugenia Ludoan I., Inhibatori de coroziune,
Editura Tehnic, Bucureti, 1968
Oniciu I., Ivcan t., Apostolescu Maria, Schmidt Eugenia,
Coroziunea metalelor.Aspecte fundamentale i de protecie
anticoroziv, editura tiinific i Enciclopedic Bucureti, 1986
Economic Effects of Metallic Corrosion in the United States,
Batelle Memorial Institute for the National of Standards ( NBS ) -
The National Institute of Science and Technology, 1995
Corrosion Cost and Preventive Strategies in the United States,
http://www.corrosioncost.com/home.html
http://corrosion-doctors.org/index.htm
Mihalcu, M., Coroziunea, Editura tiinific Bucureti, 1966
http://www.nims.qo.ip/corrosion/corrosion cost.pdf
Radoi I. - Introducere in coroziunea si protecia metalelor si
aliajelor, Editura Facla, Timioara, 1982
Pavel A. - Surse si riscuri de avarie in Petrol - Petrochimice -
Chimie, Universitatea de Petrol si Gaze din Ploieti, 1993
V MULUMESC PENTRU ATENIA ACORDAT !!