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boletin iie-01-2003 - Instituto de Investigaciones Eléctricas

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Aplicaciones tecnológicas11Evaluación <strong>de</strong> la problemática<strong>de</strong> corrosión en fondos <strong>de</strong>tanques <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong>petróleo crudoJosé M. Malo T., Jorge Uruchurtu C.,Beatriz Meza y Luis F. López C.*ResumenEn este trabajo se presentan resultados relacionados con la agresividad corrosiva <strong>de</strong> los fluidos <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> crudo<strong>de</strong> la Terminal Marítima <strong>de</strong> Dos Bocas (TMDB), sobre la efectividad <strong>de</strong> los métodos <strong>de</strong> control anticorrosivo ysobre medidas <strong>de</strong> control que podrían adoptarse. Asimismo, este artículo forma parte <strong>de</strong> un trabajo realizado porpersonal <strong>de</strong>l <strong>Instituto</strong> <strong>de</strong> <strong>Investigaciones</strong> Eléctricas (IIE) durante el año 2002.La corrosión en tanques es <strong>de</strong> naturaleza electroquímica y tiene su origen en la fase acuosa que acompaña al crudoal ser extraído <strong>de</strong>l subsuelo. En el caso <strong>de</strong> los tanques <strong>de</strong> almacenamiento, la fase acuosa se separa en el fondo,ocasionado el mojado <strong>de</strong> las placas <strong>de</strong> acero <strong>de</strong>l fondo y su <strong>de</strong>gradación. Debido al limitado acceso al interior <strong>de</strong>ltanque durante su operación, se diseñó un dispositivo <strong>de</strong> pruebas que fue conectado a una válvula <strong>de</strong> drenado <strong>de</strong> untanque <strong>de</strong> la terminal. El trabajo experimental buscó evaluar la agresividad <strong>de</strong> los fluidos, el tipo <strong>de</strong> productos <strong>de</strong>corrosión formados y la eficacia <strong>de</strong> la protección catódica y <strong>de</strong> los recubrimientos. Adicionalmente, se recolectaronmuestras <strong>de</strong> fluidos para analizar el nivel <strong>de</strong> agresividad natural que presenta el agua <strong>de</strong> los tres tipos <strong>de</strong> crudos: Maya,Olmeca e Istmo, manejados en la terminal, estudiando muestras <strong>de</strong> acero y <strong>de</strong> fluidos <strong>de</strong> planta bajo condicionescontroladas <strong>de</strong> laboratorio. La agresividad se obtuvo <strong>de</strong> mediciones <strong>de</strong> velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> reacción <strong>de</strong> corrosión y <strong>de</strong>análisis <strong>de</strong> actividad microbiana. Se analizó la factibilidad <strong>de</strong> aplicar el método <strong>de</strong> protección catódica, observando suefectividad, así como formas particulares <strong>de</strong> corrosión como la que ocurre en los pontones. Los resultados <strong>de</strong>l estudioconducen a proponer un esquema <strong>de</strong> monitoreo para el seguimiento <strong>de</strong> la integridad <strong>de</strong> los recubrimientos, la operación<strong>de</strong> la protección catódica y la corrosión en tanques, con el que se podría tener un mejor control <strong>de</strong> la operación<strong>de</strong> los métodos anticorrosivos y <strong>de</strong> la <strong>de</strong>gradación que ocurre por corrosión.IntroducciónLa corrosión es un procesoelectroquímico y, por lo mismo,asume la presencia <strong>de</strong> agua en algunaforma. Por tanto, en el manejo<strong>de</strong> hidrocarburos, la corrosiónsólo toma lugar ante la presencia<strong>de</strong> agua como contaminante<strong>de</strong>l hidrocarburo. La presencia<strong>de</strong> agua pue<strong>de</strong> presentar diversasformas: como una fase separada,como gotas en una mezclaagua-aceite o como una película<strong>de</strong>lgada <strong>de</strong> agua sobre el acero.Los principales efectos corrosivosasociados al agua <strong>de</strong> crudo se explicana partir <strong>de</strong> especies agresivascomo son el dióxido <strong>de</strong> carbono (CO 2) y el ácido sulfhídrico (H 2S).Ambas especies actúan como catalizadores <strong>de</strong> las reacciones <strong>de</strong> corrosión,es <strong>de</strong>cir, facilitan las reacciones <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l acero y <strong>de</strong> reducción <strong>de</strong>hidrógeno y oxígeno <strong>de</strong>l agua. A<strong>de</strong>más, en los tanques <strong>de</strong> almacenamiento<strong>de</strong> hidrocarburos el problema se pue<strong>de</strong> ver agravado por la presencia<strong>de</strong> otros agentes agresivos como el oxígeno, la acción <strong>de</strong> bacterias y elalto contenido <strong>de</strong> cloruros que hacen inestables los productos <strong>de</strong> corrosiónque podrían actuar como barreras protectoras.La corrosión interior <strong>de</strong> los tanques <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> hidrocarburosse pue<strong>de</strong> dividir en tres zonas: (a) el techo <strong>de</strong>l tanque, (b) la pared y(c) el fondo como se ilustra en la Figura 1. En el caso <strong>de</strong>l techo o domo<strong>de</strong>l tanque, la corrosión se genera en el espacio entre éste y la fase <strong>de</strong>hidrocarburo y tiene su origen en un mecanismo <strong>de</strong> con<strong>de</strong>nsación <strong>de</strong>lagua en forma <strong>de</strong> una película <strong>de</strong>lgada <strong>de</strong> la misma, en la que se disuelveny actúan los agentes agresivos. En el caso <strong>de</strong> la pared <strong>de</strong>l tanque, ocurre* Región Marina Suroeste, Pemex Exploración y Producción.


Boletín IIE, enero-marzo <strong>de</strong>l <strong>2003</strong>12Figura 1. Zonas <strong>de</strong> corrosión en un tanque <strong>de</strong> almacenamiento.Película <strong>de</strong> aguacon<strong>de</strong>nsadaMezcla <strong>de</strong> aguaen crudoCorrosión por salmuerarica en CO 2, H 2S,Cl - , O 2y bacteriasDepósito <strong>de</strong> sulfuro<strong>de</strong> hierroAceroFase acuosaCrudopor el contacto <strong>de</strong> la fase acuosa contenida en el crudo en forma <strong>de</strong> gotas;este proceso generalmente es mitigado por el crudo mismo, que forma unafase continua que dificulta el mojado <strong>de</strong> la pared por el agua. Un caso muydiferente es el <strong>de</strong>l fondo <strong>de</strong>l tanque que es mojado directamente por la faseacuosa por períodos prolongados <strong>de</strong> tiempo, en tanto el agua es drenada.Las principales formas <strong>de</strong> control <strong>de</strong> corrosión en tanques <strong>de</strong> almacenamientoconsisten en aplicar barreras protectoras, es <strong>de</strong>cir recubrimientos,que aíslan al acero <strong>de</strong>l medio acuoso. Al envejecer, los recubrimientos<strong>de</strong>sarrollan <strong>de</strong>fectos, siendo éstos sitios susceptibles <strong>de</strong> corrosióncuya gravedad radica en la función <strong>de</strong> la agresividad natural <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>crudo. Por esta razón, es posible complementar el uso <strong>de</strong>l recubrimientocon protección catódica, a través <strong>de</strong>l que se modifica el potencial eléctrico<strong>de</strong>l acero reduciendo la velocidad <strong>de</strong> las reacciones <strong>de</strong> corrosión, aun en los<strong>de</strong>fectos <strong>de</strong>l recubrimiento. Una estrategia <strong>de</strong> control <strong>de</strong> la corrosión adicionalconsiste en el drenado periódico <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> los tanques, sin embargo,existe la preocupación <strong>de</strong> que el sistema <strong>de</strong> protección catódica se impregne<strong>de</strong> crudo al retirarse el agua y bajar el hidrocarburo hasta el fondo.Hoy en día no se cuenta con métodos <strong>de</strong> inspección que permitan<strong>de</strong>terminar el estado <strong>de</strong>l fondo <strong>de</strong>l tanque por lo que típicamente se retiran<strong>de</strong> operación cada 5 años. Si se consi<strong>de</strong>ran las dimensiones <strong>de</strong> los 14tanques <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> la TMDB (80 m <strong>de</strong> diámetro y 14 m <strong>de</strong>alto) y los altos costos <strong>de</strong>l vaciado, la interrupción <strong>de</strong> la operación y elalto costo <strong>de</strong> mantenimiento <strong>de</strong> los tanques, se compren<strong>de</strong> la necesidad<strong>de</strong> optimizar los métodos <strong>de</strong> protección que redundarían en periodos máslargos entre salidas <strong>de</strong> tanques.Corrosividad <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> tanques <strong>de</strong> almacenamientoEn esta sección se presentan los resultados <strong>de</strong> la evaluación <strong>de</strong> la agresividadcorrosiva natural <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong> tanques <strong>de</strong> almacenamiento. Las velocida<strong>de</strong>s<strong>de</strong> corrosión sirven como una referencia que permite justificar yadoptar medidas protectoras y estimar el riesgo que se corre si estas medidasno operaran correctamente. Se busca <strong>de</strong>terminar cuál es el nivel <strong>de</strong>corrosividad esperado por el contacto <strong>de</strong>l acero <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong> los tanques conla fase acuosa que ahí se separa <strong>de</strong>l crudo. Ya que la corrosión ocurre porreacciones electroquímicas, se utilizaron métodos electroquímicos para obtenerla información <strong>de</strong> la agresividadcorrosiva.Las pruebas efectuadas se realizaronen dos condiciones:• Pruebas <strong>de</strong> corrosión en untanque <strong>de</strong> pruebas conectadoal tanque <strong>de</strong> almacenamiento<strong>de</strong> crudo Istmo (TV-5<strong>01</strong>0), realizándosepruebas en muestras<strong>de</strong> acero sujetas a una inmersiónprolongada (1-3 meses).• Pruebas <strong>de</strong> corrosión <strong>de</strong> respuestarápida a partir <strong>de</strong> muestras<strong>de</strong> fase acuosa obtenidas<strong>de</strong> los fondos <strong>de</strong> los tanques<strong>de</strong> crudos Maya, Olmeca e Istmo,realizadas en laboratorioa diferentes temperaturas.Adicionalmente, se realizaronpruebas <strong>de</strong> actividadmicrobiana a través <strong>de</strong>l crecimiento<strong>de</strong> dos varieda<strong>de</strong>s típicasen medios <strong>de</strong> cultivo.Pruebas en sitio (TMDB)La pruebas en sitio buscan simularlo más posible las condiciones<strong>de</strong> operación <strong>de</strong> los tanques<strong>de</strong> almacenamiento. Llevar esteenfoque a la práctica se dificulta,<strong>de</strong>bido a los limitados accesosque el diseño <strong>de</strong> un tanque<strong>de</strong> almacenamiento contemplapara introducir muestras <strong>de</strong> aceroo probetas <strong>de</strong> prueba. Ejemplos<strong>de</strong> sitios <strong>de</strong> acceso son elcaso <strong>de</strong> el tubo guía, el tubo <strong>de</strong>muestreo o los sellos <strong>de</strong>l domo,que tienen como inconvenienteel ser espacios reducidos <strong>de</strong> trabajoy la exposición <strong>de</strong>l personala emisiones nocivas. Comoalternativa, en este proyecto sebuscó contar con una sección experimental<strong>de</strong> pruebas que permitierarealizar estudios <strong>de</strong>l efecto<strong>de</strong> una exposición prolongada<strong>de</strong>l acero a un medio acuoso<strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> almacenamiento.Este esquema <strong>de</strong> pruebas <strong>de</strong>bíacumplir con los siguiente requerimientos:


Aplicaciones tecnológicas13• Permitir que la corrosión ocurralibremente en el tiempo,<strong>de</strong>sarrollando productos <strong>de</strong>corrosión, ataque por bacterias,efecto <strong>de</strong> la proteccióncatódica, etc., que son fenómenosque no se manifiestan conclaridad en un período corto.• No interferir con la operación<strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> almacenamiento.• Contar con un fluido representativo<strong>de</strong>l fondo <strong>de</strong>l tanquey con capacidad <strong>de</strong> refrescarel flujo.• Contar con aislamiento <strong>de</strong> laatmósfera (evitar ingreso <strong>de</strong>oxígeno) y permitir colocary retirar muestras a diferentesperíodos.El tanque <strong>de</strong> pruebas fue instaladoa un costado <strong>de</strong>l tanque TV-5<strong>01</strong>0, que almacena crudo Istmo.En la Figura 2 se muestra el esquema<strong>de</strong> conexión <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong>pruebas. El ingreso <strong>de</strong> agua al tanque<strong>de</strong> pruebas se realiza a través<strong>de</strong> la apertura periódica <strong>de</strong> la válvula<strong>de</strong>l drenaje aceitoso, entrandopor la parte inferior <strong>de</strong>l tanque<strong>de</strong> pruebas. En la parte superior,el tanque <strong>de</strong> pruebas cuenta conun <strong>de</strong>sagüe, por que rebosa el aguaal alcanzar su nivel máximo permitido.El agua que sale <strong>de</strong>l tanque<strong>de</strong> pruebas se lleva al drenajeaceitoso.Procedimiento experimentalLas pruebas electroquímicas <strong>de</strong>velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> corrosión se realizaronutilizando muestras <strong>de</strong> placa<strong>de</strong> fondo <strong>de</strong> los tanques. A partir<strong>de</strong> la placa se maquinaronespecimenes <strong>de</strong> 1 cm 2 <strong>de</strong> superficieque fueron embebidos en unaresina aislante tipo poliester, paraexponer una sola cara, y pulidos alija <strong>de</strong> carburo <strong>de</strong> silicio. Cada electrodoestuvo soldado a un alambre<strong>de</strong> cobre aislado, que comunicabaal instrumento <strong>de</strong> mediciónubicado en el exterior <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> pruebas. Los electrodos son introducidosal tanque <strong>de</strong> pruebas a través <strong>de</strong> un acceso en la tapa <strong>de</strong>l tanque.Para medir las velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> corrosión se utilizó un instrumentopotenciosto-galvanostato, mo<strong>de</strong>lo Gill8 AC <strong>de</strong> ACM Instruments, que escontrolado por una computadora personal. Ese instrumento permite polarizar,es <strong>de</strong>cir, modificar el potencial <strong>de</strong>l electrodo Trabajo construido<strong>de</strong> acero, permitiendo obtener la respuesta en corriente a un estímulo enpotencial. Los potenciales referidos son medidos respecto a un electrodo<strong>de</strong> referencia <strong>de</strong> cobre-sulfato <strong>de</strong> cobre, que también es introducido por latapa <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> pruebas. Un tercer electrodo, el <strong>de</strong>nominado Auxiliaro Contraelectrodo, cerró el circuito con el electrodo Trabajo, permitiendoel paso <strong>de</strong> la corriente necesaria para polarizar al electrodo <strong>de</strong> acero aun valor <strong>de</strong> potencial <strong>de</strong>seado.El tipo <strong>de</strong> estímulo en potencial aplicado al electrodo <strong>de</strong> acero consiste<strong>de</strong> una rampa por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l potencial <strong>de</strong> corrosión, obteniéndose asíla llamada Rama catódica. Después <strong>de</strong> una pausa <strong>de</strong> 20 minutos, se aplicaotra rampa en dirección positiva, obteniendo la llamada Rama anódica.Se pue<strong>de</strong> inferir la velocidad <strong>de</strong> corrosión <strong>de</strong> cualquiera <strong>de</strong> las dos formas,particularmente <strong>de</strong> la extrapolación <strong>de</strong> zonas lineales al potencial <strong>de</strong>corrosión se pue<strong>de</strong> leer la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> corriente, o sea la velocidad <strong>de</strong>corrosión (Thompson y Prayer, 1998).ResultadosComo resultado <strong>de</strong> las pruebas en sitio, se obtuvo gráficamente una curvacatódica típica <strong>de</strong> una muestra <strong>de</strong> acero <strong>de</strong> fondo con un periodo <strong>de</strong> inmersión<strong>de</strong> 3 meses en el tanque <strong>de</strong> pruebas. Las curvas catódicas presentanun control difusional, probablemente <strong>de</strong> oxígeno como agente agresivo,lo que se manifiesta por una zona semivertical en corriente cerca <strong>de</strong>lpotencial <strong>de</strong> corrosión. La extrapolación <strong>de</strong> la zona lineal permite calcularvalores <strong>de</strong> a<strong>de</strong>lgazamiento <strong>de</strong> la pared entre 60 y 137 milésimas <strong>de</strong>pulgada por año (MPY).Con estos resultados se pue<strong>de</strong> apreciar que los valores <strong>de</strong> corrosiónnaturales para el acero en agua <strong>de</strong> crudo Istmo son altos, es <strong>de</strong>cir, el aceropresenta poca resistencia a la corrosión, que correspon<strong>de</strong> a un a<strong>de</strong>lgazamiento<strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 2.5 mm/año.Pese a que en esta prueba se ha dado oportunidad <strong>de</strong> que los productos<strong>de</strong> corrosión se generen en la superficie, esperando introducir barrerasprotectoras, estos productos no tienen propieda<strong>de</strong>s protectoras queobstaculicen el fenómeno <strong>de</strong> corrosión.Pruebas en laboratorioEn esta sección se presentan los resultados <strong>de</strong> mediciones <strong>de</strong> velocida<strong>de</strong>s<strong>de</strong> corrosión <strong>de</strong> electrodos <strong>de</strong> acero, fabricados <strong>de</strong> placa <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong>tanque frente a muestras <strong>de</strong> fluidos recolectados en la TMDB. En contrastecon la sección anterior, las pruebas se realizan en el laboratorio <strong>de</strong>corrosión <strong>de</strong>l IIE, trabajando sobre muestras <strong>de</strong> acero a tres temperaturasen un intervalo <strong>de</strong> temperaturas que se presentan en la terminal.A diferencia <strong>de</strong> las pruebas en el tanque <strong>de</strong> pruebas, aquí fue posibletrabajar con los tres tipos <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> crudos estudiados, Maya, Olmeca eIstmo. Debido a que la inmersión es más corta, <strong>de</strong> pocas horas, el nivel <strong>de</strong>agresividad es la <strong>de</strong> un material con los productos <strong>de</strong> corrosión que llegana formarse en el período <strong>de</strong> prueba.


Boletín IIE, enero-marzo <strong>de</strong>l <strong>2003</strong>14Figura 2. Diagrama <strong>de</strong> instalación <strong>de</strong> tanque <strong>de</strong> pruebas.Los fluidos son recolectados en la TMDB en recipientes herméticos, queson llenados hasta el tope <strong>de</strong>l cuello, buscando evitar el ingreso <strong>de</strong> oxígeno.Las muestras son trasladadas al laboratorio <strong>de</strong> pruebas don<strong>de</strong> se conectana un circuito cerrado, como se muestra en la Figura 3. La tapa <strong>de</strong>lrecipiente hermético es cambiada por un tapón con dos conductos <strong>de</strong>vidrio, uno más corto que el otro. Después, se traslada una muestra <strong>de</strong>200 ml a la celda <strong>de</strong> pruebas presionando con nitrógeno el tubo más corto,que tuvo <strong>de</strong> ser <strong>de</strong>saireada con nitrógeno previamente. La celda <strong>de</strong>pruebas contiene un arreglo <strong>de</strong> tres electrodos (Trabajo, Auxiliar y Referencia)con los que se pue<strong>de</strong>n polarizar la muestras <strong>de</strong> acero e inferir velocida<strong>de</strong>s<strong>de</strong> corrosión, como seexplicó en una sección anterior.Asimismo, la celda cuenta conuna chaqueta <strong>de</strong> vidrio con la quese controla la temperatura <strong>de</strong>lfluido en la celda <strong>de</strong> pruebas.En este caso, el cálculo <strong>de</strong> lavelocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> corrosión es pormedio <strong>de</strong> la extrapolación <strong>de</strong>Tafel <strong>de</strong> la rama anódica, cuandopresenta una zona lineal clara.ResultadosProcedimiento experimentalFigura 3. Arreglo experimental para efectuar pruebas <strong>de</strong> corrosiónen laboratorio.Los resultados obtenidos sonarrojados por curvas <strong>de</strong> polarizaciónanódicas <strong>de</strong> las diferentesaguas <strong>de</strong> crudos a tres temperaturastípicas <strong>de</strong> operación. Aunquese realizaron otro tipo <strong>de</strong>pruebas durante el estudio, los autores<strong>de</strong>l reporte concluyeronque las ramas anódicas permitenlas mediciones más representativas<strong>de</strong> la velocidad <strong>de</strong> corrosión.En la Tabla 1 se presentanvalores relativos <strong>de</strong> velocida<strong>de</strong>s<strong>de</strong> corrosión para aleacionesferrosas y los términos comúnmenteutilizados para calificarlas.En la Tabla 2 se resumen los valores<strong>de</strong> velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> corrosiónpara los casos estudiados. Las velocida<strong>de</strong>s<strong>de</strong> corrosión se presentantanto en unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad<strong>de</strong> corriente (miliamperiospor cm 2 ) como en unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>a<strong>de</strong>lgazamiento <strong>de</strong>l acero, es <strong>de</strong>cir,MPY y mm/año.Con la información <strong>de</strong> estastablas se pue<strong>de</strong> concluir que losniveles <strong>de</strong> agresividad obtenidospara los tres tipos <strong>de</strong> crudos, a lastres temperaturas evaluadas, hacenver al acero <strong>de</strong> fondo como un materialpoco resistente a la corrosiónfrente al agua <strong>de</strong> crudo. El espesor<strong>de</strong> placa <strong>de</strong> fondo es <strong>de</strong> 6.4 mm,por lo que los periodos potenciales<strong>de</strong> vida menores a 5 años <strong>de</strong>lacero <strong>de</strong> fondo son confirmadospor los resultados. El nivel <strong>de</strong> agresividadjustifica el uso <strong>de</strong> medidas<strong>de</strong> protección anticorrosivas.


Aplicaciones tecnológicas15La agresividad corrosiva <strong>de</strong>lcrudo Maya es mayor a la <strong>de</strong>l Istmoy a la <strong>de</strong>l Olmeca. Los operarios<strong>de</strong> la terminal asumen menoragresividad en tanques <strong>de</strong> crudoIstmo, <strong>de</strong>bido al mayor contenido<strong>de</strong> agua (6% vol) comparadocon el Maya (> 1% vol). Sinembargo, <strong>de</strong> acuerdo a los resultados,los tanques <strong>de</strong> crudo Mayapue<strong>de</strong>n sufrir daños mayores.No se observa un aumento enla agresividad por efecto <strong>de</strong> unatemperatura mayor. El fenómenocorrosivo es relativamente insensibleal cambio <strong>de</strong> la temperatura.Corrosión MicrobiológicaLa Corrosión Microbiológica oCorrosión Influenciada Microbiológicamente(CIM) es una forma<strong>de</strong> corrosión ocasionada porla acción <strong>de</strong> bacterias. La CIMconsiste en la formación <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósitos(nódulos) y el subsecuentemecanismo <strong>de</strong> ataque por picadobajo-<strong>de</strong>pósitos (Baboian,1995). Esto pue<strong>de</strong> conducir albloqueo <strong>de</strong> tuberías y rápido a<strong>de</strong>lgazamiento<strong>de</strong> pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> equipos.Es una forma <strong>de</strong> corrosiónque requiere ser evaluada pormétodos especializados, a menudodiferentes <strong>de</strong> los métodos paraevaluar otras formas <strong>de</strong> corrosión,particularmente porqueinvolucran la presencia y <strong>de</strong>tección<strong>de</strong> seres vivos.En este estudio, el trabajo seha orientado a la <strong>de</strong>tección <strong>de</strong> dostipos <strong>de</strong> bacterias que predominanen tanques <strong>de</strong> almacenamiento<strong>de</strong> crudos: las Bacterias Productoras<strong>de</strong> Ácido (BPA) y lasBacterias <strong>de</strong> Bajos Nutrientes(BBN). Las BBN son bacteriasque se <strong>de</strong>sarrollan en ambientescon bajos niveles <strong>de</strong> alimento orgánico,como el agua potable, elagua <strong>de</strong> tanques u otros y sonbacterias aeróbicas. En el caso <strong>de</strong>las BPA, como su nombre lo indica,generan ácidos a través <strong>de</strong>Tabla 1. Tabla <strong>de</strong> criterios relativo <strong>de</strong> corrosión (Fontana, 1986).Resistencia a la Velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> corrosióncorrosión relativa MPY mm/añoSobresaliente


Boletín IIE, enero-marzo <strong>de</strong>l <strong>2003</strong>16<strong>de</strong>l frasco conserva el aspecto cristalino original, indica la ausencia <strong>de</strong> losmicroorganismos.ResultadosEn la Tabla 3 se resumen los resultados obtenidos. En los tres tipo <strong>de</strong>crudos, Maya, Itsmo y Olmeca hay evi<strong>de</strong>ncias <strong>de</strong> la actividad <strong>de</strong> BPA.Tabla 3. Resultados <strong>de</strong> actividad microbiana <strong>de</strong> fluidos acuososque acompañan a crudos.BBNEn el caso <strong>de</strong> las BBN, éstas se manifiestan en el crudo Maya. El agua<strong>de</strong> los crudos Olmeca e Istmo no refleja actividad microbiana por BBNconducente a corrosión.La muestra tomada <strong>de</strong> los productos <strong>de</strong> corrosión <strong>de</strong> la placa expuestaa agua <strong>de</strong>l crudo Istmo, presenta actividad tanto <strong>de</strong> BBN como <strong>de</strong> BPA.Con los resultados <strong>de</strong> la Tabla 3 se concluye que la actividad microbianapue<strong>de</strong> contribuir al fenómeno <strong>de</strong> corrosión <strong>de</strong> los tanques <strong>de</strong> almacenamientoy que se <strong>de</strong>ben consi<strong>de</strong>rar medidas para controlar la reproduccióny efecto <strong>de</strong> esta forma <strong>de</strong> corrosión, como el uso <strong>de</strong> biocidas y laremoción oportuna <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> fondo.Protección catódica <strong>de</strong> fondoBPAOlmeca Negativo PositivoMo<strong>de</strong>rado: 10 a 100 bac/mlMaya Positivo PositivoAlto: <strong>de</strong> 1,000 a 10,000 Alto: 1,000-10,000 bac/mlbac/mlIstmo Negativo PositivoAlto: 1,000-10,000 bac/mlIstmo, placa Positivo Positivo<strong>de</strong> acero Mo<strong>de</strong>rado: 10 a 100 Mo<strong>de</strong>rado: 10 a 100 bac/mlbac/mlMediante la aplicación <strong>de</strong> un potencial <strong>de</strong> polarización a un material metálico,éste se pue<strong>de</strong> mover en dirección negativa respecto al potencialnatural, para llevarlo a la zona <strong>de</strong> inmunidad <strong>de</strong> acuerdo a los diagramas<strong>de</strong> potencial-pH (Bianchetti, 2000). Bajo este principio opera lo que seconoce como Protección catódica, que pue<strong>de</strong> ser implementada medianteánodos <strong>de</strong> sacrificio conectados eléctricamente al material a proteger, obien por la aplicación <strong>de</strong> un potencial externo mediante la corriente impresa.De igual forma, algunos recubrimientos metálicos, como elgalvanizado, realizan la función <strong>de</strong> barrera, sacrificándose por el sustratometálico que comúnmente es acero.Para estudiar el efecto <strong>de</strong> la protección catódica, su <strong>de</strong>sempeño enpresencia <strong>de</strong> crudo y agua <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong> tanque y en los <strong>de</strong>pósitos yensuciamientos producidos en este medio; se propusieron una serie <strong>de</strong>prueba tanto en campo como en laboratorio. Esto para estudiar lafactibilidad <strong>de</strong> aplicar con éxito este tipo <strong>de</strong> protección anticorrosiva, yaque hay opiniones divergentesrespecto a su eficacia.Procedimiento experimentalEn el dispositivo <strong>de</strong> pruebas anteriormente<strong>de</strong>scrito y conectado altanque <strong>de</strong> almacenamiento, sesumergieron una serie <strong>de</strong> muestras<strong>de</strong> diferentes características durante3 meses, para obtener informaciónreferente a diversos procesos;así como <strong>de</strong> la eficacia <strong>de</strong> la proteccióncatódica. Las muestras sumergidasfueron:1. Placa <strong>de</strong> vidrio para observarel tipo <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósitos y ensuciamiento.2. Placas <strong>de</strong> acero sin y con proteccióncatódica (con unánodo <strong>de</strong> cinc conectado).3. Muestras <strong>de</strong> tubos <strong>de</strong> patas <strong>de</strong>acero <strong>de</strong>l techo flotante (pontón),sin aplicación <strong>de</strong> esfuerzo,con aplicación <strong>de</strong> esfuerzoy con aplicación <strong>de</strong> esfuerzoy protección catódica.ResultadosLa Figura 4 presenta la comparaciónentre la muestra <strong>de</strong> vidrio yla placas con y sin proteccióncatódica. Es evi<strong>de</strong>nte el leve ensuciamiento<strong>de</strong> la placa <strong>de</strong> vidrio yel crecimiento <strong>de</strong> productos <strong>de</strong>corrosión en la placa <strong>de</strong> acero sinprotección catódica. El ensuciamientoy el posible crecimientobacteriano, se ven reflejados en laplaca <strong>de</strong> acero, que muestra unagran capa <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósitos y productos<strong>de</strong> corrosión, que pue<strong>de</strong>n sostenerreacciones aceleradas bajo los<strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong>bido a las especies químicaspresentes y a la formación <strong>de</strong>celdas <strong>de</strong> concentración diferencial.Contrastando con estas condiciones,se observa la placa <strong>de</strong>acero <strong>de</strong> 10 x 15 cm a la que se leconectó eléctricamente un cubocon una cara expuesta <strong>de</strong> 1 cm 2 ,<strong>de</strong> un ánodo <strong>de</strong> sacrificio <strong>de</strong> zinc


Aplicaciones tecnológicas17(relación <strong>de</strong> áreas 1:10). La placano presenta prácticamente productos<strong>de</strong> corrosión como los <strong>de</strong>la placa anterior, observándosesolo las sales <strong>de</strong> zinc (productoblanco acumulado sobre la superficie<strong>de</strong>l acero), provocadas por<strong>de</strong> la disolución <strong>de</strong>l ánodo <strong>de</strong>rivada<strong>de</strong> la protección catódicaotorgada a la placa y que evitóque ésta se corroyera.A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> todo esto, <strong>de</strong>be <strong>de</strong>consi<strong>de</strong>rarse la distribución <strong>de</strong>daños en el fondo <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong>acuerdo a estudio realizados en laTMDB por otros autores, don<strong>de</strong>se ha observado que el a<strong>de</strong>lgazamientomás gran<strong>de</strong> se presenta enlas secciones externas, <strong>de</strong>l contorno<strong>de</strong>l fondo. En la sección centrallos daños son menores. Esto esatribuible a la topografía que presentael fondo, don<strong>de</strong> la acumulación<strong>de</strong> agua es favorecida en lassecciones mencionadas. Asumiendoesta distribución, el diseño <strong>de</strong>la protección catódica <strong>de</strong>bería hacersecolocando los ánodos en lassecciones en don<strong>de</strong> la corrosión esmás severa, en vez <strong>de</strong> adoptar unadistribución uniforme <strong>de</strong> ánodosen el fondo, como se acostumbra.Pruebas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong>pontonesFigura 4. Detalle <strong>de</strong> placa <strong>de</strong> vidrio con ensuciamiento <strong>de</strong>spués<strong>de</strong> 3 meses <strong>de</strong> inmersión.Los pontones son elementostubulares don<strong>de</strong> <strong>de</strong>scansa el domo<strong>de</strong>l tanque cuando alcanza su nivelmenor. El acero pue<strong>de</strong> presentaruna forma <strong>de</strong> corrosión aceleradaconocida como corrosiónbajo esfuerzo, en electrólitos comoagua <strong>de</strong> mar con ácido sulfhídricoy bióxido <strong>de</strong> carbono o en presencia<strong>de</strong> esfuerzos mecánicos. Estetipo <strong>de</strong> corrosión pue<strong>de</strong> ser 100 o1000 veces mayor que la que sepresenta en los materiales sin esfuerzopresente. En las patas (pontones)<strong>de</strong>l domo flotante <strong>de</strong> lostanques <strong>de</strong> almacenamiento se haobservado y reportado corrosiónacelerada cerca <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> apoyo<strong>de</strong> la pata al suelo, lo que también pue<strong>de</strong>n tener explicación por el resquicioformado entre la cara inferior <strong>de</strong>l pontón y el fondo <strong>de</strong>l tanque, formándoseuna celda <strong>de</strong> concentración diferencial.Para estudiar este fenómeno se prepararon muestras <strong>de</strong> secciones <strong>de</strong>tubo <strong>de</strong> acero <strong>de</strong> las patas con un dispositivo, que simula la aplicación <strong>de</strong>un esfuerzo mecánico mediante dos placas paralelas atornilladas a ambosextremos <strong>de</strong>l tubo, que se sumergieron en el tanque. Otra <strong>de</strong> estas muestrasincluía a<strong>de</strong>más placas <strong>de</strong> zinc como ánodos <strong>de</strong> sacrificio y para propósitoscomparativos se sumergió también una sección tubular sin la aplicación<strong>de</strong> esfuerzos.La sección sin esfuerzos <strong>de</strong> la Figura 5, presenta la acumulación <strong>de</strong><strong>de</strong>pósitos y productos <strong>de</strong> corrosión a lo largo <strong>de</strong> la superficie, como sucedióen la placa <strong>de</strong> acero. Estos productos <strong>de</strong> corrosión obscuros <strong>de</strong> sulfuro<strong>de</strong> hierro típicos en este medio son muy adherentes, sin embargo en lascara inferior no hay <strong>de</strong>gradación.La Figura 5 presenta la parte anterior y posterior <strong>de</strong>l tubo <strong>de</strong> acerosujeto a esfuerzos mecánicos e inmerso por 3 meses. Se pue<strong>de</strong> observaruna gran acumulación <strong>de</strong> productos <strong>de</strong> corrosión en la intercara entre laplaca y el tubo (resquicio), e inclusive en la parte posterior se ha extendidoel ataque un poco más arriba como en el tubo instalado.Finalmente, en el caso en que se aplicó el esfuerzo mecánico juntocon la protección catódica la muestra no presentó signos <strong>de</strong> corrosión.Los resultados <strong>de</strong> las pruebas hacen evi<strong>de</strong>nte la efectividad <strong>de</strong> la proteccióncatódica para conservar al acero <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong> tanque frente al agua <strong>de</strong>crudo Istmo. La placa <strong>de</strong> acero sin protección catódica genera abundantesproductos <strong>de</strong> corrosión en su superficie al igual que el caso <strong>de</strong>l pontón.Estrategia alternativaCon base en los resultados encontrados y con la información sobre laoperación y diseño <strong>de</strong> los tanques, la propuesta <strong>de</strong> los autores es una estrategiaalternativa para el control <strong>de</strong> la problemática <strong>de</strong> corrosión presentada.Ésta se apoya, por un lado, en la correcta operación <strong>de</strong> los méto-


Boletín IIE, enero-marzo <strong>de</strong>l <strong>2003</strong>18Figura 5. Muestras <strong>de</strong> pontón sin esfuerzo y con esfuerzo (3meses <strong>de</strong> inmersión).Fontana, M. Corrosion Engineering.McGraw Hill, New York, 1986.Thompson, N.G. y J. H. Payer. DCElectrochemical Tests, Methods,NACE, Houston, 1998, p 9-34.dos <strong>de</strong> control <strong>de</strong> la corrosión, como la selección <strong>de</strong> recubrimientos y eldiseño <strong>de</strong> la protección catódica y, por otro lado, en la adopción <strong>de</strong> unmétodo <strong>de</strong> seguimiento en línea para un tanque <strong>de</strong> almacenamiento. Esteenfoque permitiría contar con información sobre la <strong>de</strong>gradación <strong>de</strong>l recubrimiento,la operación efectiva <strong>de</strong> la protección catódica y la actividad <strong>de</strong>corrosión presente en un tanque <strong>de</strong> almacenamiento. El sistema compren<strong>de</strong>ríael diseño e instalación <strong>de</strong> sensores colocados en el fondo <strong>de</strong>l tanque,que tendrían la misma preparación que en el fondo (misma especificación yterminado <strong>de</strong>l acero y los recubrimientos) y estarían conectados a un instrumento<strong>de</strong> medición que mida el nivel <strong>de</strong> protección catódica, la integridad<strong>de</strong> los recubrimientos y la velocidad <strong>de</strong> corrosión presentes. El sensorestaría comunicado a un sistema <strong>de</strong> control, almacenamiento y análisis <strong>de</strong>datos ubicado fuera <strong>de</strong>l tanque.Los beneficios <strong>de</strong> adoptar una estrategia <strong>de</strong> mantenimiento predictivaredundarían en conocer el grado <strong>de</strong> integridad <strong>de</strong>l fondo <strong>de</strong> tanque, lo quehoy se logra sólo vaciando e ingresando al interior <strong>de</strong> los tanques. Algunosbeneficios adicionales serían la extensión <strong>de</strong> la vida útil <strong>de</strong>l tanque, el aumentar<strong>de</strong> la seguridad y la reducción <strong>de</strong> costos <strong>de</strong> mantenimiento.ConclusionesLas pruebas <strong>de</strong> la agresividad corrosiva <strong>de</strong> los fluidos <strong>de</strong> crudos Maya,Istmo y Olmeca <strong>de</strong> tanques <strong>de</strong> almacenamiento, llevan a consi<strong>de</strong>rar vidasrelativamente cortas <strong>de</strong>l acero <strong>de</strong> fondo, menores a 5 años, que solo pue<strong>de</strong>nser extendidas mediante la adopción <strong>de</strong> métodos <strong>de</strong> protecciónanticorrosiva. A la agresividad natural <strong>de</strong>l medio se suma la acción <strong>de</strong> almenos dos tipos <strong>de</strong> bacterias corrosivas. La protección catódica actúaeficientemente en aguas <strong>de</strong> crudos y el diseño actual podría ser mejoradoreforzándolo en el área <strong>de</strong>l contorno <strong>de</strong>l fondo, por encima <strong>de</strong>l área central.De igual forma, un diseño particular podría ser adoptado para el caso<strong>de</strong> los pontones <strong>de</strong>l domo. El estudio <strong>de</strong> la naturaleza <strong>de</strong>l problema <strong>de</strong><strong>de</strong>gradación por corrosión en tanques <strong>de</strong> almacenamiento, permite proponeruna estrategia <strong>de</strong> seguimiento en línea para obtener información <strong>de</strong> suintegridad, con la que no se cuenta hoy día.ReferenciasBaboian, R. Corrosion Test and Standards. Application and Interpretation,ASTM, Phila<strong>de</strong>lphia, 1995, p. 45-75.Bianchetti, R. Peabody’s Control of Pipeline Corrosion, NACE, Houston, 2000.José Maria Malo TamayoIngeniero en energía por la UniversidadAutónoma Metropolitana(UAM), doctor en Corrosión y Protecciónpor la Universidad <strong>de</strong>Manchester, Inglaterra. Hasta1989 laboró en el <strong>Instituto</strong> Mexicano<strong>de</strong>l Petróleo (IMP) y <strong>de</strong>s<strong>de</strong>hace 13 años labora en ell <strong>Instituto</strong><strong>de</strong> <strong>Investigaciones</strong> Eléctricas.Es Nivel I <strong>de</strong>l Sistema Nacional<strong>de</strong> Investigadores (SNI). Susáreas <strong>de</strong> especialidad son la inhibición<strong>de</strong> la corrosión, el monitoreo<strong>de</strong> corrosión y los sistemas <strong>de</strong>información aplicados al control<strong>de</strong> la corrosión.jmmalo@<strong>iie</strong>.org.mxJorge Uruchurtu ChavarínIngeniero en comunicaciones yelectrónica <strong>de</strong> la Escuela Superior<strong>de</strong> Ingeniería Mecánica yElectrónica (ESIME) <strong>de</strong>l <strong>Instituto</strong>Politécnico Nacional (IPN). Maestroen Control <strong>de</strong> la Contaminacióny Medio Ambiente y doctoren Corrosión y Protección en laUniversidad <strong>de</strong> Manchester, Inglaterra.Es Nivel II <strong>de</strong>l Sistema Nacional<strong>de</strong> Investigadores (SNI).Sus áreas <strong>de</strong> interés son la corrosiónlocalizada, la corrosión atmosféricay el seguimiento <strong>de</strong> lacorrosión.juch@uaem.mxLuis Fernando López CisnerosIngeniero electricista por la UniversidadMichoacana <strong>de</strong> San Nicolás<strong>de</strong> Hidalgo (UMSNH). Trabajó enel IMP en 1998 participando en diversosproyectos <strong>de</strong> instalacionescosta afuera <strong>de</strong> Pemex-PEP. Trabajóen Pemex-PEP en el 2000,supervisando proyectos <strong>de</strong> ingeniería<strong>de</strong> <strong>de</strong>talle y maqueta electrónica<strong>de</strong> la Terminal Marítima <strong>de</strong> DosBocas (TMDB), así como en el <strong>de</strong>sarrollo<strong>de</strong> ingeniería <strong>de</strong> <strong>de</strong>talle.luis_l_c@hotmail.com

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