boletin iie-01-2003 - Instituto de Investigaciones ElÃ©ctricas

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Boletín IIE, enero-marzo del 200312Figura 1. Zonas de corrosión en un tanque de almacenamiento.Película de aguacondensadaMezcla de aguaen crudoCorrosión por salmuerarica en CO 2, H 2S,Cl - , O 2y bacteriasDepósito de sulfurode hierroAceroFase acuosaCrudopor el contacto de la fase acuosa contenida en el crudo en forma de gotas;este proceso generalmente es mitigado por el crudo mismo, que forma unafase continua que dificulta el mojado de la pared por el agua. Un caso muydiferente es el del fondo del tanque que es mojado directamente por la faseacuosa por períodos prolongados de tiempo, en tanto el agua es drenada.Las principales formas de control de corrosión en tanques de almacenamientoconsisten en aplicar barreras protectoras, es decir recubrimientos,que aíslan al acero del medio acuoso. Al envejecer, los recubrimientosdesarrollan defectos, siendo éstos sitios susceptibles de corrosióncuya gravedad radica en la función de la agresividad natural del agua decrudo. Por esta razón, es posible complementar el uso del recubrimientocon protección catódica, a través del que se modifica el potencial eléctricodel acero reduciendo la velocidad de las reacciones de corrosión, aun en losdefectos del recubrimiento. Una estrategia de control de la corrosión adicionalconsiste en el drenado periódico de agua de los tanques, sin embargo,existe la preocupación de que el sistema de protección catódica se impregnede crudo al retirarse el agua y bajar el hidrocarburo hasta el fondo.Hoy en día no se cuenta con métodos de inspección que permitandeterminar el estado del fondo del tanque por lo que típicamente se retirande operación cada 5 años. Si se consideran las dimensiones de los 14tanques de almacenamiento de la TMDB (80 m de diámetro y 14 m dealto) y los altos costos del vaciado, la interrupción de la operación y elalto costo de mantenimiento de los tanques, se comprende la necesidadde optimizar los métodos de protección que redundarían en periodos máslargos entre salidas de tanques.Corrosividad del agua de tanques de almacenamientoEn esta sección se presentan los resultados de la evaluación de la agresividadcorrosiva natural de agua de fondo de tanques de almacenamiento. Las velocidadesde 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 determinar cuál es el nivel decorrosividad esperado por el contacto del acero de fondo de los tanques conla fase acuosa que ahí se separa del crudo. Ya que la corrosión ocurre porreacciones electroquímicas, se utilizaron métodos electroquímicos para obtenerla información de la agresividadcorrosiva.Las pruebas efectuadas se realizaronen dos condiciones:• Pruebas de corrosión en untanque de pruebas conectadoal tanque de almacenamientode crudo Istmo (TV-5010), realizándosepruebas en muestrasde acero sujetas a una inmersiónprolongada (1-3 meses).• Pruebas de corrosión de respuestarápida a partir de muestrasde fase acuosa obtenidasde los fondos de los tanquesde crudos Maya, Olmeca e Istmo,realizadas en laboratorioa diferentes temperaturas.Adicionalmente, se realizaronpruebas de actividadmicrobiana a través del crecimientode dos variedades típicasen medios de cultivo.Pruebas en sitio (TMDB)La pruebas en sitio buscan simularlo más posible las condicionesde operación de los tanquesde almacenamiento. Llevar esteenfoque a la práctica se dificulta,debido a los limitados accesosque el diseño de un tanquede almacenamiento contemplapara introducir muestras de aceroo probetas de prueba. Ejemplosde sitios de acceso son elcaso de el tubo guía, el tubo demuestreo o los sellos del domo,que tienen como inconvenienteel ser espacios reducidos de trabajoy la exposición del personala emisiones nocivas. Comoalternativa, en este proyecto sebuscó contar con una sección experimentalde pruebas que permitierarealizar estudios del efectode una exposición prolongadadel acero a un medio acuosode un tanque de almacenamiento.Este esquema de pruebas debíacumplir con los siguiente requerimientos:
Aplicaciones tecnológicas13• Permitir que la corrosión ocurralibremente en el tiempo,desarrollando productos decorrosión, ataque por bacterias,efecto de la proteccióncatódica, etc., que son fenómenosque no se manifiestan conclaridad en un período corto.• No interferir con la operacióndel tanque de almacenamiento.• Contar con un fluido representativodel fondo del tanquey con capacidad de refrescarel flujo.• Contar con aislamiento de laatmósfera (evitar ingreso deoxígeno) y permitir colocary retirar muestras a diferentesperíodos.El tanque de pruebas fue instaladoa un costado del tanque TV-5010, que almacena crudo Istmo.En la Figura 2 se muestra el esquemade conexión del tanque depruebas. El ingreso de agua al tanquede pruebas se realiza a travésde la apertura periódica de la válvuladel drenaje aceitoso, entrandopor la parte inferior del tanquede pruebas. En la parte superior,el tanque de pruebas cuenta conun desagüe, por que rebosa el aguaal alcanzar su nivel máximo permitido.El agua que sale del tanquede pruebas se lleva al drenajeaceitoso.Procedimiento experimentalLas pruebas electroquímicas develocidades de corrosión se realizaronutilizando muestras de placade fondo de los tanques. A partirde la placa se maquinaronespecimenes de 1 cm 2 de superficieque fueron embebidos en unaresina aislante tipo poliester, paraexponer una sola cara, y pulidos alija de carburo de silicio. Cada electrodoestuvo soldado a un alambrede cobre aislado, que comunicabaal instrumento de mediciónubicado en el exterior del tanque de pruebas. Los electrodos son introducidosal tanque de pruebas a través de un acceso en la tapa del tanque.Para medir las velocidades de corrosión se utilizó un instrumentopotenciosto-galvanostato, modelo Gill8 AC de ACM Instruments, que escontrolado por una computadora personal. Ese instrumento permite polarizar,es decir, modificar el potencial del electrodo Trabajo construidode acero, permitiendo obtener la respuesta en corriente a un estímulo enpotencial. Los potenciales referidos son medidos respecto a un electrodode referencia de cobre-sulfato de cobre, que también es introducido por latapa del tanque de pruebas. Un tercer electrodo, el denominado Auxiliaro Contraelectrodo, cerró el circuito con el electrodo Trabajo, permitiendoel paso de la corriente necesaria para polarizar al electrodo de acero aun valor de potencial deseado.El tipo de estímulo en potencial aplicado al electrodo de acero consistede una rampa por debajo del potencial de corrosión, obteniéndose asíla llamada Rama catódica. Después de una pausa de 20 minutos, se aplicaotra rampa en dirección positiva, obteniendo la llamada Rama anódica.Se puede inferir la velocidad de corrosión de cualquiera de las dos formas,particularmente de la extrapolación de zonas lineales al potencial decorrosión se puede leer la densidad de corriente, o sea la velocidad decorrosión (Thompson y Prayer, 1998).ResultadosComo resultado de las pruebas en sitio, se obtuvo gráficamente una curvacatódica típica de una muestra de acero de fondo con un periodo de inmersiónde 3 meses en el tanque de pruebas. Las curvas catódicas presentanun control difusional, probablemente de oxígeno como agente agresivo,lo que se manifiesta por una zona semivertical en corriente cerca delpotencial de corrosión. La extrapolación de la zona lineal permite calcularvalores de adelgazamiento de la pared entre 60 y 137 milésimas depulgada por año (MPY).Con estos resultados se puede apreciar que los valores de corrosiónnaturales para el acero en agua de crudo Istmo son altos, es decir, el aceropresenta poca resistencia a la corrosión, que corresponde a un adelgazamientodel orden de 2.5 mm/año.Pese a que en esta prueba se ha dado oportunidad de que los productosde corrosión se generen en la superficie, esperando introducir barrerasprotectoras, estos productos no tienen propiedades protectoras queobstaculicen el fenómeno de corrosión.Pruebas en laboratorioEn esta sección se presentan los resultados de mediciones de velocidadesde corrosión de electrodos de acero, fabricados de placa de fondo detanque frente a muestras de fluidos recolectados en la TMDB. En contrastecon la sección anterior, las pruebas se realizan en el laboratorio decorrosión del IIE, trabajando sobre muestras de acero a tres temperaturasen un intervalo de temperaturas que se presentan en la terminal.A diferencia de las pruebas en el tanque de pruebas, aquí fue posibletrabajar con los tres tipos de agua de crudos estudiados, Maya, Olmeca eIstmo. Debido a que la inmersión es más corta, de pocas horas, el nivel deagresividad es la de un material con los productos de corrosión que llegana formarse en el período de prueba.
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