4 Fontes Importantes de Corrosão em Plantas de Processo de Desidratação de Gás Natural

A ocorrência de corrosão durante a desidratação do gás pode ser atribuída a vários problemas, como teor de água na corrente de gás de alimentação, entrada de oxigênio (entrada de ar), impurezas na corrente de gás e alta temperatura para regeneração de glicol.

A desidratação do gás é uma operação unitária chave na cadeia de processamento do gás natural, pois envolve a redução do vapor de água na corrente de gás para diminuir a temperatura de condensação da água, também conhecida como temperatura do ponto de orvalho. É fabricado para atender às especificações de vendas ou aos requisitos do processo de liquefação de gás. A desidratação gasosa é realizada através da aplicação de dessecantes sólidos (alumina ativada, peneiras moleculares, sílica gel) ou dessecantes líquidos (glicois). O processo de glicol é mais eficiente em comparação com dessecantes sólidos devido à sua alta afinidade e capacidade de adsorção física. Os glicóis comumente usados ​​incluem monoetileno glicol (MEG), dietileno glicol (DEG) e trietileno glicol (TEG), sendo o TEG o mais comum porque tem menor custo operacional e pode ser facilmente regenerado.

A desidratação de gás natural é um processo crítico na indústria de gás e petróleo, pois ajuda a remover a água do gás natural para garantir sua qualidade e desempenho. No entanto, esse processo pode levar a problemas de corrosão em equipamentos e tubulações. As principais fontes de corrosão em plantas de processo de desidratação de gás natural incluem:

  • Água: a água presente no processo de desidratação é uma fonte comum de corrosão. A presença de água pode aumentar a acidez do meio, levando a um aumento na taxa de corrosão. Além disso, a água pode conter íons que promovem a corrosão, como cloretos.
  • Ácido carbônico: O ácido carbônico é formado pela reação da água com o dióxido de carbono (CO2) presente no gás natural. O ácido carbônico é altamente corrosivo e pode causar corrosão em equipamentos e tubulações de aço carbono.
  • Ácido sulfídrico: O ácido sulfídrico é um composto químico corrosivo e tóxico que é encontrado no gás natural. Ele pode corroer equipamentos e tubulações de aço carbono, bem como causar problemas de integridade estrutural.
  • Contaminação microbiana: A contaminação microbiana é uma causa comum de corrosão em plantas de desidratação de gás natural. Bactérias e fungos podem crescer nas superfícies internas de equipamentos e tubulações e produzir ácidos que corroem o metal.
  • Corrosão sob tensão: a corrosão sob tensão é um tipo de corrosão que ocorre em ligas metálicas sob tensão mecânica. Esse tipo de corrosão pode ser causado pela presença de íons agressivos, como cloretos, na presença de tensões mecânicas.

Para prevenir a corrosão em plantas de processo de desidratação de gás natural, é importante selecionar materiais resistentes à corrosão e adotar medidas de proteção, como revestimentos, inibidores de corrosão e monitoramento regular. A escolha de materiais adequados, como aço inoxidável e ligas de níquel, pode ajudar a reduzir a taxa de corrosão. O uso de inibidores de corrosão, como inibidores de corrosão de filme, pode ajudar a proteger o metal da corrosão. Além disso, o monitoramento regular de equipamentos e tubulações pode ajudar a identificar problemas de corrosão em estágios iniciais, permitindo intervenções preventivas antes que ocorram falhas ou vazamentos.

Descrição geral do processo de desidratação do gás natural

A Figura 1 mostra uma configuração de processo típica para uma unidade de desidratação de gás natural usando glicol. Gás saturado de água (por exemplo, gás natural de alta pressão) que sai da unidade de redução de gás ácido entra no absorvedor de glicol onde realmente entra em contato com a solução de glicol pobre em água. A solução de glicol absorve fisicamente o vapor de água e sai pelo fundo do absorvedor.

A pressão da solução de glicol é reduzida no tambor flash para remover qualquer possível hidrocarboneto que tenha sido coabsorvido no absorvedor. A queda de pressão também ajuda a manter a pressão da solução de glicol igual à pressão do separador de aproximadamente 2 bar (200 kPa). O trocador cruzado é onde a solução rica em glicol absorve o calor da solução quente de glicol pobre, facilitando a dessorção da água no separador. O refervedor fornece o calor necessário para remover o vapor de água absorvido e produzir glicol de alta pureza (≥ 98,5% em peso) para reciclagem no absorvedor.

O glicol vaporizado é recuperado pelo condensador superior do separador e devolvido ao separador para reduzir as perdas de glicol.

A desidratação do gás natural é particularmente importante na cadeia de liquefação do gás, onde a água congela a 0°C (32°F) porque o gás natural se liquefaz a cerca de -160°C (-256°F). A unidade de desidratação geralmente está localizada a jusante da unidade de amina, onde os gases ácidos (CO2h2S, etc.) são removidos. Onde quer que a unidade de desidratação de gás esteja localizada, o principal objetivo é reduzir a quantidade de vapor de água no fluxo de gás para evitar e reduzir os problemas associados, especialmente a corrosão. No entanto, a ocorrência de corrosão durante a desidratação do gás pode ser atribuída a vários problemas, como teor de água na corrente de gás de alimentação, entrada de oxigênio (entrada de ar), impurezas na corrente de gás e alta temperatura para regeneração do glicol. (Leitura relacionada: Corrosão em plantas de processamento de captura de carbono.)

Teor de água na corrente de gás de alimentação

Muito provavelmente, a presença de água nas correntes de gás de alimentação leva à formação de hidratos. Os hidratos são um composto cristalino sólido que se forma quando os hidrocarbonetos ficam presos ou enjaulados nas cavidades moleculares da água livre. Sendo sólidos, esses hidratos não apenas obstruem a rede de dutos de transporte, trocadores de calor e compressores de reforço, mas também causam corrosão por erosão. Na presença de um fluxo de gás de alta velocidade, esses hidratos de gás irão erodir a camada protetora externa dos materiais de construção da infraestrutura da planta e, no pior dos casos, erodir o próprio material de construção. (Para obter mais informações sobre corrosão por erosão, consulte Corrosão por erosão: revestimentos e outras medidas preventivas.) Esses materiais erodidos na presença do fluxo de gás de alta velocidade também podem acelerar a corrosão por erosão existente. A corrosão por erosão também pode ser desencadeada pela presença de materiais erodidos na solução de glicol de alta velocidade. Se isso não for verificado ou atendido, acabará levando a um vazamento e possível entrada de oxigênio. A entrada de oxigênio agravará qualquer corrosão por erosão existente. Resfriadores e separadores devem ser instalados a montante para reduzir o potencial de formação de hidrato devido à água livre.

entrada de oxigênio

Existem várias fontes possíveis de entrada de oxigênio em uma planta de processamento de desidratação de gás, incluindo furos nas linhas de gás, falha de peças móveis em compressores de gás e bombas de glicol e espaços vazios em compressores de gás, recipientes de processo e tanques de armazenamento de glicol. Independentemente da fonte, uma vez que o oxigênio atinge a unidade de desidratação de gás, ele prontamente oxida a solução de glicol para formar ácidos orgânicos altamente corrosivos. Esses ácidos orgânicos diminuirão o pH da solução de glicol. Como técnica de precaução, o pH do glicol é verificado regularmente durante as operações da planta, pois isso pode ser uma indicação precoce de possível oxidação do glicol. Todas as peças móveis em compressores de gás e bombas de glicol devem estar apertadas para evitar possível intrusão de oxigênio. Além disso, um cobertor de gás inerte deve ser usado para envolver o espaço vazio nos tanques de armazenamento de glicol. Nos casos em que a entrada de oxigênio é muito difícil de evitar, os inibidores de oxidação devem ser injetados no glicol.

Impurezas na corrente de gás

As impurezas no fluxo de gás são outra fonte de corrosão em plantas de desidratação de gás. No cenário em que a unidade de desidratação de gás está localizada a jusante da unidade de remoção de gás ácido, o CO residual2 e H2S no fluxo de gás se tornará uma fonte potencial de corrosão. O gás natural que sai da unidade de remoção de gás ácido é frequentemente saturado com água, especialmente quando uma solução aquosa de amina é usada para o processo. Portanto, nas condições certas (temperatura e pressão), o CO residual2 irá interagir com a água para formar ácido carbônico de acordo com a equação:

CO2 + H2O --->H2CO3

O ácido carbônico não apenas aumentará a taxa de corrosão do equipamento de processo, mas também reduzirá a eficiência da solução de glicol (redução de pH).

Por outro lado, o CO residual2 e H2O S no gás de alimentação será coabsorvido pela solução de glicol, resultando em glicol ácido (uma redução no pH). A formação de compostos ácidos também ocorre na solução de glicol onde a água e os gases ácidos saem do processo.

Portanto, é importante observar que a redução da corrosão nas plantas de desidratação de gás também depende da eficiência da unidade de processo de remoção de gás ácido.

quebra térmica do glicol

A degradação térmica de qualquer solvente químico ocorre quando sua temperatura operacional excede sua temperatura de decomposição térmica. Na maioria dos casos, os produtos formados devido à degradação térmica são compostos ácidos que irão diminuir o pH do solvente químico, acelerando assim a taxa de corrosão. Este também é o caso dos glicóis usados ​​para desidratação gasosa. Na desidratação de gás, a degradação térmica é mais prevalente em torno da seção do refervedor (consulte a Figura 1), onde a temperatura é mais alta (cerca de 200°C, 390°F). Para glicóis usados ​​na desidratação de gás, sua temperatura de decomposição térmica aumenta na ordem:

monoetileno glicol (MEG) < dietileno glicol (DEG) < trietileno glicol (TEG)

Esta é outra razão pela qual o trietileno glicol é mais frequentemente usado para desidratação de gás porque é estável e pode suportar altas temperaturas de separação. No entanto, como regra geral, as temperaturas de extração devem ser muito mais altas que a temperatura de decomposição do glicol.

Conclusão

Pode-se ver que a eficiência da unidade de remoção de gás ácido desempenha um papel integral na redução das taxas de corrosão em sistemas de processo de desidratação de gás. Portanto, há uma necessidade de manter um teor de gás ácido muito baixo no gás de alimentação saturado com água que entra na planta de processo de desidratação. Se não for verificado por um longo tempo de operação, a corrosão do equipamento de processo será inevitável devido à formação de ácido. Compostos ácidos também são formados quando temperaturas muito altas são usadas na seção do refervedor (degradação térmica) e quando a entrada de oxigênio oxida a solução de glicol.

Considerando que ocorrem perturbações ocasionais durante a operação da planta de processo, uma combinação de estratégias de mitigação deve ser implementada para prevenir e minimizar a corrosão. Isso pode ocorrer por meio da aplicação de inibidores de ferrugem e do uso de materiais de construção resistentes a compostos ácidos. Para conter os custos de capital, este material pode ser usado em áreas susceptíveis a essa corrosão. Como alternativa, uma camada protetora (por exemplo, um revestimento de aço inoxidável) pode ser usada em aço carbono barato para evitar o contato direto entre o aço carbono e o fluido potencialmente corrosivo.

A verificação frequente do pH da solução de glicol também serve como um método preditivo para determinar a presença de compostos ácidos. Isso ajudará na identificação e resolução precoce de problemas de corrosão em plantas de processo de desidratação de gás. Por si só, o pH do glicol não é suficiente para fornecer detalhes de compostos ácidos; portanto, métodos analíticos devem ser usados ​​para investigações especiais.

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