As reações químicas responsáveis pela corrosão de dutos em ambientes marinhos são predominantemente de natureza eletroquímica. Estima-se que cerca de 30% de toda a sucata provém de materiais ou equipamentos metálicos corroídos. E os ambientes marinhos, sem dúvida, contribuíram significativamente para esse número.
As propriedades da água do mar a tornam o meio ideal para a corrosão acelerada de componentes metálicos. Como tal, os dutos expostos à água do mar são considerados os principais candidatos a danos por corrosão. A falha em evitar a corrosão da água do mar em tubulações pode ter consequências ambientais desastrosas. Portanto, é crucial entender a relação entre os materiais da tubulação e a água do mar.
Mecanismos de corrosão da água do mar
A corrosão da água do mar é uma combinação de duas reações: oxidação e redução (também conhecida como reação redox).
Na metade da oxidação da reação, os átomos de metal (M) perdem seus elétrons carregados negativamente para assumir uma carga positiva completa (M+). Esta reação ocorre no ânodo e é representada pela seguinte reação:
M-não- = MEDIDORn+
Na reação de redução, o oxigênio (O2) e água (H2O) se combinam com os elétrons perdidos pelo átomo de metal para formar íons de hidróxido carregados negativamente (OH-). Esta reação ocorre no cátodo.
QUALQUER2 + 2H20+4e- =4OH-
Os íons de metal e os íons de hidróxido reagem ainda para formar produtos de corrosão de hidróxido de metal insolúveis. O tipo de corrosão que se forma depende de vários fatores, incluindo as propriedades químicas da água do mar, o tipo de metal e a forma como o tubo é exposto ao ambiente aquoso. (Aprender mais sobre Eletroquímica da Corrosão: As 6 Reações Eletroquímicas Envolvidas na Corrosão.)
Listados abaixo estão alguns dos tipos mais comuns de corrosão encontrados em tubulações expostas à água do mar.
Corrosão Uniforme
A corrosão uniforme, como o nome sugere, é distribuída uniformemente por toda a superfície do metal. As áreas anódicas e catódicas estão presentes em toda a superfície e podem se mover de um lugar para outro.
corrosão localizada
A corrosão por pites é um tipo de corrosão localizada caracterizada pela formação de pequenos orifícios em áreas específicas da superfície do material. Geralmente é causado pela presença de uma barreira de proteção fraca no substrato. As pontuações geralmente começam pequenas e eventualmente crescem em um dos vários padrões comuns, incluindo ataque de grão estreito e profundo, raso e largo, elíptico, rebaixado e horizontal (Figura 1).
A redução da barreira de proteção em dutos está relacionada à quebra da passividade na superfície do metal devido à presença de cloreto na água do mar.
Figura 1. Representação de alguns tipos de mordidas.
corrosão intersticial
A corrosão por frestas é semelhante à corrosão por pite, exceto que na corrosão por frestas, o eletrólito é principalmente estagnado. Em outras palavras, a corrosão em fresta geralmente ocorre em espaços onde o fluxo de eletrólito é restrito. Esses espaços confinados podem ser em juntas, roscas de parafusos e vedação de tubos. O teor de cloreto também desempenha um papel vital na iniciação e propagação da corrosão em fresta, diminuindo o valor do pH no poço. (Este tipo de corrosão é discutido no artigo Qual é a informação privilegiada sobre corrosão em frestas?)
Corrosão galvânica
A tubulação em ambientes marinhos pode ser feita de metais diferentes. Flanges, parafusos, juntas, soldas, etc., podem ser de diferentes materiais. Embora isso geralmente não seja uma preocupação, em ambientes marinhos, o contato entre metais diferentes pode ser um catalisador para a corrosão.
A corrosão galvânica geralmente ocorre devido a reações eletroquímicas entre dois metais diferentes na presença de uma solução eletrolítica (água do mar). A diferença de potencial do eletrodo entre os dois metais faz com que os elétrons viajem do metal mais anódico para o metal mais catódico. Esta é essencialmente uma reação eletroquímica impulsionada pela água do mar altamente condutora. (Ler 5 maneiras de evitar a corrosão galvânica.)
Fatores que influenciam a corrosão de tubulações na água do mar
A água do mar tem várias propriedades que a tornam prejudicial aos tubos de metal. Abaixo listamos alguns dos fatores mais proeminentes que afetam a taxa de corrosão de tubulações na água do mar.
Salinidade e Condutividade
A salinidade (ou seja, a concentração de sal) da água do mar é consideravelmente maior do que a da água doce. A presença aumentada de sais torna a água do mar um excelente condutor de eletricidade e, portanto, um eletrólito ideal para corrosão eletroquímica. O aumento da condutividade significa que as taxas de corrosão na água do mar são consideravelmente mais altas do que em outros ambientes.
Além disso, os cloretos na água do mar também podem reagir com filmes passivos em superfícies metálicas, causando a quebra do filme.
Oxigênio dissolvido
As taxas de corrosão também estão diretamente relacionadas ao teor de oxigênio dissolvido. O oxigênio dissolvido destrói as películas protetoras de hidrogênio na superfície do metal, deixando-o aberto ao ataque de corrosão. Quanto maior a concentração de oxigênio dissolvido, mais rápida a taxa de corrosão. O teor de oxigênio dissolvido na água do mar depende de vários fatores, incluindo variações sazonais, atividade biológica, salinidade e temperatura.
valor do PH
O pH é indicativo da concentração de íons de hidrogênio em uma solução. Quanto menor o pH, mais ácida é a água do mar e maior a concentração de íons de hidrogênio. Portanto, águas de baixo pH (ácidas) aceleram a corrosão da tubulação, fornecendo um suprimento abundante de íons de hidrogênio para a reação eletroquímica.
Figura 2. Escala mostrando a relação entre pH e concentração de íons de hidrogênio em comparação com a água destilada. (Fonte: Wikimedia Commons Slower / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)).
O pH da água do mar é afetado por vários fatores ambientais, incluindo a atividade biológica, o comportamento respiratório da vida marinha, a profundidade do oceano, a decomposição da matéria orgânica, etc.
Como proteger tubos em um ambiente de água do mar
Embora a água do mar possa ser prejudicial aos tubos de metal, várias soluções podem ser implementadas para controlar as taxas de corrosão. Essas medidas incluem, mas não estão limitadas a:
seleção de materiais
A primeira medida que deve ser tomada para minimizar o efeito dos ambientes marinhos nas tubulações metálicas é a seleção adequada do material. Engenheiros e empreiteiros devem avaliar adequadamente o ambiente marinho para determinar quais materiais são apropriados para garantir a operação segura e de longo prazo do equipamento. O material ideal deve ter o equilíbrio certo entre resistência à corrosão, resistência mecânica e custo. (Aqui estão 6 Testes para medir a resistência de um material.)
Além disso, o emparelhamento de metais dissimilares também deve ser cuidadosamente avaliado para garantir que não sejam criadas condições para corrosão galvânica.
tratamento da superfície
O tratamento de superfície, como o próprio nome indica, consiste na aplicação de um meio na superfície do tubo para prevenir a corrosão ou diminuir a taxa de corrosão. Métodos de tratamento de superfície, como metalização ou galvanização, formam uma barreira protetora que evita que agentes causadores de corrosão entrem em contato com o substrato metálico.
Proteção catódica
A proteção catódica (CP) envolve o acoplamento da tubulação com outro metal para forçar a tubulação a se tornar o cátodo na célula eletroquímica. O metal conectado ao tubo torna-se o ânodo, preferencialmente sendo sacrificado para salvar o tubo de danos por processos corrosivos. O metal sacrificial também é conhecido como ânodo sacrificial.
pensamentos finais
As reações químicas responsáveis pela corrosão de dutos em ambientes marinhos são predominantemente de natureza eletroquímica. O tipo e a taxa de corrosão resultante dependem de vários fatores, incluindo salinidade, condutividade elétrica, pH e níveis de oxigênio dissolvido.
Embora a água do mar possa ser particularmente agressiva em relação aos dutos metálicos, medidas específicas podem ser implementadas para garantir que a infraestrutura dos dutos funcione com segurança e eficácia em um determinado ambiente marinho.