Causas de trincas por corrosão sob tensão em tubulações

A característica de identificação mais óbvia do SCC em tubos, independentemente do pH, é o aparecimento de manchas ou colônias de trincas paralelas na superfície externa do tubo.

As trincas por corrosão sob tensão em tubulações são causadas pela interação de três fatores principais: tensão, ambiente corrosivo e material suscetível à corrosão. Quando esses fatores estão presentes, a corrosão pode ocorrer na superfície da tubulação e se propagar para o interior do material. A tensão exercida sobre a tubulação pode ser oriunda do próprio peso do equipamento ou de tensões externas, como a pressão do fluido transportado.

O ambiente corrosivo pode ser causado por produtos químicos transportados pela tubulação, como ácidos ou bases, ou pela presença de água e oxigênio. O material suscetível à corrosão pode ser a própria tubulação ou componentes adjacentes, como soldas e junções. A combinação desses fatores pode levar à formação de trincas e fissuras que, se não tratadas, podem levar à falha da tubulação e a acidentes graves.

Prevenção de trincas por corrosão sob tensão

Algumas medidas de prevenção de trincas por corrosão sob tensão em tubulações são:

1. Seleção adequada de materiais: optar por materiais com alta resistência à corrosão, como ligas especiais, e garantir que atendam aos requisitos de resistência à corrosão sob tensão.
2. Controle de tensão: evitar a aplicação de tensões excessivas ou inesperadas nas tubulações durante a instalação e manutenção.
3. Controle do ambiente: manter o ambiente de operação das tubulações dentro dos limites aceitáveis de temperatura, pH e concentração de sais para minimizar o risco de corrosão.
4. Tratamento de superfície: utilizar técnicas de proteção de superfície, como revestimentos, para minimizar a exposição do material à corrosão.
5. Monitoramento e inspeção: realizar inspeções regulares para detectar sinais de trincas por corrosão sob tensão e implementar medidas corretivas adequadas de acordo com as normas e diretrizes de segurança.
6. Projeto e instalação apropriados: projetar e instalar tubulações de acordo com as normas e padrões de segurança para evitar tensões excessivas ou inesperadas e garantir que os materiais e revestimentos sejam adequados ao ambiente de operação.

Inspeção de trincas por corrosão sob tensão

A inspeção de trincas por corrosão sob tensão geralmente envolve a realização de ensaios não destrutivos, como inspeção visual, líquido penetrante, ultrassom e radiografia. Também podem ser utilizadas técnicas de inspeção mais avançadas, como a emissão acústica, termografia e inspeção por correntes parasitas. A escolha da técnica apropriada dependerá das características do material e do tipo de trinca que está sendo avaliada. É importante que a inspeção seja realizada regularmente para garantir a integridade e segurança das tubulações e equipamentos.

Análise de falha por trincas por corrosão sob tensão.

A análise de falha por trincas por corrosão sob tensão envolve a investigação detalhada das causas subjacentes do problema. Geralmente, isso inclui a inspeção minuciosa das peças ou equipamentos afetados, avaliação de registros e histórico de operação, e análise do ambiente em que a falha ocorreu. O objetivo é identificar a causa raiz da falha e implementar medidas corretivas para prevenir futuras ocorrências.

As técnicas utilizadas incluem análise metalográfica, testes destrutivos e não destrutivos, simulação computacional e avaliação de propriedades mecânicas e químicas do material. A análise de falha é fundamental para melhorar a segurança e a confiabilidade dos equipamentos e prevenir perdas financeiras e de reputação para as empresas.

Condições que levam à trinca por corrosão sob tensão (SCC)

A ocorrência de CCS depende do cumprimento simultâneo de três condições.

1. Um poderoso ambiente de cracking
As condições na superfície do tubo são conhecidas como "o ambiente". Este ambiente pode ser isolado do solo circundante pelo revestimento do tubo e as condições na superfície do tubo podem ser diferentes daquelas do solo circundante.

Os quatro fatores que controlam a formação do ambiente potente para a iniciação do SCC são o tipo e condição do revestimento, solo, temperatura e níveis de corrente catódica.

• Tipos de revestimento de tubos: O SCC geralmente começa na superfície do tubo em áreas onde ocorre lascamento ou dano do revestimento. A capacidade de um revestimento resistir à decapagem é uma propriedade primária de desempenho dos revestimentos e afeta todas as formas de corrosão externa da tubulação. Revestimentos com boas propriedades de adesão são geralmente resistentes à ação mecânica da sujeira dos ciclos úmido/seco e ciclos de congelamento/degelo. Eles também são mais capazes de resistir aos efeitos da transmissão de água e descolamento catódico.
• Chão: Existem vários fatores relacionados ao solo que influenciam na formação de um ambiente propício para a CAA. Estes são o tipo de solo, drenagem, dióxido de carbono (CO₂), temperatura e condutividade elétrica. A quantidade de umidade no solo também afeta a formação de trincas de corrosão sob tensão.
• Proteção catódica: A presença de corrente de proteção catódica (CP) é um fator chave na formação de um ambiente de carbonato/bicarbonato na superfície do tubo, onde ocorre SCC de alto pH. Para pH quase neutro, SCC CP está ausente.
• Temperatura: A temperatura tem um efeito significativo na ocorrência de SCC de pH alto, enquanto não tem efeito sobre SCC de pH quase neutro.

2. Um material suscetível a SCC
Além de um ambiente poderoso, um material de tubulação suscetível é outra condição necessária no desenvolvimento de SCC. Várias características e qualidades do tubo são consideradas para determinar se estão possivelmente relacionadas à suscetibilidade de um tubo ao HAC. Esses fatores incluem o processo de fabricação do tubo, o tipo de aço, o grau do aço, a limpeza do aço (presença ou ausência de impurezas ou inclusões), a composição do aço, as características de deformação plástica do aço ( características de amolecimento cíclico), a temperatura do aço e do tubo. condição da superfície. (Para exemplos de materiais suscetíveis, consulte Problemas de fragilização por hidrogênio com zinco e Causas e prevenção de corrosão em juntas soldadas..)

3. Uma tensão de tração maior que a tensão limite
Quando a tensão de tração é maior que a tensão limite, isso pode levar a SCC, especialmente quando há algum componente dinâmico ou cíclico para a tensão. (Para saber mais sobre este tópico, leia Os efeitos da concentração de tensão na propagação de trincas.) Tensão é a "carga" por unidade de área dentro da parede do tubo. Uma tubulação enterrada está sujeita a diferentes tipos de estresse de diferentes fontes. O conteúdo do tubo está sob pressão e essa é normalmente a maior fonte de tensão na parede do tubo. O solo ao redor do tubo pode se mover e é outra fonte de estresse. Os processos de fabricação de tubos, como a soldagem, também podem criar tensões. Estas são chamadas de tensões residuais.

Tipos de trincas por corrosão sob tensão

O SCC em dutos é ainda caracterizado como “SCC de pH alto” ou “SCC próximo ao pH neutro”. Observe que "pH" aqui se refere ao ambiente na superfície do tubo no local da rachadura, não ao pH do próprio solo.

Rachadura por Corrosão por Tensão de pH Alto (Tipo Clássico)
O SCC de pH alto ocorre na superfície externa dos tubos onde o eletrólito em contato com a superfície do tubo tem um pH de 8-11 e a concentração de carbonato/bicarbonato é muito alta. Este eletrólito é encontrado em áreas de revestimentos soltos onde a corrente CP é insuficiente para proteger o tubo. Este tipo de SCC pode se desenvolver como resultado da interação entre os íons hidroxila produzidos pela reação catódica e o CO₂ no solo gerado pela decomposição da matéria orgânica.

Essa forma de SCC é sensível à temperatura e ocorre com mais frequência em locais com temperaturas mais altas, acima de 100°F (38°C). É por isso que há uma maior probabilidade de SCC imediatamente a jusante das estações de compressão, onde a temperatura operacional pode atingir 150°F (65°C).

A forma de pH alto do SCC é intergranular; as trincas se propagam entre os grãos do metal e geralmente há pouca evidência de corrosão geral associada à trinca. Essas rachaduras são rachaduras estreitas e muito estreitas.

Corrosão sob tensão com pH quase neutro (tipo não clássico)
Um ambiente SCC de pH quase neutro parece ser água subterrânea diluída contendo CO dissolvido₂. A origem do CO₂ é tipicamente a decomposição de matéria orgânica e reações geoquímicas no solo. Descobriu-se que a SCC de baixo pH ocorre em ambientes com baixa concentração de ácido carbônico e íons bicarbonato com a presença de outras espécies, incluindo íons cloreto, sulfato e nitrato.

As colônias de SCC geralmente começam em locais na superfície externa, onde já está presente a formação de pites ou corrosão geral. Esse dano às vezes é óbvio a olho nu, enquanto outras vezes é muito difícil de ver.

A forma de pH quase neutro do SCC é transgranular; as rachaduras se propagam através dos grãos do metal e são mais largas (mais abertas) do que seriam na forma SCC de alto pH. Em outras palavras, os lados da trinca sofreram perda de metal devido à corrosão. O SCC de pH quase neutro é menos dependente da temperatura do que o SCC de pH alto.

Como ocorre o crescimento da trinca

A trinca por corrosão sob tensão em tubulações começa quando pequenas trincas se desenvolvem na superfície externa de tubulações enterradas. Essas rachaduras não são visíveis inicialmente, mas com o passar do tempo, essas rachaduras individuais podem crescer e formar colônias, muitas das quais coalescem para formar rachaduras mais longas.

O fenômeno SCC tem quatro estágios principais:

1. O início de trincas de corrosão sob tensão.
2. O crescimento lento de rachaduras.
3. A coalescência das rachaduras
4. Propagação de trincas e falha estrutural

Este processo pode levar muitos anos dependendo das condições do aço, do ambiente e das tensões a que um tubo é submetido. Consequentemente, a falha como resultado do SCC é relativamente rara, embora as falhas possam ser muito caras e destrutivas quando ocorrem.