Análise da corrosão e da erosão-corrosão do aço carbono em meio com NaHCO3 e CO2

Abstract

Resumo: Na indústria do petróleo, a extração de óleo e gás em poços cada vez mais profundos e em alta pressão e elevada temperatura leva a condições de operação cada vez mais extremas. Um dos maiores problemas encontrados é a falha por corrosão, principalmente induzida por dióxido de carbono (CO2), que está presente tanto na composição da jazida, quanto nos processos tecnológicos de extração. Este tipo de corrosão tem se estendido também às refinarias de petróleo e às industrias petroquímicas que processam gases ricos em CO2. Devido a grande disponibilidade e por serem mais viáveis financeiramente, os aços carbono e de baixa liga são os mais utilizados na confecção de equipamentos e tubulações, principalmente por satisfazerem os requisitos mecânicos, estruturais e de fabricação. Entretanto, estes materiais possuem baixa performance em relação à corrosão generalizada e por CO2. Este trabalho tem como principal objetivo a avaliação da corrosão e da erosãocorrosão induzidos por CO2 em função do tempo de exposição do metal ao meio corrosivo e do fluxo do fluido na superfície metálica, através do uso de eletrodo cilíndrico rotatório. Esta avaliação foi realizada através de técnicas eletroquímicas, utilizando-se como meio corrosivo uma solução de NaHCO3 0,5 M saturada com CO2. Comparando-se o regime estático com o dinâmico, verificou-se que a formação do carbonato de ferro na superfície metálica e a sua passivação são dificultadas com a presença de fluxo. Em condições dinâmicas, entretanto, praticamente não se observou a influência da rotação no valor da taxa de corrosão após a formação do filme. Identificou-se um aumento inicial da taxa de corrosão com o tempo, o qual possivelmente é resultado de um processo de acidificação localizada decorrente da exposição da matriz de carbeto. A técnica de extrapolação de Tafel demonstrou a existência de mais de uma reação catódica envolvida no processo corrosivo e a constante de Stern-Geary calculada foi inferior à usualmente utilizada para a corrosão induzida por CO2. Analisando o efeito da erosão no sistema, foi possível observar o efeito adicional da erosão sobre o processo corrosivo nos resultados das analises eletroquímicas, principalmente no que diz respeito a densidade de carga envolvida na passivação da superfície metálica.

Abstract: In the oil industry, the extraction of oil and gas from ever deeper wells under high pressure and temperature leads to increasingly extreme operating conditions. One of the major problems encountered is corrosion failure, particularly that induced by carbon dioxide (CO2), which is present both in the composition of the deposit and in technological extraction processes. This type of corrosion has also extended to the oil refineries and petrochemical plants that process CO2-rich gases. Thanks to their widespread availability and their greater economic viability, carbon and low-alloy are the steels most commonly used in the manufacture of equipment and pipelines, mainly because they meet mechanical, structural and manufacturing requirements. However, these materials perform poorly in terms of overall and CO2-related corrosion. The main purpose of this study was to evaluate the corrosion and erosion-corrosion induced by CO2 as a function of the metal’s exposure time to the corrosive medium and of the liquid flow on the metal surface, using a cylindrical rotating electrode. This evaluation was carried out by electrochemical techniques, using as the corrosive medium a CO2-saturated solution of NaHCO3 0.5 M. A comparison of the static and dynamic regimes indicated that the formation of iron carbonate on the metal surface and its passivation are hindered by the presence of a flow. Under dynamic conditions, however, the influence of the rotation on the corrosion rate after formation of the film was found to be practically inexistent. An initial increase was found to occur in the corrosion rate over time, possibly originating from a process of localized acidification resulting from exposure of the carbide matrix. Tafel’s extrapolation technique revealed the existence of more than one cathodic reaction involved in the corrosive process, and the Stern-Geary constant calculated here was lower than that normally used for CO2-induced corrosion. Analyzing the effect of erosion on the system, the additional effect of erosion on the corrosive process was clearly evidenced in the results of the electrochemical analyses, particularly with respect to the charge density involved in the passivation of the metal surface.