Fatores que afetam a resistência à corrosão de tubos de gás de aço inoxidável

Fatores ambientais de serviço dentro de tubos de gás de aço inoxidável

Para tubos de aço inoxidável que transportam gás, os cenários de corrosão mais prejudiciais normalmente começam quando uma fase líquida condutora se forma na parede do tubo. Sem um eletrólito (geralmente água), a maioria dos mecanismos internos de corrosão diminuem dramaticamente.

Presença de água e ponto de orvalho do gás

Água livre é a condição habilitadora para a maior parte da corrosão interna. Mesmo que o gás deixe uma planta “seca”, as quedas de temperatura ao longo do percurso podem forçar a condensação da água se o ponto de orvalho da água não for adequadamente controlado. A orientação da indústria enfatiza a desidratação para reduzir o ponto de orvalho do gás e remover as condições que promovem a corrosão.

• As perturbações que introduzem gás úmido (ou permitem a condensação) concentram o risco em pontos baixos, pontos mortos e a jusante do resfriamento.
• Pequenos volumes de água podem ser suficientes se ficarem estagnados e acumularem sais, partículas de ferro ou bactérias.

Gases ácidos, oxigênio e sais que “ativam” o ataque localizado

Uma vez que a água está presente, as espécies dissolvidas determinam a gravidade e o modo de falha:

• Cloretos (a partir de transporte de água produzida, água de hidroteste, entrada de ar costeiro ou fluidos de limpeza) são os gatilhos mais comuns para corrosão por pites/fendas e fissuração por corrosão sob tensão por cloreto.
• CO₂ reduz o pH da água condensada (ácido carbônico) e pode aumentar o risco geral de corrosão em sistemas de metais mistos; a entrada de oxigênio pode acelerar ainda mais a corrosão em regiões úmidas.
• H₂S altera a suscetibilidade à fissuração e os requisitos de qualificação de materiais em ambientes ácidos; o uso do material é comumente regido pela MR0175/ISO 15156.

Conclusão prática: controle o processo para que as superfícies internas vejam gás seco e deposição mínima de sal ; quando isso não pode ser garantido (start-ups, pigging, hidrotestes ou gás fora das especificações), a seleção do material e a qualidade da fabricação tornam-se decisivas.

Química da liga e seleção de classe: por que “inoxidável” não é um material

Os aços inoxidáveis resistem à corrosão porque uma fina película passiva de óxido de cromo se forma na superfície. Na umectação com cloreto, a diferença entre resistência “adequada” e “alta” é frequentemente dominada pelo teor de cromo (Cr), molibdênio (Mo) e nitrogênio (N), que são comumente comparados usando o Número Equivalente de Resistência à Picagem (PREN).

Usando PREN para comparar a resistência à corrosão/fissuras

PREN ≈%Cr (3,3 ×%Mo) (16 ×%N) . Um PREN mais alto geralmente indica maior resistência à corrosão por pites e frestas provocada por cloretos (um problema fundamental quando é possível haver gás úmido ou condensado salgado).

Conclusão prática: se a molhagem com cloretos for credível (condensado, resíduo de hidroteste, exposição costeira, transporte de água produzida), a seleção do grau deve ser baseada em corrosão localizada e margem SCC , não apenas “aço inoxidável versus aço carbono”.

Temperatura, cloretos e estresse: o “arame” do SCC para tubulação de gás

A corrosão sob tensão por cloreto (Cl-SCC) requer três condições ao mesmo tempo: tensão de tração (a tensão residual da solda pode ser suficiente), cloretos em uma superfície molhada e temperatura elevada. Na prática, a temperatura é o fator que muitas vezes transforma um risco de corrosão controlável num risco de fissuração.

Um limite prático: orientação de 60 °C (150 °F)

Quando os aços inoxidáveis estão totalmente imersos, é raro ver SCC de cloreto abaixo de cerca de 60 °C (150 °F) . Acima dessa faixa, a suscetibilidade aumenta acentuadamente, e mesmo níveis relativamente baixos de cloreto podem tornar-se problemáticos – especialmente com o ciclo úmido/seco que concentra sais na superfície.

Controles que funcionam em sistemas de tubulação reais

• Mantenha as temperaturas do metal abaixo do regime sensível ao SCC sempre que possível (projeto de isolamento, roteamento e prevenção de pontos quentes).
• Reduza a exposição ao cloreto durante o hidroteste/comissionamento e garanta uma drenagem e secagem completas (películas residuais podem iniciar fissuras que mais tarde evoluem para fissuras).
• Se a temperatura e os cloretos úmidos não puderem ser evitados de forma confiável, especifique materiais duplex/super duplex ou de liga superior (e qualifique-os de acordo com os padrões ácidos/de serviço aplicáveis, quando relevante).

Soldagem, coloração térmica e condição da superfície: como a fabricação pode eliminar a resistência à corrosão

Para tubos de aço inoxidável para gás, muitos problemas “misteriosos” de corrosão remontam à fabricação: coloração térmica, ferro embutido, purga deficiente no DI, acabamento áspero e limpeza/passivação incompleta. Estas questões criam pontos fracos onde a camada passiva é danificada ou não pode ser reformada uniformemente.

Tintura térmica e escala de óxido após a soldagem

A tonalidade térmica é mais do que descoloração: indica uma superfície oxidada e muitas vezes uma camada sem cromo na superfície. Se deixado no lugar, pode reduzir significativamente a resistência à corrosão localizada exatamente onde as tensões residuais são mais altas (a zona afetada pelo calor e a ponta da solda).

Decapagem e passivação (e por que ambas são importantes)

A decapagem remove incrustações de solda/tintura térmica e a camada superficial danificada; a passivação promove um filme passivo robusto. Normas como ASTM A380 (práticas de limpeza/descalcificação/passivação) e ASTM A967 (tratamentos de passivação química) são comumente usadas para definir processos e verificações aceitáveis.

• Use purga de ID adequada para evitar oxidação interna intensa nas raízes de solda de tubos (especialmente crítico para tubulações de gás onde o acesso interno é limitado após a montagem).
• Remova a contaminação de ferro das ferramentas de retificação ou do contato com o aço carbono (o captador de ferro pode “enferrujar” na superfície e iniciar o ataque de subdepósito).
• Especifique critérios de aceitação para acabamento de solda (transições suaves, fendas mínimas) porque a geometria impulsiona a química das fendas e a retenção de depósitos.

Detalhes de projeto e instalação que impulsionam o desempenho contra corrosão

Mesmo com o grau correto e uma boa soldagem, os detalhes do projeto determinam se líquidos e depósitos corrosivos se acumulam, se o oxigênio pode entrar e se os pares galvânicos aceleram o ataque.

Evite fendas, pernas mortas e armadilhas para líquidos

• As linhas de inclinação são práticas e fornecem pontos de drenagem em pontos baixos para evitar condensação estagnada.
• Minimize pernas mortas e galhos cobertos; a água estagnada é um fator comum para a corrosão influenciada microbiologicamente (MIC).
• Use projetos de gaxeta/conexão que não criem fendas persistentes onde se concentram salmouras ricas em cloreto.

Interações galvânicas e metais mistos

Se o aço inoxidável estiver eletricamente conectado a metais menos nobres (por exemplo, aço carbono) e um eletrólito estiver presente, a corrosão galvânica pode acelerar o ataque ao componente menos nobre e concentrar depósitos na junção - criando também um risco de corrosão localizada para o aço inoxidável. Estratégias de isolamento (uniões dielétricas, projeto cuidadoso de aterramento e evitar junções “úmidas”) reduzem esse risco.

Operações, hidrotestes e MIC: os fatores “ocultos” que decidem a resistência a longo prazo

Muitas falhas de corrosão em tubulações de gás inoxidável não são desencadeadas durante a operação em estado estacionário, mas durante o comissionamento, hidroteste, paralisações ou perturbações de processo que introduzem água e deixam resíduos.

Hydrotest qualidade da água e disciplina de secagem

O hidroteste e a água de descarga podem introduzir cloretos e micróbios. A orientação prática da indústria geralmente recomenda água com baixo teor de cloreto (muitas vezes ~50 ppm de cloreto como referência conservadora) e enfatiza a limpeza, drenagem e secagem para que a água estagnada não permaneça dentro da tubulação.

Risco MIC quando a água fica estagnada

A corrosão influenciada microbiologicamente (MIC) pode ocorrer em águas estagnadas – mesmo em níveis relativamente modestos de cloreto – e foi documentada em sistemas inoxidáveis onde as linhas não foram drenadas após o hidroteste. O controle imediato é operacional: não deixe películas de água estagnadas e evite longos períodos de estagnação sem medidas biocidas/de controle, quando permitido pelo seu processo e regulamentos.

1. Defina uma sequência de comissionamento que termine com drenagem completa, purga de gás seco (ou equivalente) e verificação de secura.
2. Controle a entrada de oxigênio durante o tempo de inatividade (cobertor, isolamento rígido e gerenciamento de vazamentos), pois o oxigênio em regiões úmidas acelera o ataque.
3. Inspecione primeiro os locais mais vulneráveis: pontos baixos, pernas mortas, a jusante dos resfriadores e carretéis com muitas soldas.

Tabela de decisão prática: fator, modo de falha e o que fazer a respeito

Conclusão final: tubos de gás de aço inoxidável têm melhor desempenho quando você trata a resistência à corrosão como uma propriedade do sistema – secura do processo, gerenciamento de cloreto, seleção de liga (margem PREN/SCC), qualidade de fabricação e projeto de gerenciamento de líquidos devem estar alinhados.

Referências usadas para pontos de dados e limites

• SSINA: Fissuração por corrosão sob tensão de cloreto (raro abaixo de ~60°C quando totalmente imerso).
• Ligas Unificadas: Fórmula PREN e exemplos de gamas PREN (Equação PREN e faixas típicas para notas comuns).
• Relatório PHMSA: Corrosão de Oleodutos (desidratação e controle do ponto de orvalho para remover condições que promovam a corrosão).
• GRI: Avaliação Direta de Corrosão Interna em Gasodutos (definição do ponto de orvalho e mecanismo de condensação da água).
• TWI: Restaurando propriedades de corrosão após soldagem (remova o óxido de tonalidade térmica e a camada sem cromo).
• Nota técnica do Nickel Institute: Decapagem e passivação (referências e finalidade ASTM A380/A967).
• Nickel Institute: exemplos de casos MIC em aço inoxidável após hidroteste (água estagnada como causa raiz).
• NACEMR0175/ISO 15156-1 (contexto de serviço ácido e estrutura de precauções relacionadas a H₂S).