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CORROSÃO NA INDUSTRIA QUÍMICA
Dicas e considerações práticas
PAUTA
 Introdução
 Abordagem inicial: fase de projeto
 Prevenindo problemas futuros: ensaios
 Problemas típicos enfrentados em planta
 Controle da corrosão: monitoramento, apassivação
 Sugestões de leitura
INTRODUÇÃO
 Essa apresentação é uma breve discussão sobre a
corrosão em plantas industriais e importantes
abordagens que adotei em minha experiência como
engenheiro de processos/projetos
 Serão discutidos: considerações em fase de projeto,
ensaios em bancada e em planta, problemas típicos
que enfrentei e soluções para minimização e controle
do fenômeno corrosivo
 A Corrosão é um tema bastante abrangente, e a
intenção aqui é apenas passar dicas de atuação e
abordagem, sem a menor pretensão de esgotar assunto
tão vasto. Para introdução à teoria da corrosão e
eletroquímica, serão sugeridos textos no final da
apresentação.
FASE DE PROJETO
 Considerações sobre a corrosão em fase de projeto
Potencial corrosivo
das substancias
puras envolvidas
Temperatura
pH
Presença de
água e O2
Severidade da corrosão x Escolha do material x Viabilidade($)
FASE DE PROJETO
 Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto
Potencial corrosivo
das substancias
puras envolvidas
Temperatura
pH
Presença de
água e O2
Substâncias tabeladas (ver referências no cap.
final) quanto à sua compatibilidade com materiais
tipicamente empregados na indústria. Aqui, a
abordagem é de exclusão, evitando-se materiais
incompatíveis pela literatura.
Temperatura acelera as reações de óxi-
redução responsáveis pela corrosão química e
afetam a compatibilidade do material
Em geral, pH muito baixo potencializa a
corrosão. O pH neutro é o ideal, porém nem
sempre viável para os processos
Têm influência direta em processos corrosivos
ém meios aerados e aquosos (costumam ser
os mais severos)
FASE DE PROJETO
 Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto
• As tabelas de compatibilidade, considerando substâncias puras em uma
faixa de temperaturas (usar as mais severas esperadas, conforme
processo) permitem uma pré-avaliação da severidade da corrosão no
processo em estudo.
• Acidez/pH não estão explícitos em literatura para análise da severidade,
mas o impacto é grande. De forma geral, pH entre 7 - 9 propiciam meios
com mínima severidade quanto à corrosão química.
• Presença de água e O2 propiciam as reações oxidativas envolvidas na
corrosão química. Muitas tabelas consideram essa concentração, e no
caso do H2SO4 e alguns outros, existe uma diluição específica que é
crítica para a corrosão (H2SO4 puro é menos agressivo que o diluído).
Severidade da corrosão
FASE DE PROJETO
 Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto
• Deve ser feita, a priori, pelo cruzamento de dados de compatibilidade
tabelados, pelas considerações das condições de processo vigentes
(temperatura, pH, presença de água e O2, entre as mais críticas) e pela
CONSULTA aos:
1)Fabricante de material empregado (via consulta direta, informando as
condições gerais de operação ao qual material será submetido)
2)Fabricante dos insumos e produtos envolvidos no processo (via
FISPQ´s, catálogos de produto, consulta direta)
• Por mais que possa resultar improdutiva, essa tentativa de consulta é
FUNDAMENTAL na fase de projeto
Escolha de materiais
FASE DE PROJETO
 Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto
• A análise da severidade corrosiva vs escolha de material conduz à uma
decisão de viabilidade econômica/prática do projeto, quanto à corrosão.
• O ideal é a escolha de material plenamente resistente à corrosão,
contudo, em muitos casos, esse material apresenta custos elevados ou
dificuldades práticas de instalação e operação (vidro e cerâmica, por
exemplo)
• Não é incomum a escolha de materiais mais viáveis do ponto de vista
prático e econômico, já considerando uma VIDA ÚTIL dos equipamentos
e tubulações envolvidas e um PRAZO DE SUBSTITUIÇÃO para os
mesmos.
Viabilidade ($)
ENSAIOS INDUSTRIAIS E DE BANCADA
 Possíveis ensaios prévios:
 Industriais: instalação de tubulações, pequenos equipamentos ou
cupons de prova “de sacrifício” para que, avaliados em campo
durante período suficiente de tempo, possam sugerir a resistência
corrosiva do material quando submetido ao meio corrosivo no
processo real.
 Ex.: retubagem em trocadores de calor incluindo tubos no material
a ser testado, instalação de tubulações em pontos estratégicos do
processo com o material a ser testado, instalação de chapas,
varetas ou barras no material a ser testado internamente ao
equipamento (vasos) onde há meio corrosivo, instalação de
pequenos cupons de prova em tubulações, flanges, pequenos
bocais de acesso aos equipamentos.
ENSAIOS INDUSTRIAIS E DE BANCADA
 Possíveis ensaios prévios:
 Bancada: baseiam-se na avaliação (exposição e pesagem) de
cupons de prova a um meio corrosivo que represente o mais
fielmente possível as condições de processo. Essa fidelidade às
condições reais é o fator limitante dessa abordagem...dificilmente
podemos reproduzir em laboratório as condições críticas à
corrosão encontradas em um processo real.
 Um exemplo dessa limitação é a avaliação de corrosão dentro de
vasos empregados como reatores...nas condições reais podem
estar resentes sub-produtos, concentrações de substâncias e
layout interno (frestas, heterogeneidades) desconhecidas ou
impossíveis de reproduzir em bancada!
PROBLEMAS TÍPICOS
 Caso 1: Armazenamento e dosagem de ácido sulfúrico 98%
 Neste caso, 2 pontos se revelaram críticos para a corrosão. O
primeiro ocorria na tubulação de recirculação (1.1/2” em aço
carbono) do vaso de armazenagem, equipado com bomba
centrífuga de recirculação.
 Observou-se, após sucessivos casos de vazamento nessa
tubulação, que a velocidade de escoamento do ácido sulfúrico
concentrado não deve ultrapassar um limite máximo bastante
inferior à prática corrente de projeto de tubulações.
 O material empregado na tubulação estava correto, mas a erosão
em curvas e cotovelos devido à velocidade elevada criava pontos
frágeis onde o material sofria corrosão/erosão intensa. Corrigida a
velocidade de escoamento (pela substituição da bomba), o problema
cessou
PROBLEMAS TÍPICOS
 Caso 1: Armazenamento e dosagem de ácido sulfúrico 98%
 O segundo ponto consistia na derivação onde o ácido sulfúrico
concentrado era misturado aos demais fluidos de alimentação do
processo (um reator)
 Esse ponto (T) se revelou crítico pois havia soluções aquosas entre
os fluidos de alimentação do reator, que diluíam o ácido sulfúrico
concentrado e aumentavam o potencial corrosivo do meio.
 A alteração do material de tubulação desse trecho (bem como sua
bitola) e a inclusão de uma tubulação interna em Teflon, atuando
como dispersor do ácido sulfúrico concentrado no ponto de menor
velocidade da junção (T) diminuiu o tempo de residência do mesmo
na região crítica e eliminou o problema.
PROBLEMAS TÍPICOS
 Caso 2 : Alterando condições de processo em esterificação
 Neste caso, uma unidade produtora de ésteres acetatos
apresentava corrosão acentuada na entrada e seção de topo da
coluna de purificação dos produtos do reator.
 No reator, a típica concentração de água girava em torno de 1%p, e
a concentração de ácido acetico (matéria prima da esterificação) era
mantida em torno de 10%p. Restante da mistura composta pelo
acetato (produto), em torno de 60%p e álcool (matéria-prima) em
torno de 30%p
 Essa mistura era alimentada em uma coluna de purificação por
destilação. Devido à diferença de volatilidades, o produto de topo
tornava-se rico em ácido acético e água, em uma concentração na
qual o material empregado (AI316L) apesar de nobre, não resistia.
PROBLEMAS TÍPICOS
 Caso 2 : Alterando condições de processo em esterificação
 O monitoramento do processo por cupons de prova revelou que a
criticidade da corrosão, no reator, era muito menor do que no topo
da coluna (devido as maiores concentrações de água e ácido neste
último ponto)
 Testes variando as condições operacionais e avaliando os cupons
(pesagem) demonstraram que havia efeito de minimização da
corrosão pelo controle da acidez no reator.
 Foram alteradas as condições de acidez da reação, limitada em
7%p no reator, para que a criticidade da corrosão no topo da
purificadora fosse reduzida, em detrimento de uma maior
produtividade. Essa diferença de apenas 3% foi suficiente para o
controle da corrosão no processo.
CONTROLE DA CORROSÃO E APASSIVAÇÃO
 Além do controle da corrosão pelo monitoramento de cupons de
prova em pontos estratégicos do processo (mencionado nos
tópicos anteriores), analisadores on-line de pH, condutividade e
acidez também podem fornecer INPUTS para o controle da
corrosão durante a vida útil do equipamento/planta
 Inspeções com abertura de equipamento, medições de espessura,
ensaios de IRIS e Eddy current também fornecem detalhadas
avaliações do processo corrosivo em curso.
 Em alguns processos onde há corrosão sob taxas controladas, a
remoção de subprodutos da corrosão (limalhas de fe, p.e.) ajuda a
reduzir a velocidade das reações de óxi-redução e a intensidade
do processo corrosivo
CONTROLE DA CORROSÃO E APASSIVAÇÃO
 Por fim, o manuseio de alguns produtos, notadamente o peróxido
de hidrogênio em concentrações superiores à 10%, pode exigir um
tratamento prévio dos equipamento/tubulações envolvidos.
 Um tratamento comum consiste na decapagem de materiais
inoxidáveis (com algum ácido forte, como nítrico), seguida de
apassivação com o próprio ar atmosférico. Esse tratamento, se
corretamente executado, assegura que a camada apassivadora do
aço INOX recubra toda a superfície exposta com integridade e
espessura adequadas á proteção contra corrosão.
CONCLUSÕES
 Lidar com problemas de corrosão na indústria envolve considerar
a multidisciplinaridade do tema, que envolve química,
eletroquímica, mecânica, materiais, elétrica e deve, em casos
críticos, agregar esforços da equipe de engenharia, produção,
manutenção e laboratório (ou P&D, quando houver)
 O engenheiro de processos muitas vezes age como aglutinador e
“filtro” das iniciativas de diversas frentes, que visam controlar a
corrosão adotando alterações no processo, no material
empregado, nos métodos produtivos e nos equipamentos. Todas
as propostas podem ser necessárias, ou apenas uma ou poucas
delas. Caberá à esse profissional estudar com profundidade cada
caso e nortear as ações da empresa no controle e minimização da
corrosão.
SUGESTÕES DE LEITURA
 Gentil, “Corrosão”
(Abordagem consistente, porém sucinta, da teoria
dos fenômenos corrosivos básicos, com exemplos
práticos em cada caso abordado e muitas sugestões)
SUGESTÕES DE LEITURA
 Schweitzer, “Corrosion Resistance Tables”
(aqui indicarei uma boa coleção disponível no mercado, e
um site da SANDIVIK para consulta gratuita:
http://smt.sandvik.com/en/materials-center/corrosion-
tables/ Outros fornecedores de materiais e equipamentos,
como a Milton Roy e vários também fornecem tabelas
úteis.)
OBRIGADO!!
Márcio Andrade Dias
POLI-USP
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madbrou@gmail.com

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Corrosão

  • 1. CORROSÃO NA INDUSTRIA QUÍMICA Dicas e considerações práticas
  • 2. PAUTA  Introdução  Abordagem inicial: fase de projeto  Prevenindo problemas futuros: ensaios  Problemas típicos enfrentados em planta  Controle da corrosão: monitoramento, apassivação  Sugestões de leitura
  • 3. INTRODUÇÃO  Essa apresentação é uma breve discussão sobre a corrosão em plantas industriais e importantes abordagens que adotei em minha experiência como engenheiro de processos/projetos  Serão discutidos: considerações em fase de projeto, ensaios em bancada e em planta, problemas típicos que enfrentei e soluções para minimização e controle do fenômeno corrosivo  A Corrosão é um tema bastante abrangente, e a intenção aqui é apenas passar dicas de atuação e abordagem, sem a menor pretensão de esgotar assunto tão vasto. Para introdução à teoria da corrosão e eletroquímica, serão sugeridos textos no final da apresentação.
  • 4. FASE DE PROJETO  Considerações sobre a corrosão em fase de projeto Potencial corrosivo das substancias puras envolvidas Temperatura pH Presença de água e O2 Severidade da corrosão x Escolha do material x Viabilidade($)
  • 5. FASE DE PROJETO  Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto Potencial corrosivo das substancias puras envolvidas Temperatura pH Presença de água e O2 Substâncias tabeladas (ver referências no cap. final) quanto à sua compatibilidade com materiais tipicamente empregados na indústria. Aqui, a abordagem é de exclusão, evitando-se materiais incompatíveis pela literatura. Temperatura acelera as reações de óxi- redução responsáveis pela corrosão química e afetam a compatibilidade do material Em geral, pH muito baixo potencializa a corrosão. O pH neutro é o ideal, porém nem sempre viável para os processos Têm influência direta em processos corrosivos ém meios aerados e aquosos (costumam ser os mais severos)
  • 6. FASE DE PROJETO  Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto • As tabelas de compatibilidade, considerando substâncias puras em uma faixa de temperaturas (usar as mais severas esperadas, conforme processo) permitem uma pré-avaliação da severidade da corrosão no processo em estudo. • Acidez/pH não estão explícitos em literatura para análise da severidade, mas o impacto é grande. De forma geral, pH entre 7 - 9 propiciam meios com mínima severidade quanto à corrosão química. • Presença de água e O2 propiciam as reações oxidativas envolvidas na corrosão química. Muitas tabelas consideram essa concentração, e no caso do H2SO4 e alguns outros, existe uma diluição específica que é crítica para a corrosão (H2SO4 puro é menos agressivo que o diluído). Severidade da corrosão
  • 7. FASE DE PROJETO  Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto • Deve ser feita, a priori, pelo cruzamento de dados de compatibilidade tabelados, pelas considerações das condições de processo vigentes (temperatura, pH, presença de água e O2, entre as mais críticas) e pela CONSULTA aos: 1)Fabricante de material empregado (via consulta direta, informando as condições gerais de operação ao qual material será submetido) 2)Fabricante dos insumos e produtos envolvidos no processo (via FISPQ´s, catálogos de produto, consulta direta) • Por mais que possa resultar improdutiva, essa tentativa de consulta é FUNDAMENTAL na fase de projeto Escolha de materiais
  • 8. FASE DE PROJETO  Considerações básicas sobre a corrosão em fase de projeto • A análise da severidade corrosiva vs escolha de material conduz à uma decisão de viabilidade econômica/prática do projeto, quanto à corrosão. • O ideal é a escolha de material plenamente resistente à corrosão, contudo, em muitos casos, esse material apresenta custos elevados ou dificuldades práticas de instalação e operação (vidro e cerâmica, por exemplo) • Não é incomum a escolha de materiais mais viáveis do ponto de vista prático e econômico, já considerando uma VIDA ÚTIL dos equipamentos e tubulações envolvidas e um PRAZO DE SUBSTITUIÇÃO para os mesmos. Viabilidade ($)
  • 9. ENSAIOS INDUSTRIAIS E DE BANCADA  Possíveis ensaios prévios:  Industriais: instalação de tubulações, pequenos equipamentos ou cupons de prova “de sacrifício” para que, avaliados em campo durante período suficiente de tempo, possam sugerir a resistência corrosiva do material quando submetido ao meio corrosivo no processo real.  Ex.: retubagem em trocadores de calor incluindo tubos no material a ser testado, instalação de tubulações em pontos estratégicos do processo com o material a ser testado, instalação de chapas, varetas ou barras no material a ser testado internamente ao equipamento (vasos) onde há meio corrosivo, instalação de pequenos cupons de prova em tubulações, flanges, pequenos bocais de acesso aos equipamentos.
  • 10. ENSAIOS INDUSTRIAIS E DE BANCADA  Possíveis ensaios prévios:  Bancada: baseiam-se na avaliação (exposição e pesagem) de cupons de prova a um meio corrosivo que represente o mais fielmente possível as condições de processo. Essa fidelidade às condições reais é o fator limitante dessa abordagem...dificilmente podemos reproduzir em laboratório as condições críticas à corrosão encontradas em um processo real.  Um exemplo dessa limitação é a avaliação de corrosão dentro de vasos empregados como reatores...nas condições reais podem estar resentes sub-produtos, concentrações de substâncias e layout interno (frestas, heterogeneidades) desconhecidas ou impossíveis de reproduzir em bancada!
  • 11. PROBLEMAS TÍPICOS  Caso 1: Armazenamento e dosagem de ácido sulfúrico 98%  Neste caso, 2 pontos se revelaram críticos para a corrosão. O primeiro ocorria na tubulação de recirculação (1.1/2” em aço carbono) do vaso de armazenagem, equipado com bomba centrífuga de recirculação.  Observou-se, após sucessivos casos de vazamento nessa tubulação, que a velocidade de escoamento do ácido sulfúrico concentrado não deve ultrapassar um limite máximo bastante inferior à prática corrente de projeto de tubulações.  O material empregado na tubulação estava correto, mas a erosão em curvas e cotovelos devido à velocidade elevada criava pontos frágeis onde o material sofria corrosão/erosão intensa. Corrigida a velocidade de escoamento (pela substituição da bomba), o problema cessou
  • 12. PROBLEMAS TÍPICOS  Caso 1: Armazenamento e dosagem de ácido sulfúrico 98%  O segundo ponto consistia na derivação onde o ácido sulfúrico concentrado era misturado aos demais fluidos de alimentação do processo (um reator)  Esse ponto (T) se revelou crítico pois havia soluções aquosas entre os fluidos de alimentação do reator, que diluíam o ácido sulfúrico concentrado e aumentavam o potencial corrosivo do meio.  A alteração do material de tubulação desse trecho (bem como sua bitola) e a inclusão de uma tubulação interna em Teflon, atuando como dispersor do ácido sulfúrico concentrado no ponto de menor velocidade da junção (T) diminuiu o tempo de residência do mesmo na região crítica e eliminou o problema.
  • 13. PROBLEMAS TÍPICOS  Caso 2 : Alterando condições de processo em esterificação  Neste caso, uma unidade produtora de ésteres acetatos apresentava corrosão acentuada na entrada e seção de topo da coluna de purificação dos produtos do reator.  No reator, a típica concentração de água girava em torno de 1%p, e a concentração de ácido acetico (matéria prima da esterificação) era mantida em torno de 10%p. Restante da mistura composta pelo acetato (produto), em torno de 60%p e álcool (matéria-prima) em torno de 30%p  Essa mistura era alimentada em uma coluna de purificação por destilação. Devido à diferença de volatilidades, o produto de topo tornava-se rico em ácido acético e água, em uma concentração na qual o material empregado (AI316L) apesar de nobre, não resistia.
  • 14. PROBLEMAS TÍPICOS  Caso 2 : Alterando condições de processo em esterificação  O monitoramento do processo por cupons de prova revelou que a criticidade da corrosão, no reator, era muito menor do que no topo da coluna (devido as maiores concentrações de água e ácido neste último ponto)  Testes variando as condições operacionais e avaliando os cupons (pesagem) demonstraram que havia efeito de minimização da corrosão pelo controle da acidez no reator.  Foram alteradas as condições de acidez da reação, limitada em 7%p no reator, para que a criticidade da corrosão no topo da purificadora fosse reduzida, em detrimento de uma maior produtividade. Essa diferença de apenas 3% foi suficiente para o controle da corrosão no processo.
  • 15. CONTROLE DA CORROSÃO E APASSIVAÇÃO  Além do controle da corrosão pelo monitoramento de cupons de prova em pontos estratégicos do processo (mencionado nos tópicos anteriores), analisadores on-line de pH, condutividade e acidez também podem fornecer INPUTS para o controle da corrosão durante a vida útil do equipamento/planta  Inspeções com abertura de equipamento, medições de espessura, ensaios de IRIS e Eddy current também fornecem detalhadas avaliações do processo corrosivo em curso.  Em alguns processos onde há corrosão sob taxas controladas, a remoção de subprodutos da corrosão (limalhas de fe, p.e.) ajuda a reduzir a velocidade das reações de óxi-redução e a intensidade do processo corrosivo
  • 16. CONTROLE DA CORROSÃO E APASSIVAÇÃO  Por fim, o manuseio de alguns produtos, notadamente o peróxido de hidrogênio em concentrações superiores à 10%, pode exigir um tratamento prévio dos equipamento/tubulações envolvidos.  Um tratamento comum consiste na decapagem de materiais inoxidáveis (com algum ácido forte, como nítrico), seguida de apassivação com o próprio ar atmosférico. Esse tratamento, se corretamente executado, assegura que a camada apassivadora do aço INOX recubra toda a superfície exposta com integridade e espessura adequadas á proteção contra corrosão.
  • 17. CONCLUSÕES  Lidar com problemas de corrosão na indústria envolve considerar a multidisciplinaridade do tema, que envolve química, eletroquímica, mecânica, materiais, elétrica e deve, em casos críticos, agregar esforços da equipe de engenharia, produção, manutenção e laboratório (ou P&D, quando houver)  O engenheiro de processos muitas vezes age como aglutinador e “filtro” das iniciativas de diversas frentes, que visam controlar a corrosão adotando alterações no processo, no material empregado, nos métodos produtivos e nos equipamentos. Todas as propostas podem ser necessárias, ou apenas uma ou poucas delas. Caberá à esse profissional estudar com profundidade cada caso e nortear as ações da empresa no controle e minimização da corrosão.
  • 18. SUGESTÕES DE LEITURA  Gentil, “Corrosão” (Abordagem consistente, porém sucinta, da teoria dos fenômenos corrosivos básicos, com exemplos práticos em cada caso abordado e muitas sugestões)
  • 19. SUGESTÕES DE LEITURA  Schweitzer, “Corrosion Resistance Tables” (aqui indicarei uma boa coleção disponível no mercado, e um site da SANDIVIK para consulta gratuita: http://smt.sandvik.com/en/materials-center/corrosion- tables/ Outros fornecedores de materiais e equipamentos, como a Milton Roy e vários também fornecem tabelas úteis.)
  • 20. OBRIGADO!! Márcio Andrade Dias POLI-USP Oxiteno S.A. Ind. e Com. madbrou@gmail.com