Caso 055: Corrosão por Frestas em Suportes de Tubulação.

A corrosão em frestas consiste em uma das formas de ataque mais incidente e menos reconhecida. Este tipo de corrosão localizada é um problema que em geral envolve os metais passiváveis e, portanto, materiais relativamente resistentes à corrosão, como, por exemplo, aços inoxidáveis, titânio e alumínio. Por esta razão, a corrosão em frestas é frequentemente negligenciada, levando a falhas prematuras de estruturas e equipamentos, algumas vezes com consequências catastróficas. 

Típica corrosão por fresta entre o suporte e tubulação.

Este tipo de corrosão também ocorre com metais ferrosos e outras ligas menos resistentes à corrosão, expostos a ambientes altamente oxidantes ou passivantes. Em todos os casos, a ocorrência deste problema limita-se a frestas muito estreitas que são formadas quando são utilizadas gaxetas, parafusos e arruelas, estando presente também em juntas sobrepostas e depósitos de superfície (deposição de areia, produtos de corrosão permeáveis, incrustações marinhas e outros sólidos), além de outras heterogeneidades superficiais, como trincas, borrifos de solda, e outros defeitos metalúrgicos.

Focaremos aqui na corrosão por frestas em suportes de tubos já que é uma das principais causas de avaria em tubulações aéreas em uma planta de industrial.

Corrosão "por frestas" ou "em frestas".

Existem variadas formas de se promover suportação a uma linha levando em conta seu peso, temperatura de trabalho, diâmetro, entre outros. Entretanto, a grande maioria dos suportes utilizados em plantas de processos está reunida na imagem abaixo:

Tanto a estatística quanto a prática e a vivência na área, nos revela que os suportes de viga, os grampos U e as braçadeiras em geral, historicamente, “tem a preferência” para manifestação da corrosão por frestas. Isso se deve as seguintes características indesejáveis ​​em comum desses suportes:

•  Formação de uma fenda (fresta): é considerada a raiz do problema. É normal a existência de frestas entre elementos durante a montagem do suporte com o tubo;
• Acumulação de água: estes tipos de apoio permitem que a água fique presa nas frestas mantendo o contato entre superfície do tubo e o suporte;
• Difícil acesso a inspeção e a manutenção: estes tipos de apoio tornam praticamente impossíveis aplicar camada de tinta protetora eficiente após a montagem. Mesmo que a pintura seja feita anteriormente, a montagem quase sempre “danifica” a pintura e em alguns casos, as próprias características de operação deterioram a tintas alongo do tempo, fornecendo o contato bi-métálico, muitas vezes imersos em um eletrólito (acúmulo de água em fresta). A inspeção visual é muitas vezes difícil, bem como, fiscalizar essas áreas com os métodos de END;
• Formação de par galvânico: alguns desses tipos de suporte podem desenvolver contato bi-metálico e juntamente com a fresta entre os elementos, dará espaço a corrosão por aeração diferencial ou por concentração diferencial. Apesar de tanto o tubo e o suporte serem do mesmo material, as diferenças metalúrgicas ainda pode fornecer uma pequena diferença de potencial para criar uma célula de corrosão.

 O MECANISMO DE CORROSÃO

É um equívoco comum imaginar que SOMENTE o contato metal-metal, juntamente com o acúmulo de água seja a causa principal de corrosão nestes pontos. Isto está correto, porém há muitos fatores, além disso. Vejamos:

1 Acúmulo de água: A própria natureza dos suportes permite que a água acumule-se sobre a superfície do tubo pintado, bem como, na pintura sobre o elemento de apoio;

2. Falha na Pintura: mesmo com uma boa aplicação de pintura no tubo e nos suportes, muitas vezes o sistema de pintura é projetado para exposição à atmosfera e não serviço de imersão. A extensão superficial da tinta é continuamente exposta à água, podendo ocorrer o “amolecimento” (perecimento) dessa camada de tinta imersa. Outro problema comum ocorre quando o tubo se dilata e contraia naturalmente devido a temperatura de trabalho e/ou atmosférica, sendo inevitável que o substrato de aço seja exposto à água por falhas na pintura (por exemplo: fendilhamento, descontinuidade de película, espessura aquém da necessária para uma situação de imersão, escolha do esquema de pintura inadequado, entre outros), levando em conta o tempo de exposição ao meio (imersão) e a temperatura que envolve o sistema operacional;

3. Corrosão inicial:  A pequena área de aço agora exposta à água oxigenada (frequentemente com cloretos), devido a falha na pintura, começa a corroer. Com sua propagação, logo toda a área de suporte ou do tubo estará totalmente exposta (aço nu);

4. Corrosão por frestas: Deste ponto em diante, a corrosão na fenda assume a partir do mecanismo geral de corrosão denominada aeração diferencial. Com a criação do produto de corrosão (formação de camada de óxidos), ele restringe ainda mais a difusão do oxigênio e a concentração de oxigênio diminui. A corrosão por fresta está agora  acelerando cada vez mais.

5. Falha da tubulação ou do suporte: Se ocorrer falha de inspeção ou inacessibilidade ao local para detectar esta perda de espessura de parede, o tubo irá falhar.

SOLUÇÕES INADEQUADAS

O meio industrial a muito tem ciência desse tipo de problema, mas não foi capaz ainda de combatê-la eficientemente, o que é evidenciado por algumas das soluções implementadas que muitas vezes aceleram a corrosão. Exemplos a seguir:

Almofadas de Borracha

Como foi referido anteriormente, pensava-se que o contato metal-metal era a único ou principal problema causador da corrosão por frestas. Assim, muitas indústrias ainda utilizam almofadas de borracha de diversos tipos, em uma tentativa de resolver este problema mesmo notando-se que eles improdutivos (talvez se pense: “ruim com ele, pior sem ele”). Na verdade, almofadas de borracha sob a tubulação intensificam o problema reduzindo ainda mais a vida útil do tubo. A fresta, que foi formada sem a almofada de borracha é leve em comparação com fresta entre a almofada e o tubo, que agora tem a capacidade de absorver mais  água por ação capilar. 

O uso dessas almofadas de borracha além de reter mais água (aumenta a capacidade de deteriorar a pintura), ela também amplia a área de contato aumentando o comprimento da fresta. Nota-se que não há contato bimetálico nessa situação, porém um eletrólito (água de chuva como exemplo) que venceu com o tempo a barreira de tinta e que nesse momento aciona o mecanismo de corrosão seletiva, formando a chamada pilha de ação local.

Almofadas de borracha. Não é incomum observá-las em plantas de processo.

Almofadas de Fibra de Vidro

Obviamente, outra tentativa para eliminar o contato de metal-metal. Isto é melhor do que as almofadas de borracha, mas ainda permite frestas entre a superfície do tubo  e a almofada.

Suportes Soldados

O apoio soldado (chapa soldada) é uma solução viável. No entanto, aumenta o custo significativamente, tanto em termos de construção como de inspeção.

Outras soluções foram adaptadas destas, porém, nenhuma aborda a principal causa do problema: aprisionamento de água (eletrólito), que inicia o processo de deterioração  com  a falha da  pintura e em seguida propiciando o desenvolvimento do mecanismo de corrosão.

Chapa sobreposta, "eficiente"mas custoso.
Na foto, é provável que esta chapa já seja um
reparo de correção de um vazamento.

ALTERNATIVA PESQUISADA

A pouco mais de uma década vem se usando de forma incipiente suportes alta resistência de material termoplástico. A configuração meia-volta onde o tubo é apoiado minimiza a fresta não permitindo a acumulação de água. Permite fácil inspeção e manutenção no suporte. O contato de metal-a-metal é eliminado se utilizado com um parafuso revestido, sendo a tubulação completamente isolada da estrutura de suporte. veja as fotos abaixo:

A foto inferior-direita é de uma estrutura no Brasil.

Detalhe do apoio termoplástico.

Ao utilizar estas braçadeiras em U, é importante aplicar uma manga de poliolefina sobre a haste do parafuso. Isto reduz o risco de quebrar a película de tinta em torno do tubo fornecendo a combinação certa de dureza e durabilidade para proteger a pintura da tubulação, evitando criação de uma fresta capilar em torno da circunferência do tubo.

Outros modelos (braçadeiras) com a mesma concepção.

OBSERVAÇÃO do BLOG: Desconhecemos a eficiência do sistema “inovador” mencionado acima. Para melhor detalhamento sugerimos uma boa pesquisa (apurada) e ponderação sobre o assunto.

Fonte:

http://www.stoprust.com/ por Jim Britton.

http://www.iecengenharia.com/

http://www.ipt.br/

Explanação das aulas ministradas pelo professor José Vieira

da Equipe de Formação de Inspetores – EFI / SINDIPETRO-LP.

MATERIAL COMPLEMENTAR INSERIDO EM 15/01/2014.

Esse material foi sugerido e enviado no dia 14/01/2014 pelo colega João Alexandre. Complementamos dessa forma o post original do dia 12/01/2014 por entendermos que se trata de uma alternativa viável relacionada ao assunto.

CALHA DE SACRIFÍCIO

Outra alternativa interessante para se evitar a corrosão por frestas na parede da tubulação é a utilização de calhas de sacrifício (chapas de aço sobrepostas fixadas na parede externa do tubo), na região dos suportes juntamente com aplicação de fixador (pasta polímero).

A aplicação desse polímero entre a chapa de sacrifício e a tubulação, por meio de solda a frio, fixa as calhas nos suportes de tubulações aéreas, evitando o processo de solda elétrica que gera no metal regiões de fragilização térmica, aumentando significativamente a susceptibilidade à corrosão nestes pontos.

A função desse polímero é a fixação calha de sacrifício com a tubulação eliminando o contato da parede da tubulação com a calha. Essa  calha de sacrifício  afasta  a fresta da tubulação, deixando a calha de sacrifício fazer sua função (corroer no lugar da tubulação).

Essa alternativa pode ser utilizado em tubulações que trabalhem até 175°C aproximadamente.

As fotos abaixo são trechos de tubulações que sofriam corrosão por frestas nas regiões dos suportes e utilizaram essa tecnologia (fixador polímero) apara evitar o dano a tubulação.

Cura mecânica do fixador (pasta polímero) entre a calha com a tubulação.  

A pasta excedente é usada para finalizar vedação nas extremidades da calha.

Calha “soldada a frio” após 3 (três) anos em operação, 

sem nenhum desgaste e/ou ponto de corrosão.

Esta foto e a anterior  foram tiradas por engenheiro da PETROBRAS da RLAM, 

que verificou “in situ” o excelente desempenho da “soldagem a frio” 

com o uso do polímero fixador.

Fonte:

João Alexandre M. Ferreira , consultor-técnico da HITA Comércio e Serviços Ltda. 

MATERIAL COMPLEMENTAR INSERIDO EM 18/03/2014.

O material exposto a seguir foi sugerido pelo colega Paulo da Luz da equipe do PORTAL PETRONOTÍCIAS  no dia 12/03/2014. Complementamos dessa forma o post original do dia 12/01/2014 por entendermos que se trata de uma alternativa e que logicamente deve se estudada pelo setor de projeto de cada empresa interessada. Fica aqui mais uma opção.

ROLETE DE GIRO LIVRE

Uma alternativa que pode ser considerada para se evitar a corrosão por frestas na parede da tubulação é a utilização de Roletes de Giro Livre. Trata-se de dispositivos de apoio por Roletes em Plástico de Alta Performance (RAPAP®) projetados e fabricados para atender as características particulares de cada linha ou tubulação, podendo ser aplicados em diversas instalações desde píeres de manobra, recebimento e exportação de compressão, via de tubos etc. Tudo isso em consonância com o comportamento de estabilidade e flexibilidade de cada configuração.

OBSERVAÇÃO DO BLOG: Devemos salientar que cada planta consolidada deve considerar que mudanças deste tipo requer estudo detalhado do traçado e flexibilidade da tubulação, já que envolverá modificações na altura da linha ou rebaixamento da estrutura de apoio atual entre outros. Deve ser considerado também o diâmetro da linha. Todos os diâmetros são contemplados? Enfim, essa pergunta e outras serão respondidas pelo fabricante (link). Sugiro acima de tudo bom senso e muita pesquisa antes de executar  modificações em uma planta industrial já consolidada.

Fonte:

http://www.liderroll.com.br/WP/