A corrosão e o coprocessamento no cimento novas tecnologias em proteção anticorrosão. SemTec Curitiba Junho 2019 Eliane Taveira

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1 A corrosão e o coprocessamento no cimento novas tecnologias em proteção anticorrosão SemTec Curitiba Junho 2019 Eliane Taveira

2 CONCEITO E IMPORTÂNCIA DA CORROSÃO Corrosão é um termo químico bastante empregado no cotidiano para se referir ao processo de destruição total, parcial, superficial ou estrutural de determinado material causado pela ação do meio. As reações de corrosão são espontâneas Enquanto na metalurgia adiciona-se energia ao processo para obtenção do metal, na corrosão observa-se a volta espontânea do metal à forma combinada, com a conseqüente liberação de energia. Este ciclo é denominado de ciclo dos metais.

3 O processo da corrosão Corrosão mais comum = processo eletroquímico...um metal reage com seu meio ambiente para formar um óxido e outros componentes, geralmente na presença de água. A pilha de corrosão que causa este processo tem três constituintes essenciais: a) um anodo, b) um catodo e c) uma solução eletricamente condutora.

4 O processo da corrosão Corrosão eletroquímica Assim, a corrente de corrosão entre anodo e catodo consiste em: elétrons fluindo dentro do metal e íons fluindo dentro do eletrólito. Esquema da corrosão eletroquímica do metal.

5 O processo da corrosão Como se dá o processo da corrosão numa fábrica de cimento, com os gases quentes da combustão: o ácido condensado é a solução eletrolítica o ph baixo potencializa a condutividade a elevada temperatura acelera o ataque ao metal nas regiões aniônicas as partículas abrasivas presentes nos gases removem a ferrugem da superfície e expõem novo metal à corrosão. RESULTADO: taxas de perda de espessura do metal > 1 mm/ano

6 Quando esta é a situação: TARDE DEMAIS!!! Chaminé corroída

7 COPROCESSAMENTO NO CIMENTO

8 PROCESSO DA CORROSÃO e o COPROCESSAMENTO Aumento do uso de combustíveis alternativos PetCoke Borracha, pneus PVC, garrafas PET Silicone Cavaco de madeira R.G.C (Revestimento Gasto de Cubas) ou Spent Potling, alucoque Resíduos industriais dos mais diversos Presença de compostos ácidos nos gases Alto teor de enxofre carvão ou Pet Coke, alto teor de voláteis x baixo preço - Cloretos na alimentação, no combustível ou no ar (costa) - CO 2 e NO x provenientes da combustão

9 Os gases provenientes do processamento de combustíveis contêm: vapor d água, SO x, CO 2, Cl,, F, No x, PROCESSO DA CORROSÃO e operam em temperaturas próximas do ponto de orvalho quando o ponto de orvalho é atingido produz-se condensação ácida e quente nas paredes metálicas dos equipamentos é neste cenário que a CORROSÃO aparece.

10 CORROSÃO NA INDÚSTRIA CIMENTEIRA Filtros de mangas Filtros eletrostáticos Dutos, ventiladores, chaminés Cascos de fornos rotativos de cimento e cal Âncoras metálicas de fornos de cimento e cal Torres de acondicionamento de gases Sistemas de tratamento de gases do carvão, da escória, de pozolana Estruturas metálicas Elevadores de canecas Transportadores de correia

11 Métodos de proteção à corrosão Alternativas 1) Mudança das condições operacionais O que se pode fazer para reduzir o impacto deteriorativo ocasionado pela corrosão: a) manter a temperatura dos gases alta, acima do ponto de orvalho para prevenir a condensação b) eliminar os componentes ácidos dos gases

12 Métodos de proteção à corrosão Alternativas 1) Mudança das condições operacionais Limitações: a) Quanto à temperatura: desperdício de energia proibida em muitos casos dadas as restrições ambientais não evita a condensação durante partidas e paradas b) Quanto a eliminar os componentes ácidos dos gases: normalmente não é possível - mesmo diluídos, os ácidos quando quentes são muito corrosivos

13 Métodos de proteção à corrosão Alternativas 2) Uso de ligas especiais como materiais de construção Fabricação em aços inoxidáveis ou ligas especiais Uso das ligas austeníticas 304 ou 316, ou de suas versões com baixo teor de carbono, o 304L e o 316L Uso de ligas como o Hastelloy ou Inconel

14 Métodos de proteção à corrosão Alternativas 2) Uso de ligas especiais como materiais de construção Limitações: Econômicas: investimento entre 5 a 10 vezes > aço carbono Operacionais: casos em que ligas especiais não resistem a) concentração de H 2 SO 3 e H 2 SO 4 alta b) presença de cloretos nos gases (provenientes da queima de pneus, borracha, garrafas pet, resíduos orgânicos) ou c) Presença de fluoretos (da queima de resíduos da indústria de alumínio ou outros)

15 PROTEÇÃO À CORROSÃO:LIGAS INOXIDÁVEIS RESISTÊNCIA À CORROSÃO E RESISTÊNCIA MECÂNICA DAS LIGAS INOXIDÁVEIS CORROSÃO POR TENSÃO FRATURANTE SCC (Stress Corrosion Cracking)

16 Alternativas Métodos de proteção à corrosão 3) Aplicação de tintas e revestimentos convencionais Uso de diferentes tintas e revestimentos tradicionais, como: a) os epóxis, resinas tipo Novolak ou similares b) revestimentos à base de silicone c) Primers como etil silicato de zinco d) Tintas convencionais

17 Métodos de proteção à corrosão Alternativas 3) Aplicação de tintas e revestimentos convencionais Limitações: preparo de superfície intenso (não aceitam a presença de contaminantes sobre a superfície metálica) aplicação em múltiplas demãos (demanda tempo) vida útil muito limitada, falham em consequência de corrosão undercut (corrosão por debaixo da camada de revestimento aplicada por falta de adesão à superfície metálica)

18 Métodos de proteção à corrosão Alternativas 3) Aplicação de tintas e revestimentos convencionais Limitações: falham por delaminação ou por formação de bolhas Perfuração Delaminação

19 Métodos de proteção à corrosão Alternativas Uso de revestimentos de liga polimérica, curados e ligados ao substrato metálico nova tecnologia FlueGard -225 Desenvolvida final de início dos anos 2000, nos EUA O objetivo inicial era resolver problemas de corrosão em sistemas de desempoeiramento de fábricas de cimento. Temperatura operacional: de 100ºC a 225ºC, picos de até 270ºC Principal causa da corrosão: a presença de SO 2 e SO 3 provenientes do enxofre no combustível e a presença de cloretos dos combustíveis alternativos, ou devido à proximidade com a costa marítima.

20 Métodos de proteção à corrosão Alternativas Uso de revestimentos de liga polimérica, curados e ligados ao substrato metálico nova tecnologia FlueGard -225 Objetivos do desenvolvimento x tecnologia integrada: a) obter um revestimento que promovesse uma longa e forte adesão ao metal... uso de um binder altamente reticulado e quimicamente muito reativo... passivação do metal durante a etapa de cura térmica a) obter um revestimento que resistisse à temperatura operacional alta... incorporação de diversos fillers (preenchedores) inorgânicos interativos b) Imunidade ao ataque de ácidos...matriz orgânica altamente reticulada c) Resistência à erosão/abrasão por particulado fino...cadeia elastomérica no polímero

21 FlueGard -225SQC amostra retirada de filtro de mangas após 5 meses em operação Corrosão severa na área em aço exposta Revestimento em condição impecável

22 FlueGard - 225SQC crosslink entre revestimento e substrato metálico PLACA DE TESTE VISTA DE PERTO!!!

23 SISTEMAS DE PROTEÇÃO À CORROSÃO DA 3L&T LINHA DE MATERIAIS: liga polimérica e nanocerâmica polimérica alta tecnologia e qualidade temperaturas desde ambiente até 625 C resistentes a SO 3, SO 2, CO 2, HCl, HF e NO x Esquema de aplicação tradicional: a)jateamento ao metal quase branco b)rugosidade mínima entre 75 e 100 micrometros c)pulverização do revestimento em camada única (500 µm EFS) d)cura à temperatura ambiente seco ao toque e)cura em alta temperatura coesão ao substrato metálico

24 LINHA DE PRODUTOS ATUAL Produtos que suportam até 255 C: FlueGard -225SQC liga polimérica WearGard -225SG liga polimérica com alta resistência à abrasão StackGard -255SQW proteção à corrosão com amplo intervalo de cura Para temperaturas intermediárias: FlueGard -425S sistema polimérico inorgânico - suporta até 425ºC FlueGard -455CHT sistema polimérico cerâmico suporta até 455ºC Produtos que curam e desenvolvem altíssima força de coesão com o aço em temperatura ambiente: CorrosionGard -50S - temperatura ambiente CorrosionGard -160S e SH2 até 160 C constantes, com picos de até 250ºC Produtos para alta temperatura - nanocerâmicos KilnGard -600SCW proteção para cascos de fornos WearGard -625S proteção à erosão+corrosão em alta temperatura

25 PROJETO MOAGEM DE CIMENTO INTERIOR SP PROCESSO DE APLICAÇÃO 1º Passo Jateamento Padrão visual de limpeza ao metal quase branco conforme norma Petrobrás SA 2 ½ Inspeção de todas as pecas com rugosímetro Elcometer 223 Rugosidade mínima entre 75 e 100 micrometros

26 PROCESSO DE APLICAÇÃO 2º passo: preparo do material Quase todos os materiais da linha da 3L&T são bicomponente pot life!!! para seu preparo é necessário usar um batedor manual

27 PROCESSO DE APLICAÇÃO 3º passo: aplicação do material 3.1 Stripcoating - flanges, soldas, emendas preenchidos manualmente antes da pulverização 3.2 Pulverização - com tanque de pressão convencional ou Airless Spray

28 3.3 Controle de espessura de camada úmida Demarcação de áreas que terão que ter a espessura corrigida

29 3.5-2ª demão, completando camada úmida recomendada entre 650 e 900 micrometros, intervalo entre demãos de 12 a 48 h, dependendo do material

30 3.6 Inspeção de espessura do filme seco (DFT) Instrumento: Positector 6000 Espessura mínima requerida 500µm (micrometros) Ótimos resultados!!!

31 Inspeção pós operação 4 anos depois CorrosionGard em ótimo estado, nenhum desgaste aparente!!!

32 Corrosão da virola em fornos de cimento Mais frequentes e séria com o aumento do uso de combustíveis alternativos - presença de cloretos Interior de um forno de cimento após a remoção do refratário Depois de 6 anos em operação a espessura da virola passou de 30 para 19,0 mm

33 KILNGARD-600SCW 1. Produto bicomponente 2. Suporta até 600ºC 3. Ideal para proteção de cascos de fornos de cimento Principais características do KG-600: - resistência a altas temperaturas - altíssima resistência química - forte adesão ao aço

34 Fique de olho... Impacto Econômico da troca de um trecho de virola comparativamente à recuperação com KilnGard-600SCW O custo de reposição de 10 metros de uma virola de um forno com 5,6 metros de diâmetro está ilustrado na tabela abaixo. O forno teve que parar depois que uma perfuração foi detectada no casco. Os cálculos foram feitos tomando por base uma produção de ton. de clínquer por dia. Dias de produção perdidos 15 Produção perdida (ton) ,00 Valor da produção (US$) $ ,00 Custo de reposição da virola (US$) $ ,00 Custo de refratário (US$) $ ,00 Custo total $ ,00 Ricardo Mosci, valores de 2002

35 Fique de olho... Impacto Econômico da troca de um trecho de virola comparativamente à recuperação com KilnGard-600SCW Área do trecho da virola Diâmetro (m) 5,60 Comprimento (m) 10,00 Área (m²) 175,84 Custo de recuperação da virola com KilnGard-600SCW Dias de produção perdidos 2 Produção perdida (ton) 4.000,00 Valor da produção (US$) $ ,00 Custo material e instalação do KG600SCW (US$) $ ,58 Custo de refratário (US$) $ ,00 Custo total $ ,58 Obs: situação hipotética de 2 dias de produção perdidos considerando dias extras de forno parado dedicados exclusivamente à instalação de KilnGard-600SCW (tempo de parada normalmente não é estendido em função da inclusão deste serviço no cronograma).

36 Avaliação econômica Depois de selecionadas as alternativas possíveis e aprovadas tecnicamente devemos avaliar qual a solução mais econômica em basicamente três pontos: Custo dos materiais colocados no local de obra (CM); Custo da instalação incluindo montagem e desmontagem dos andaimes (CI); Duração da solução (T). Daí resulta o custo anual (CA) CA = CM + CI T 35

37 Avaliação econômica Exemplo: Revestir 100 m² do plenum de um filtro de mangas de coque. Alternativa 1 Epóxico convencional com micrometros de espessura; Preço por m² Da tinta + solvente posto na fábrica = R$ 60,00 CM= R$ 6.000; Custo instalação CI =R$ ; Duração estimada T = 1 ano. Alternativa 2 CorrosionGard-160S(3L&T) com 500 micrometros de espessura; Preço por m² CorrosionGard-160S + solvente + supervisão = R$ 500 posto fábrica CM = R$ ; Custo instalação CI = R$ ; Duração estimada T = 10 anos CA = CM + CI T 36

38 Avaliação econômica Se olharmos simplesmente CM - Custo dos Materiais: Alternativa 1 CM= R$ 6.000; Alternativa 2 CM = R$ ; Se Olharmos Investimento que engloba CM + CI: Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 1 Alternativa 2 CM+CI= R$ ; CM+CI = R$ ; 37

39 Avaliação econômica Mas ao avaliarmos o Custo Anual CA = CM + CI T Alternativa 1 Alternativa 2 CA = /1,0 = CA = /10 = A Alternativa 2 é mais barata em R$ /ano. 38

40 CONCLUSÕES Problemas distintos de corrosão em fábricas de cimento demandam soluções específicas e de longo prazo. A corrosão, se não está sob controle aumenta o custo de manutenção e reduz a eficiência operacional de uma planta. A análise mais importante da Engenharia no que se refere à corrosão é determinar um sistema de proteção efetivo.

41 CONCLUSÕES Para desempenho de longo prazo o sistema de revestimento deve ser capaz de: resistir à temperatura operacional incluindo picos eventuais, sobreviver a severo ataque químico, suportar a abrasão causada por particulado fino e mais importante o revestimento tem que ser imune à corrosão "undercut - tem que se ligar ao substrato metálico de forma tal que o condensado ácido não seja capaz de penetrar por debaixo da película protetiva. Os revestimento da 3L&T, quando adequadamente instalados, têm todos os atributos acima mencionados.