Sistema On-line de Monitoramento da Corrosão pelo Método Avançado de Resistência Elétrica em Instalação de Coleta de Gás

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1 Sistema On-line de Monitoramento da Corrosão pelo Método Avançado de Resistência Elétrica em Instalação de Coleta de Gás Barry V. Johnson Departamento de Serviços de Consultoria Saudi Aramco Dhahran 31311, Arábia Saudita Fax: F. S. Al-Mubarak, A. I. Al-Mahrous e G.T. Stevens Operações de Gás na Área Sul Saudi Aramco RESUMO O sistema on-line de monitoramento da corrosão (CMS) pelo método avançado de resistência elétrica (AER) em instalação de coleta de gás doce, é o primeiro desse tipo na Saudi Aramco e será a maior instalação de CMS por AER on-line do mundo quando tiver sido totalmente comissionado. Será também a primeira vez que um enlace de backbone em fibra óptica terá sido usado para comunicações entre sondas/transmissores por AER no campo e um servidor de corrosão localizado centralmente em uma planta de gás. Estão sendo instaladas um total de 158 combinações de sondas/transmissores por AER, localizadas tanto no topo das tubulações de recuperação (TOL) como no fundo das linhas de surgência (BOL) dos poços, em conjuntos recuperadores remotos e nas laterais dos gasodutos. As sondas de TOL são instaladas rente à parede da linha e as sondas de BOL e cupons são instalados nos coletores. O servidor de corrosão fica localizado na sala de controle central (CCR) da planta de gás, a aproximadamente 150 quilômetros do local da sonda mais distante. De junho de 2003 até hoje, aproximadamente 70% do sistema já se encontra em condições operacionais. O sistema de coleta, que entrou recentemente em funcionamento, recebe condensado de gás doce e vem sendo continuamente tratado com inibidor de corrosão. Os dados das sondas até junho de 2003 mostravam que as taxas de corrosão de TOL em todo o sistema são baixas, sendo tipicamente menores do que 0,5 MPY (milésimos de polegada por ano). Os dados das sondas instaladas no fundo das linhas também mostram baixas taxas de corrosão, em geral, inferiores a 1,0 MPY. Os dados disponíveis dos cupons de BOL são limitados e as taxas de corrosão dos cupons e sondas não passam de 1 MPY. Testes em uma linha de surgência mostraram que a persistência da película do inibidor de corrosão foi de cerca de 2 horas no lado da cabeça do poço e de cerca de 9 horas a jusante dela, e que o controle da corrosão foi restabelecido em torno de 37 horas após reiniciar o inibidor de corrosão a jusante. De modo geral, o sistema AER com enlace de comunicação em fibra óptica provou ser confiável embora tenham ocorrido pequenos problemas de software no sistema da rede óptica de transporte (OTN) que afetaram a comunicação entre as sondas e o servidor de corrosão. Os testes demonstraram que as sondas de AER são muito sensíveis, respondendo rapidamente a mudanças nas taxas de corrosão e, tanto as sondas como os dados limitados dos cupons indicam que o sistema está sendo protegido pelo continuado tratamento com inibidor de corrosão.

2 1. INTRODUÇÃO Um novo sistema de coleta de gás para aproximadamente 400 milhões de pés cúbicos padrão por dia de gás doce e de condensado associado foi recentemente comissionado. O gás doce contém cerca de 2,67 mol% de dióxido de carbono com traços (até 8 ppm) de gás sulfídrico. Hidrocarbonetos líquidos e água condensam à medida que o gás resfria entre o reservatório e a planta de gás. Há 32 poços doces alimentando 6 conjuntos recuperadores remotos onde os gases e os condensados de cada poço combinam-se entre si e são transportados a dois coletores principais por linhas-tronco. Cinco tubulações de transmissão transportam então o condensado de gás doce dos dois coletores principais para uma planta de gás, onde é feita a separação. A distância entre o poço mais distante e a planta de gás é de aproximadamente 150 quilômetros. A Figura 1 apresenta uma visão geral esquemática do sistema. O resultado da previsão do modelo da taxa de corrosão utilizando o software comercialmente disponível indicou que a taxa de corrosão do aço-carbono seria possivelmente alta, acima de 400 MPY. 1 Decidiuse, portanto, realizar testes para verificar se poderiam ser utilizadas tubulações de aço-carbono para substâncias inibidas. Testes de anel de fluxo foram posteriormente conduzidos por uma instalação de teste independente fora do território nacional, sob condições simuladas do processo. Foi utilizada a salmoura retirada do poço e uma mistura óleo inibido/salmoura, e as taxas básicas de corrosão apresentaram a mesma ordem de grandeza daquela prevista pelo modelo. Os resultados, com a adição de 5 ppm de inibidor de corrosão sobre os líquidos totais, mostrados na Figura 2, indicaram que a taxa de corrosão poderia ser reduzida em até 99%. 2 Com base nesses resultados, decidiu-se instalar tubulações de aço-carbono, juntamente com instalações para o continuado tratamento com inibidor de corrosão. No entanto, em virtude da preocupação quanto à ocorrência potencial de corrosão significativa na tubulação de aço-carbono na eventualidade de surgirem problemas no tratamento com inibidor de corrosão, decidiu-se instalar um sistema on-line de última geração para monitoramento da corrosão. 2. SISTEMA DE MONITORAMENTO DA CORROSÃO PELO MÉTODO AVANÇADO DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA Em 1998, um sistema de monitoramento da corrosão pelo método avançado de resistência elétrica (AER) foi avaliado em testes realizados durante um período de dois anos nos laboratórios de Dhahran da empresa e alguns locais selecionados. O fabricante alegava que a combinação de transmissor/sonda AER era aproximadamente 256 vezes mais sensível a mudanças nas taxas de corrosão do que o sistema ER equivalente. 3 Essa sensibilidade melhorada do AER sobre o ER convencional resulta principalmente do uso de um sinal de 18 bits em lugar do sinal de 8 bits, sendo também ajudada pelo projeto melhorado de uma sonda compatível de alta resolução. 3 O sistema on-line de monitoramento consiste de uma sonda AER, adaptador e transmissor conectado a um computador pessoal com software para coleta e análise de dados fornecido pelo fabricante. O transmissor é alimentado por 24 VCC e possui uma saída digital RS 485. Tanto o transmissor como o adaptador são à prova de explosão, não exigindo qualquer tipo de barreira de segurança. Todas as conexões da sonda, do transmissor e do adaptador são banhadas a ouro para resistir à descoloração/corrosão atmosférica. Os resultados dos testes de laboratório em Dhahran mostraram que o equipamento era muito sensível à corrosão, respondendo bem a mudanças nas taxas de corrosão, em linha com o que dizia o fabricante. Os dados da sonda eram também muito mais fáceis de interpretar do que os dados das sondas convencionais por resistência elétrica (ER), como demonstrava a comparação dos gráficos de AER e ER nos testes comparativos em salmoura sintética mostrados nas Figuras 3 e 4, respectivamente. 4 A duração dos testes era de 30 dias em uma solução de salmoura saturada com 0,2 mol% de H 2 S, 2,2 mol% de CO 2, e 97,6 mol% de N 2 a 15 psig e 150 F. O gás era resfriado a cada 10 dias.

3 3. INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTO AER EM UM NOVO SISTEMA DE COLETA DE GÁS Em virtude das incertezas quanto à corrosão no novo sistema de coleta de gás, decidiu-se pela instalação de estações de monitoramento da corrosão com sondas tanto nas posições de topo da linha (TOL) como de fundo da linha (BOL). Essas estações de monitoramento da corrosão foram instaladas em ambas as extremidades de cada linha de surgência, a jusante das linhas-tronco que ligavam os conjuntos recuperadores remotos ao coletor principal, e nas laterais da entrada e da saída das tubulações de transmissão ligando os coletores principais e a planta de gás. O sistema de duas polegadas para acesso a alta pressão foi utilizado para monitoramento com conexões soldadas a chama diretamente na tubulação nas posições TOL, e conexões flangeadas dispostas como coletores nas posições BOL. Decidiu-se pelo uso de um coletor para monitoramento BOL a fim de evitar a construção de poços com aproximadamente 10 pés de profundidade e quadrados com 8 pés de lado, abaixo da cota para permitir o uso de válvula de serviço do recuperador. Isso foi feito principalmente por motivos de segurança, mas também pelo grande número de poços necessários. Foram utilizados coletores durante muitos anos para monitoramento de sistemas de múltiplas fases, a fim de permitir a separação da fase de água, mais densa, dos hidrocarbonetos líquidos mais leves, e seu uso foi discutido em um trabalho apresentado por F.W. Hughes. 5 Testes no local confirmaram que os coletores BOL se enchiam rapidamente de água. A Figura 5 é um desenho esquemático do coletor e mostra um arranjo de bloco duplo e sangrador para isolar a parte em Tê inferior e permitir que o Tê fosse drenado para instalação e remoção manual da sonda AER e dos cupons. A Figura 6 é a foto de uma estação de monitoramento típica de um campo, mostrando uma sonda/transmissor AER na posição TOL e uma outra no coletor BOL em um braço do Tê e cupons no outro braço do Tê. Sondas AER do tipo embutido são usadas em todos os locais. Nas posições TOL, o elemento de sonda assenta rente à parede da tubulação na posição de meio-dia. No coletor BOL, a sonda AER projeta-se para o interior do corpo do Tê. 4. COMUNICAÇÕES ENTRE AS SONDAS/TRANSMISSORES DE CAMPO E O SERVIDOR DE CORROSÃO NA PLANTA DE GÁS Um sistema de comunicações por fibra óptica foi instalado em toda a área de coleta do gás e decidiu-se usar esse sistema para ligar as combinações de sonda/transmissor AER de campo com o servidor central de corrosão na sala de controle da planta de gás. As cabeças de poço, os coletores principais, e a área de entrada da planta eram alimentadas com 24 VCC e dispunham de enlaces de fibra óptica para a conexão com o backbone de fibra óptica (anel). Cada conjunto recuperador remoto é provido de um sistema fotovoltaico para alimentar o sistema com 24 VCC, juntamente com um cabo de fibra óptica lançado até a cabeça de poço mais próxima para permitir o enlace de comunicação. Cada transmissor localizado no campo é conectado por cabo com núcleo de cobre a uma fonte de 24 VCC para alimentação e, para as comunicações foi usado um cabo de núcleo de cobre conectado a um conversor RS 485 a RS 422 e, em seguida, a um RS 422 para o conversor de fibra óptica conectado ao sistema OTN de fibra óptica. Na planta de gás, as portas seriais do servidor de corrosão são conectadas ao sistema de fibra óptica por conexões fixas ao RS 422 e aos conversores de fibra óptica, os quais, por sua vez, se conectam diretamente ao sistema OTN (Rede Óptica de Transporte) de fibra óptica. Os transmissores são dispostos como sistema multiponto e os multiplexadores do sistema OTN de fibra óptica são programados para permitir comunicações entre o servidor de corrosão e as combinações individuais de transmissor/sonda. O servidor de corrosão foi fornecido pelo fabricante com um software de gerenciamento da corrosão disponível no comércio, incorporando um banco de dados de servidor SQL. Cada combinação de transmissor/sonda possui endereço exclusivo e o software de gerenciamento da corrosão foi programado para efetuar leituras da sonda a cada 10 minutos. Os dados das sondas são armazenados no banco de dados e o software de gerenciamento da corrosão pode ser usado para visualizar esses dados das sondas.

4 O servidor de corrosão foi também conectado ao banco de dados da produção no servidor de IP e os dados mais importantes da produção são copiados e armazenados no banco de dados do servidor de corrosão. Isso permite que os dados das sondas sejam representados em um gráfico, juntamente com parâmetros da produção, tais como temperatura, pressão e vazão. Juntamente com o software foram também fornecidos terminais remotos para permitir que os usuários possam acessar remotamente o servidor da corrosão pela Intranet (sistema Ethernet) da empresa. Os engenheiros são capazes de acessar o servidor da corrosão a partir dos escritórios de engenharia adjacentes à planta e dos escritórios em Abqaiq e Dhahran. A Figura 7 apresenta uma visão geral esquemática simplificada do sistema de comunicações. 5. MONITORAMENTO ON-LINE DA CORROSÃO NO SISTEMA DE COLETA DE GÁS UTILIZANDO O SISTEMA AER Todos os poços de gás doce são continuamente tratados com um inibidor de corrosão solúvel em óleo, a montante do regulador de pressão da cabeça do poço a 1,7 litro por MMscf (milhão de pés cúbicos padrão) de gás. A Figura 8 mostra dados típicos de perda de metal em uma sonda AER. Os dados das sondas mostram que as taxas de corrosão estão, em geral, abaixo de 0,5 MPY nas regiões TOL, com as taxas aumentando ligeiramente, conforme era esperado, à medida que se chega às cabeças dos poços. Há, no entanto, exceções, com uma taxa de 1,63 MPY em uma linha-tronco e uma taxa de 2,5 MPY em uma segunda linha-tronco. Os coletores BOL são periodicamente lavados para resfriar a água (inibida). As taxas de corrosão em BOL são geralmente menores do que 0,5 MPY. No entanto, as sondas nos dois locais BOL indicaram imediatamente um problema potencial em duas linhas-tronco, com leituras de 8,47 MPY e 4,73 MPY, respectivamente. Embora esteja disponível apenas um número limitado de dados da taxa de corrosão dada pelos cupons, as taxas de corrosão determinadas pelo cupom e os dados das sondas ficaram abaixo de 1 MPY, conforme mostrado na Figura 9. Os cupons não comprovaram a existência de qualquer ataque localizado de microfissuração. Para demonstrar a capacidade de resposta e a sensibilidade do sistema AER a mudanças na inibição da corrosão, realizamos um teste em uma linha de surgência do poço. O inibidor de corrosão foi desligado e a resposta das sondas de TOL e de BOL na cabeça do poço e no conjunto recuperador remoto da linha de surgência foi monitorada. Os resultados desse teste são mostrados nas Figuras 10, 11, 12 e 13. Os números mostram a resposta dos dados de perda de metal das sondas a mudanças realizadas durante o teste. O inibidor de corrosão foi desligado em 30 de abril de 2003, e religado em 4 de maio de 2003, a uma taxa de 4,5 litros por MMscf. Os dados das sondas de TOL da linha de surgência na cabeça do poço e no conjunto recuperador remoto (Figuras 10 e 11, respectivamente) mostram que a corrosão por condensação está abaixo de 0,2 MPY, não tendo sido afetada por mudanças no tratamento por inibidor de corrosão. As taxas de corrosão permaneceram muito baixas, abaixo de 0,1 MPY nos coletores BOL da linha de surgência na cabeça do poço (Figura 12) e no conjunto recuperador remoto (Figura 13), antes de o inibidor de corrosão ter sido desligado. As sondas mostram que a persistência da película do inibidor de corrosão é de cerca de 2 horas após o inibidor de corrosão ter sido desligado no coletor BOL da cabeça do poço (Figura 12) e em torno de 9 horas no coletor BOL do conjunto recuperador remoto (Figura 13). O motivo pelo qual a persistência da película mostrou-se mais longa no conjunto recuperador remoto é atribuído ao fato de algum resíduo do inibidor ter sido lavado das paredes da tubulação muito mais rapidamente a montante do coletor BOL da cabeça do poço do que no coletor BOL do conjunto recuperador remoto. As taxas de corrosão não-inibidas subiram para perto de 8,6 MPY no coletor BOL da cabeça do poço (Figura 12) e para cerca de 7 MPY no BOL do conjunto recuperador remoto (Figura 13), antes da injeção do inibidor de corrosão ser reiniciada.

5 A Figura 13 mostra que foram necessárias aproximadamente 37 horas para que a película protetora do inibidor de corrosão fosse restabelecida no coletor BOL do conjunto recuperador remoto. Os dados da Figura 12 para a sonda BOL da cabeça de poço mostram que o controle da corrosão não foi restabelecido no período de 7 dias subseqüente à reinjeção do inibidor de corrosão até o fechamento do poço para trabalhos de manutenção. A razão pela qual o controle da corrosão não foi estabelecido no coletor BOL da cabeça do poço presume-se que seja em decorrência da formação de uma emulsão instável causada pela alta taxa inicial de injeção do inibidor da corrosão. De modo geral, esses resultados de teste demonstram a sensibilidade e a capacidade de resposta do sistema AER a mudanças na taxa de corrosão e mostram que a corrosão no sistema de coleta de gás está sendo controlada pelo tratamento por inibidor de corrosão. 6. DESEMPENHO DO SISTEMA AER E DO BACKBONE DE COMUNICAÇÕES POR FIBRA ÓPTICA O sistema AER comportou-se de um modo geral de forma satisfatória e confiável. Não foram verificados quaisquer problemas com os transmissores, sondas ou com o servidor de corrosão. No entanto, algumas sondas em TOL foram danificadas durante a instalação e isso resultou em pequenos vazamentos quer para cima através do centro dos bujões ocos ou através dos adaptadores. O algoritmo inicial do software de gerenciamento da corrosão utilizado para apurar a taxa de corrosão por perda de metal das sondas vem sendo modificado pelo fabricante, em trabalho conjunto com o fornecedor do software, pois o gráfico das taxas de corrosão pode levar a interpretações errôneas. No aspecto das comunicações, os conversores mostraram-se confiáveis, mas ainda carecem de uma fiação correta para evitar danos, enquanto o uso do cabo de fibra óptica não resultou em perda de sinal das sondas no sistema. Ocorreu perda de comunicações entre o servidor de corrosão e alguns dos transmissores de campo e isso foi constatado como sendo resultante de mudanças acidentais feitas em alguns dos parâmetros do servidor principal de fibra óptica, tendo sido facilmente corrigido. 7. RESUMO O sistema AER de monitoramento da corrosão operou durante 8 meses com 88 combinações de transmissor/sonda no campo, conectadas através de um backbone de fibra óptica a um servidor de corrosão localizado centralmente em uma planta de gás. De modo geral, o desempenho do sistema comprovou ser confiável. Os testes mostraram que as sondas são muito sensíveis e capazes de responder a mudanças na corrosão. Os dados das sondas suportados pelos cupons de corrosão indicam que a corrosão BOL vem sendo controlada em todo o sistema pelo tratamento contínuo com inibidor de corrosão. Os dados das sondas mostraram também que a corrosão TOL em decorrência da condensação é muito baixa e imune a mudanças no tratamento com inibidor de corrosão. AGRADECIMENTOS Nossos agradecimentos são dirigidos principalmente ao seguinte pessoal da Saudi Aramco: A. I. Al- Abdulhadi, da Unidade de Serviços de Corrosão, pelo valioso apoio nos programas de laboratório e dos testes de campo. A. A. Navas e C. I. Cruz, do Departamento de Serviços de Consultoria, por suas contribuições técnicas, e R. C. Alonzo também do Departamento de Serviços de Consultoria pela assistência com as figuras. Agradecimentos são também devidos aos representantes dos serviços técnicos do fabricante, por seu apoio durante a instalação e comissionamento do sistema AER.

6 REFERÊNCIAS 1. Predict 2.0, InterCorr International Inc., Services, Systems & Software. 2. Dados não publicados, testes conduzidos em uma instalação independente de testes fora do território nacional, pertencente a terceiros, Informações técnicas do fabricante. 4. Dados não publicados, A. I. Al-Abdulhadi, Saudi Arabian Oil Company, Corrosion Services Unit, Research & Development Center, Dhahran, F. W. Hughes, The Use and Importance of Traps for Effective Monitoring of Internal Corrosion in Multiphase Systems, NACE Middle East Corrosion Conference, Bahrain 1981.

7 18 Poços 5 Conjuntos Recuperadores Remotos Linhas-tronco Linhas de Transmissão (Típico) Coletor Principal 1 Linhas de Transmissão Planta de Gás Linhas-tronco Coletor Principal 2 14 Poços 2 Conjuntos Recuperadores Remotos Figura 1 Visão Geral Esquemática do Sistema de Coleta de Gás Doce

8 Taxa de Corrosão / (mm/ano) 0,1 Pré-corrosão Salmoura inibida Inib. A Inib. B Inib. C Inib. D Vazio Tempo / d Taxa de corrosão em função do tempo com inibidor dosado a 5 ppm baseado em líquidos totais. Testes realizados com auxílio de eletrodos cilíndricos rotativos a 140ºF (60ºC), 12 psi de CO 2, 3,8% de NaCl, 100 ppm de ácido acético. Figura 2 Triagem de Inibidores de Corrosão

9 Fundo de escala de PLU Fator de Amaciamento Tempo Delta (min) Taxa de Corrosão (mils/ano) Dados Lidos Criar Gráfico de Correção Perda de Metal [mil] Tempo Real Perda de metal em função do tempo para AER. Teste realizado durante 30 dias em salmoura saturada com 0,2 mol% de H 2 S, 2,2 mol% de CO 2 e N 2 balanceado a 150ºF (65ºC) à pressão atmosférica. Gás resfriado a cada 10 dias. Figura 3 Avaliação do AER em Laboratório

10 Perda de Metal (mils) Tempo Perda de metal em função do tempo para ER. Teste realizado durante 30 dias em salmoura saturada com 0,2 mol% de H 2 S, 2,2 mol% de CO 2 e N 2 balanceado a 150ºF (65ºC) à pressão atmosférica. Gás resfriado a cada 10 dias. Figura 4 Avaliação do ER em Laboratório

11 Alta Pressão Conexão de 2 para Acesso Restrito ao Serviço, na posição de 12 horas Conjunto Recuperador Ponto para Amostragem, 1 Drenagem para alívio de pressão Alta Pressão Conexão de 2 para Acesso Restrito ao Serviço, na posição de 6 horas Figura 5 Representação Esquemática do Coletor de Fundo de Linha

12 Estação de monitoramento da corrosão, com sonda de TOL e sonda de linha BOL e cupons dispostos como coletores Figura 6 Fotografia de uma Estação Típica de Monitoramento da Corrosão

13 Transmissor/Sonda Conversor Servidor de IP (Informações da Planta) Backbone de Comunicações em Fibra Óptica Terminais-clientes Enlace Ethernet para Comunicações Servidor de Corrosão Figura 7 Desenho Esquemático Simplificado do Sistema de Comunicações

14 2,0 1,5 milésimos de polegada 1,0 0,5 0,0-0,5 Fev Abr Mai 0,013 Gráfico típico de perda de metal em função do tempo para sonda AER na posição BOL no sistema de coleta de gás Figura 8 Perda Típica de Metal em função do Tempo para Sonda AER Localização Linha de Surgência A no BOL do conjunto recuperador remoto Linha de Surgência B no BOL do conjunto recuperador remoto Linha de Surgência C no BOL da cabeça do poço Taxa de corrosão, em MPY Cupom Sonda 0,48 1,18 1,33 0,3 0,57 <0,1 Figura 9 Comparação da Taxa de Corrosão entre os Dados dos Cupons e das Sondas AER

15 0,010 0,005 Perda de Metal milésimos de polegada 0,000-0,005-0,010-0,015-0,020-0,025 Inibição interrompida Inibição reiniciada -0,030-0,035 Dados Medidos Gráfico da perda de metal em função do tempo para sonda AER na posição TOL na cabeça do poço. Inibição de corrosão paralisada em 30/4/2003 e reiniciada em 4/5/2003. Figura 10 Perda de Metal em função do Tempo para Sonda AER na Cabeça do Poço

16 0,350 Perda de Metal milésimos de polegada 0,325 0,300 0,275 0,250 Inibição interrompida Inibição reiniciada 0,225 Dados Medidos Gráfico da perda de metal em função do tempo para sonda AER na posição TOL no conjunto recuperador. Inibição de corrosão paralisada em 30/4/2003 e reiniciada em 4/5/2003. Figura 11 Perda de Metal em função do Tempo para Sonda AER no Conjunto Recuperador Remoto

17 0,05 Perda de Metal 0,00 milésimos de polegada -0,05-0,10-0,15-0,20 Inibição interrompida Inibição reiniciada -0,25-0,164 30/04/2003 Gráfico da perda de metal em função do tempo para sonda AER na posição BOL da cabeça do poço. Inibição de corrosão paralisada em 30/4/2003 e reiniciada em 4/5/2003. Figura 12 Perda de Metal em função do Tempo para Sonda AER na Cabeça do Poço

18 0,000 Perda de Metal 0,005 milésimos de polegada -0,050-0,075-0,100-0,115-0,150 Inibição interrompida Inibição reiniciada -0,175-0,200-0,125 30/04/2003 Gráfico da perda de metal em função do tempo para sonda AER na posição BOL do conjunto recuperador. Inibição de corrosão paralisada em 30/4/2003 e reiniciada em 4/5/2003. Figura 13 Perda de Metal em função do Tempo para Sonda AER no Conjunto Recuperador Remoto

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