FATORES QUE PODEM IMPLICAR EM FALHAS PREMATURAS DE PINTURA INTERNA in situ DE DUTOS 2006

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1 FATORES QUE PODEM IMPLICAR EM FALHAS PREMATURAS DE PINTURA INTERNA in situ DE DUTOS 2006 Joaquim Pereira Quintela PETROBRAS/CENPES Victor Solymossy PETROBRAS/CENPES

2 INTRODUÇÃO Vantagens do emprego de revestimentos internos: Reduzir custos de manutenção Aumentar a vida útil dos dutos Garantir a qualidade dos produtos transportados Aumentar a confiabilidade operacional Reduzir riscos pessoais Evitar danos ambientais Reduzir perdas de carga

3 INTRODUÇÃO Vantagens do processo de revestimento interno in situ: Reabilitação de tubulações em operação que tenham sido afetadas pela corrosão Redução de gastos com inibidores de corrosão Economia de aproximadamente 70% em relação ao custo com a troca do duto

4 1) ETAPAS DO PROCESSO DE REVESTIMENTO in situ 1) Limpeza mecânica 2) Limpeza química 3) Aplicação do revestimento 4) Teste hidrostático Figura 1: Representação esquemática do processo de pintura in situ.

5 2) FATORES QUE INFLUENCIAM O DESEMPENHO DOS REVESTIMENTOS POR PINTURA Aspectos relacionados à construção e ao projeto das estruturas e equipamentos Preparação e condições prévias do aço Especificação do esquema de pintura Qualidade das tintas Aplicação das tintas Controle de qualidade da pintura Preparação da superfície

6 PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE Objetivo: Remover os contaminantes da superfície (carepa de laminação, produtos de corrosão, sais óleos, graxas, tintas velhas, etc) e criar condições que proporcionem aderência satisfatória aos esquemas de pintura.

7 PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE Presença de sais (Cl - e SO 4= ): Contribui para a rápida degradação da pintura, aumentando a taxa de absorção de umidade da atmosfera, o que facilita a ocorrência de várias reações na interface metal/revestimento. Falhas mais comuns: empolamento, corrosão do substrato e perda de aderência do revestimento. Presença de óleos e graxas: Além de prejudicar a aderência do revestimento, pode acarretar o aparecimento de crateras e porosidades.

8 3) CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS IMPORTANTES SOBRE A DECAPAGEM ÁCIDA Objetivo: Retirar os óxidos de ferro depositados na superfície do aço. Reação química: FeO + HCl Fe +2 + H + + H 2 O Figura 2: Representação esquemática de uma superfície de aço com carepa de laminação. Principais Características: Processo lento depende da penetração do ácido à camada de FeO. Controle rigoroso de todas as etapas envolvidas a superfície metálica deve se apresentar livre de contaminantes antes da aplicação do revestimento.

9 4) ESTUDO DE CASO DE FALHA PREMATURA NO REVESTIMENTO DE UM DUTO Histórico do duto: Diâmetro: 14 Tempo de operação: acima de 20 anos Processo de reabilitação utilizado: pintura interna in situ Ocorrência de falha: após a realização do teste hidrostático, foi verificado que o duto apresentava descascamento da pintura e corrosão sob o revestimento.

10 ETAPAS DO PROCESSO DE REVESTIMENTO REALIZADO NO CAMPO 1) Remoção de materiais gordurosos e partículas sólidas com fraca aderência Foi utilizada uma solução a 10% de um solvente comercial, que permaneceu em contato com a superfície por aproximadamente 3 minutos 2) Decapagem química com solução de HCl 15-16% contendo inibidor de corrosão A solução foi injetada entre os pigs ao longo de toda extensão do duto. Esta operação foi repetida 7 vezes 3) A inspeção do duto realizada após estas etapas mostrou a existência de uma crosta interna aderida à superfície metálica Foram utilizados pigs especiais em conjunto com HCl para remoção da camada de produto de corrosão

11 ETAPAS DO PROCESSO DE REVESTIMENTO REALIZADO NO CAMPO 4) Passivação da superfície Lavagem com água potável, água tamponada e tratamento com H 3 PO 4 3-4% 5) Lavagem da superfície com solução de Na 2 CO 3 com ph entre 7 e 11, de modo a levar o ph para um valor acima de 6 O procedimento de rinsagem era repetido se a concentração de cloreto determinado na solução estivesse acima de 400 ppm 6) Última etapa Lavagem com solução de metil-etil-cetona (MEC) e metanol para secagem do duto 7) Aplicação da tinta Após a preparação da superfície foram aplicadas de duas a cinco demãos de tinta epóxi-poliamida, de forma que fosse obtida uma espessura final igual a 150 mm

12 ASPECTO DA SUPERFÍCIE DO DUTO Descascamento da pintura Ocorrência de corrosão sob o revestimento

13 ASPECTO DA SUPERFÍCIE DO DUTO Descascamento completo do revestimento e superfície metálica totalmente oxidada Amostras com revestimento aderente e superficialmente em boas condições

14 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Amostras do duto Seção transversal da película - MEV (50 x) As medidas de espessura do revestimento mostraram valores bastante heterogêneos. 109 mm 145 mm 93 mm 45 mm 102 mm

15 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Amostras do duto O revestimento apresentava regiões de descontinuidade. A ação mecânica efetuada no processo de limpeza da superfície proporcionou alguma rugosidade à superfície. Seção transversal da película - Microscopia ótica (240 x) Camada escura de óxido, aparentemente compacta, entre o revestimento e o substrato

16 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Amostras do duto Espectro de dispersão de energia (EDS) dos produtos de corrosão sob o revestimento. - Existência de uma camada escura, aparentemente compacta, entre o substrato e o revestimento. - A análise por EDS revelou que o elemento presente em maior quantidade era o Ferro. Counts Fe Si Cl Fe Energy (kev)

17 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Amostras do duto Espectro de difração de Raios-X (DRX) dos produtos de corrosão sob o revestimento. - Foi verificado que o produto de corrosão era formado por : Magnetita (Fe 3 O 4, em maior quantidade) Hematita (Fe 2 O 3 ) Lepidocrocita (g-feooh) Goetita (a-feooh)

18 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Amostras do duto Resultados da análise do extrato aquoso dos produtos de corrosão. Amostra ph do extrato aquoso Teor de Cl - no substrato (mg.cm- 2 ) (*) Condutividade do extrato aquoso (ms/cm) Teor de PO 4-3 no substrato (mg.cm- 2 ) (*) 1 5, < 0,01 2 5, < 0,01 3 5, < 0,01 Água 5,8-1,0 - bidestilada (**) * Ensaios realizados pelo método de colorimentria ** Água com grau analítico tipo 02 (ASTM D1193)

19 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Avaliação da qualidade da tinta e do procedimento de limpeza da superfície Procedimento para preparação da superfície dos corpos de prova: Decapagem física (jateamento abrasivo): 1) Desengorduramento por meio de solventes orgânicos adequados; 2) Decapagem por meio de jateamento abrasivo (granalha de aço) até o grau de limpeza mínimo Sa 2 ½ (metal quase branco), conforme as Normas ISO 8501 e ISO 8504.

20 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Avaliação da qualidade da tinta e do procedimento de limpeza da superfície Procedimento para preparação da superfície dos corpos de prova: Decapagem ácida: 1) Desengorduramento por meio de solventes; 2) Tratamento com solução de ácido clorídrico (15 a 16%), contendo inibidor de corrosão e algumas gotas de detergente comercial; 3) Lavagem com água potável da rede estadual; 4) Escovamento manual (escova de aço); 5) Tratamento com a solução mencionada em (2); 6) Lavagem com água potável e água tamponada (ph final da superfície de aproximadamente 7); 7) Tratamento com solução de ácido fosfórico (4 a 5%); 8) Tratamento com solução de NaOH com ph=8; 9) Lavagem final com água bidestilada; 10) Tratamento com mistura de solventes: metil-etil-cetona e metanol (1:1); 11) Secagem ao ar e pintura.

21 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Avaliação da qualidade da tinta e do procedimento de limpeza da superfície Ensaios realizados: Ensaios de Imersão - Avaliar a resistência do revestimento em relação à ocorrência de empolamento, corrosão, etc. A imersão foi realizada em água destilada a 40 ºC e em água salgada (NaCl a 3,5%) a 25 ºC. * Ensaios eletroquímicos Avaliar as condições de proteção por barreira da tinta. Foi utilizada a técnica de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) sob condições de imersão total em solução de NaCl 0,01 M.

22 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Avaliação da qualidade da tinta e do procedimento de limpeza da superfície Resultados dos ensaios de imersão em água destilada a 40 ºC Preparação da superfície Amostras retiradas do duto Jateamento abrasivo Identificação do Material T 1.18 T 1.19 T 2.3 T 2.5 CP A Principais observações no revestimento 15 dias constataram-se bolhas 2 (S 2) 20 dias aumento na frequência e no tamanho das bolhas 4 (S 2/3) 15 dias - constataram-se bolhas 2 (S 2) 20 dias - aumento na frequência e no tamanho das bolhas 4 (S 2) 20 dias não se constatou qualquer alteração Decapagem ácida CP B 20 dias não se constatou qualquer alteração As bolhas foram classificadas de acordo com a Norma ISO 4628.

23 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Avaliação da qualidade da tinta e do procedimento de limpeza da superfície Resultados dos ensaios de imersão em água salgada a 25 ºC Preparação da superfície Amostras retiradas do duto Jateamento abrasivo Identificação do Material T 1.18 T 1.19 T 2.3 T 2.5 CP A Principais observações no revestimento 7 dias constataram-se bolhas 2 (S 2) 20 dias aumento na frequência e no tamanho das bolhas 3 (S 3) 7 dias - não se constatou qualquer alteração 20 dias - constataram-se bolhas 5 (S 2), principalmente nas regiões com alvéolos 20 dias não se constatou qualquer alteração Decapagem ácida CP B 20 dias não se constatou qualquer alteração As bolhas foram classificadas de acordo com a Norma ISO 4628.

24 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Avaliação da qualidade da tinta e do procedimento de limpeza da superfície Diagramas de impedância referentes às amostras retiradas do duto. Amostras do duto 4 h de imersão sol. NaCl 0,01M Amostras do duto 28 h de imersão sol. NaCl 0,01M 3.00E E+08 T2.4 T2.6 T2.4 T E E+08 Z" Z" 1.00E+08 13,1 Hz 1.00E+08 10,4 Hz 82,5 Hz 41,4 mhz 104 mhz 0.00E E E E E E+08 Z' 0.00E+00 52,1 Hz 32,8 mhz 32,8 mhz -5.00E E E E E+08 Z' Observações: Os valores de impedância já são baixos nas primeiras 4 horas de imersão A presença de um segundo arco capacitivo nas regiões de baixa frequência pode estar atribuído à ocorrência de corrosão na interface substrato metálico/revestimento

25 4.1) ENSAIOS EM LABORATÓRIO Avaliação da qualidade da tinta e do procedimento de limpeza da superfície Diagramas de impedância referentes aos corpos de prova preparados em laboratório. Observações: Corpos-de-prova preparados em laboratório 4 h de imersão sol. NaCl 0,01M Corpos-de-prova preparados em laboratório 28 h de imersão sol. NaCl 0,01M 1,20E+10 1,20E+10 Z" 9,00E+09 6,00E+09 3,00E+09 0,00E mhz CP.A CP.B -5,00E+07 2,95E+09 5,95E+09 8,95E+09 1,20E+10 1,50E+10 Z' Corpos-de-prova preparados em laboratório 168 h de imersão sol. NaCl 0,01M Z" 9,00E+09 6,00E+09 3,00E+09 0,00E+00 CP.A CP.B 165 mhz -5,00E+07 2,95E+09 5,95E+09 8,95E+09 1,20E+10 1,50E+10 Z' Corpos-de-prova preparados em laboratório 240 h de imersão sol. NaCl 0,01M 480 horas de imersão arco capacitivo com elevados valores de impedância. 1,20E+10 1,20E+10 CP.A CP.A 9,00E+09 CP.B 9,00E+09 CP.B Z" 6,00E+09 3,00E+09 0,00E+00 1,20E mhz -5,00E+07 2,95E+09 5,95E+09 8,95E+09 1,20E+10 1,50E+10 Z' Corpos-de-prova preparados em laboratório 360 h de imersão sol. NaCl 0,01M CP.A Z" 6,00E+09 3,00E+09 0,00E+00 1,20E mhz -5,00E+07 2,95E+09 5,95E+09 8,95E+09 1,20E+10 1,50E+10 Z' Corpos-de-prova preparados em laboratório 480 h de imersão sol. NaCl 0,01M CP.A Sob o aspecto de proteção por barreira, as propriedades encontramse de forma satisfatória. 9,00E+09 CP.B 65,5 mhz 9,00E+09 CP.B Z" 6,00E+09 Z" 6,00E+09 41,4 mhz 3,00E+09 3,00E+09 0,00E+00-5,00E+07 2,95E+09 5,95E+09 8,95E+09 1,20E+10 1,50E+10 Z' 0,00E+00-5,00E+07 2,95E+09 5,95E+09 8,95E+09 1,20E+10 1,50E+10 Z'

26 CONCLUSÕES A deterioração acentuada do revestimento e o severo processo de corrosão do aço sob o mesmo foi, provavelmente, decorrente da preparação inadequada da superfície, uma vez que foram encontrados elevados teores de cloretos (ex. FeCl 2 ) na interface substrato/revestimento. A baixa espessura do revestimento, em algumas regiões, também contribuiu para a redução do tempo de falha. Esse fato ressalta a necessidade da realização de uma inspeção adequada na aplicação do esquema de pintura, de modo que o valor mínimo de espessura seja alcançado no processo. Os resultados dos ensaios em laboratório mostraram que a tinta apresentava qualidade satisfatória e, portanto, não apresentaria interferência na falha prematura do revestimento.

27 CONCLUSÕES Os resultados obtidos com os corpos de prova preparados em laboratório demonstraram que o revestimento apresenta um bom desempenho quando o procedimento de limpeza química da superfície é conduzido conforme padrões técnicos confiáveis e sob inspeção em todas as etapas. O procedimento de limpeza química deve contemplar a realização da análise de teor de sais solúveis, principalmente cloretos, presente no substrato antes da liberação do duto para pintura. O emprego de inibidores de corrosão torna-se uma ferramenta indispensável no caso de dutos revestidos internamente in situ, devido à grande dificuldade no controle deste processo, o que pode levar à ocorrência de falhas na pintura, com ou sem exposição do substrato. Dessa forma, a realização de estudos complementares para a seleção do tipo e da concentração de inibidores deve ser feita quando se opta por esta técnica.

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