Desafios na Seleção de Materiais na Indústria do Petróleo

Transcrição

1 Desafios na Seleção de Materiais na Indústria do Petróleo Carlos Cunha Dias Henriques Petrobras/Cenpes

2 Introdução A Petrobras em números O CENPES e os desafios tecnológicos Desafios de materiais Na área de E&P Na área de Abastecimento, Gás e Energia Seleção de materiais Conclusões Sumário

3 A Petrobras Em suas 109 plataformas de produção, além dos poços em terra, a Petrobras produz o equivalente a 2,3 milhões de barris por dia de petróleo e gás Dados Dez/2007

4 A Petrobras Seus produtos são transportados por 153 navios e mais de 23 mil km de dutos Distância que daria para ir do Rio de Janeiro a Moscou E voltar Dados Dez/2007

5 Evolução da Produção x Consumo Consumo Nacional (mil bpd) Produção total da Petrobras (mil boepd) Refino (mil bpd) Reservas privadas em milhões (boe) Fonte: CNPE(MME)

6 A Petrobras no Mundo ÁREA INTERNACIONAL - 27 PAÍSES Reino Unido Mexico EUA Colombia Equador Peru Nova Iorque Houston Venezuela BRASIL Portugal Turquia Jordânia Libia Irã Paquistão Senegal Nigeria India Tanzânia Cingapura Angola Moçambique Beijing Tóquio Okinawa Sede Escritório de Representação Refino Trading Exploração e Produção Bolívia Rio de Janeiro Paraguai Uruguai Argentina Áreas Foco: Refino: Adicionar valor às exportações de óleo pesado brasileiro E&P: Leste da África (Nigéria, Angola) e Golfo do México: Aplicar tecnologias de E&P em águas profundas e ultraprofundas com vantagem competitiva América Latina: Liderança como empresa integrada de energia

7 Plano de Investimentos % Período US$ 112,4 bilhões 13% 65,1 15,0 1,5 2,6 2,6 29,6 1% 2% 4,3 6,7 26% 2% 4% 6% E&P RTC G&E Petroquímica Distribuição Corporativo Biocombustível Brasil 97,4 Internacional 87%

8 ORGANOGRAMA PETROBRAS

9 Organograma CENPES Gerente Executivo P&D de Exploração P&D de Produção Engenharia Básica - E&P Engenharia Básica - AB-G&E Staff P&D de Abastecimento P&D de Gás, Energia e Desenvolvimento Sustentável Gestão Tecnológica

10 Sistema Tecnológico Petrobras Exploração e Produção Gás, Energia e Desenvolvimento Sustentável Novas fronteiras exploratórias Modelagem de bacias Águas profundas Produção de óleos pesados Recuperação avançada Pró-sal Resultados e Desafios Abasteciment oe Refino

11 Sistema Tecnológico Petrobras Exploração e Produção Principais Resultados Tecnologia para águas profundas Produção e reservas em expansão Principais Desafios Viabilizar a produção de óleos pesados e ultra-pesados em águas profundas Tecnologia para águas ultra-profundas Reduzir custos e otimizar o fator de recuperação dos campos maduros Produção de reservatórios da Seção Pré-sal

12 Sistema Tecnológico Petrobras Exploração e Produção Gás, Energia e Desenvolvimento Sustentável Gás natural Biocombustíveis Meio ambiente Mudanças climáticas Resultados e Desafios Abasteciment oe Refino

13 Sistema Tecnológico Petrobras Gás, Energia e Desenvolvimento Sustentável Principais Resultados Biodiversidade: tecnologias para monitoramento ambiental Reuso de efluentes Tecnologia para a produção de biodiesel Principais Desafios Tecnologias para a produção de biocombustíveis de segunda geração Processos efluentes zero/emissões zero Projetos para captura e armazenamento de carbono Ecoeficiência

14 Sistema Tecnológico Petrobras Exploração e Produção Gás, Energia e Desenvolvimento Sustentável Abasteciment oe Refino Refino Otimização e confiabilidade Inovação em combustíveis Transporte Resultados e Desafios

15 Sistema Tecnológico Petrobras Abastecimento e Refino Principais Resultados Processamento de petróleos pesados Combustíveis e lubrificantes de alta qualidade HBIO Principais Desafios Processamento de petróleos ultra-pesados Produtos de menor impacto ambiental

16 Introdução A Petrobras em números O CENPES e os desafios tecnológicos Desafios de materiais Na área de E&P Na área de Abastecimento, Gás e Energia Seleção de materiais e revestimentos Conclusões Sumário

17 Desafios na Área de E&P Processos Corrosivos Básicos Corrosão por Cloretos e Oxigênio Corrosão pelo H2S Biocorrosão (BRS) Corrosão pelo CO2 Corrosão Bacteriológica Processos Sinérgicos Interação Corrosão-Fadiga Corrosão-Erosão Corrosão sob tensão Fragilização pelo Hidrogênio

18 Corrosão por Cloretos e Oxigênio Fonte: Ambiente Marinho Agressivo (névoa salina) Corrosão externa Cloretos presentes na água produzida corrosão interna Efeito: Ruptura do filme passivo pelo Cl - pites ou alvéolos Estagnação + presença de depósitos (orgânicos e inorgânicos) gera células de aeração diferencial Mitigação: Uso de metalurgia especial (f temperatura) Pintura externa Revestimento Interno

19 Mecanismos de Falha Corrosão pelo Cl - e O 2 Restrição de O 2 na fresta (crevice) Corrosão por Frestas: O 2 + 2H e - 4 OH - ; Quebra de filme passivo pelo Cl - ; Formação de FeCl 2 e HCl na fresta

20 Corrosão por H2S Fontes: Presença de H 2 S no óleo produzido Geração de H 2 S no reservatório (acidulação biogênica) Geração de H 2 S em condições estagandas (BRS) Mitigação: Controle por seqüestrante de H 2 S Uso de metalurgia especial Corrosão uniforme Corrosão localizada

21 Biocorrosão Fontes: Bactérias Redutoras de Sulfato, condições de estagnação Efeitos: Bactérias se aderem às superfícies sólidas e iniciam a formação do biofilme; Produzem produtos metabólicos ácidos a partir de seu crescimento; Formam pilhas de aeração diferencial por efeito de consumo desigual de oxigênio em zonas localizadas. Formação de Enxofre elementar (S) corrosão severa do aço e plugueamento Mitigação: Uso de biocidas Controle da qualidade da água

22 Corrosão por CO2 Pressão de CO 2 Pressão de H 2 S Teor de bicarbonato Teor de acetato Temperatura Velocidade Tipo de fluxo BSW RGO Tipo de Óleo Passagem de Pig Inibidor de corrosão Fonte: Presença de CO 2 no óleo produzido Processo complexo: grande número de variáveis Efeito: Pode levar à corrosão localizada

23 Corrosão por CO2 Furo em coluna de produção Pits nucleados em poros da pintura Mitigação: Uso de inibidor de corrosão Uso de metalurgia especial Corrosão após operação de passagem de arame (remoção de camada protetora)

24 Interação Corrosão-Fadiga Efeito: Fonte: Tensões cíclicas são geradas pelo efeito das ondas, movimento das plataformas flutuantes ou vortexinduced-vibration Camada passiva de óxido se cizalha com o degrau gerado pela movimentação da discordância que chega à superfície do componente σ σ σ Tensão Cíclica Elástica Escoamento Nucleação de micro-trinca Quebra da camada passiva de óxido, carbonato ou sulfeto ε σ σ

25 Interação Corrosão-Fadiga Efeito do meio corrosivo na fadiga Curvas S-N

26 Mitigação: Uso de Ligas Resistentes à Corrosão Interação Corrosão-Fadiga Clad Cr Aço SD Aço C-Mn Curvas S-N

27 Corrosão-Erosão Fonte: Altas velocidades do fluido Presença de areia Efeito: Sinergia entre processo corrosivo (CO 2 ) e erosão Perda de eficiência do inibidor de corrosão Mitigação: Uso de materiais e revestimentos resistentes àerosão Erosão máxima Corrosão - erosão

28 Corrosão sob Tensão Fontes: Meio corrosivo (H2S) + Tensões elevadas +Material susceptível Efeito: Trincamento induzido pelo hidrogênio Mitigação: Controle da dureza do material Uso de metalurgia especial

29 Mitigação: Corrosão sob Tensão ph Limite = 0.05 psia dureza Pressão parcial de H 2 S

30 Fontes Presença de hidrogênio livre: Proteção Catódica; Fatores de Fabricação e Soldagem; H 2 S e suas espécies dissociadas. Efeito Primário Interação do H o com discordâncias, contornos de grão e defeitos. Fragilização por hidrogênio

31 Fragilização por hidrogênio Aço duplex: 50% ferrita + 50% austenita Austenite Ferrite Espaçamento de grão austenítico austenita ferrita Contorno de grão Hidrogênio

32 Fragilização por hidrogênio Fragilização pelo hidrogênio induzida pela PC σ Deformação plástica limitada x Ruptura plástica Ruptura devido à FH Ruptura frágil ε

33 Fragilização por hidrogênio - Exemplo Efeito Secundário: Trincamento induzido pelo hidrogênio na ponta da solda de filete Mitigação: Bloqueio do ingresso de H: Pintura externa da tubulação Controle do potencial da Proteção Catódica (SDSS) Cuidados com Soldagem (Clad) Controle da microestrutura Redução do nível de tensões

34 Desafios na Área de Abastecimento, G&E Corrosão-Erosão Biocorrosão Produção, Transporte e Armazenamento de Biodiesel Corrosão Naftênica Transporte de GNC/GNL

35 Desafios relacionados com Biodiesel Processo Monitorar a corrosão do Processo Produtivo de B100; Avaliar co-produtos do processo de Biodiesel Glicerina. Armazenamento Estabelecer as formas de controle da Biocorrosão; Estudar a compatibilidade de BX (X = 5, 10 e 20) com materiais metálicos e não-metálicos; Especificar revestimentos para uso interno de equipamentos. Transporte Especificar materiais não-metálicos. Consumidor final Identificar e contribuir para demandas com materiais de motores automotivos; Estudar a Compatibilidade com materiais não ferrosos;

36 Corrosão Naftênica ACIDEZ; mg KOH/g JUBARTE ENS.350 C 25H 29/06/07-1,18 mg KOH / g PETRÓLEO JUBARTE - 3,11 mg KOH / g TEMPERATURA MÉDIA DO DESTILADO, C Fonte: Descoberta de Campos de Petróleo (ABL, RON, MLL) com elevado teor de acidez naftênica Efeito: Sob altas temperaturas (refino) as frações do petróleo apresentam elevada acidez, que associada à velocidade (corrosão-erosão) leva a corrosão acelerada de fornos e outros equipamentos Mitigação: Adequação metalúrgica Uso de inibidores de corrosão

37 Transporte de GNC e GNL Desafio: Gás em alta pressão, temperaturas de armazenamento/descompressão baixas, elevada variação de pressão no carregamentodescarregamento Transferência de gás offshore é ainda mais crítico Requisitos: Critérios rigorosos nas etapas de projeto mecânico; Qualidade de fornecimento de matéria-prima; Procedimentos e controles rígidos de fabricação dos equipamentos; Controle dos contaminantes presentes no gás (água, CO2 e H2S)

38 Introdução A Petrobras em números O CENPES e os desafios tecnológicos Desafios de materiais Na área de E&P Na área de Abastecimento, Gás e Energia Seleção de materiais e revestimentos Conclusões Sumário

39 Ligas Resistentes a Corrosão Tipo Denominação Composição Química Fy Cr Ni MO Cu (MPA) PREN 13Cr Cromo *** *** *** S13Cr Super-Cromo *** Inox (Austenítico) ,2 *** Inox (Austenítico) ,5 *** Inox Duplex 22 5,6 2,8 *** Super-Duplex ,5 *** Superaustenítico ,2 1, Superaustenítico ,8 1, Incoloy , Inconel *** C276 Hasteloy *** pco 2 Ligas de Níquel adiciona-se Cr e Ni Tubo X-65 com clad interno em liga 625 PREN: Pit Resistence Equivalent Number Cl - adiciona-se Mo

40 Revestimentos Orgânicos - Vasos Qualificação de revestimentos internos para tubulações, tanques e vasos de processo que operem a temperaturas de até 250ºC.

41 Revestimentos Orgânicos - Poço - Aço revestido internamente com epoxi reforçado com fibra de vidro -Limite de temperatura: 120 o C - Deve-se evitar danos no revestimento -É incompatível com o uso de HF

42 Conclusões A indústria de petróleo e gás lida com ambientes extremamente agressivos, exigindo o uso de materiais com elevada resistência a corrosão e tenacidade Fenômenos complexos como a fragilização por hidrogênio exigem cuidados adicionais nos projetos, a fim de se evitar falhas catastróficas O emprego de aços inoxidáveis vem se acentuando ao longo dos anos, em função da descoberta de campos com maiores teores de contaminantes A Petrobras vem estudando também outras alternativas para uso em ambiente corrosivo, como melhoria dos inibidores de corrosão, uso de revestimentos orgânicos e metálicos (TSA, Clad, etc.)

43 Cenpes Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello O desafio começa aqui