Novas tecnologias em proteção anticorrosão Eliane Taveira
A TE&M é distribuidora exclusiva da 3L&T Inc. representante da Bricking Solutions Área de atuação: todo o mercado brasileiro 3L&T - Califórnia, USA, Vale do Silício FOCO: constante desenvolvimento de tecnologias em sistemas de proteção à corrosão e ao desgaste
TIPOS DE DESGASTE EROSÃO FÍSICO QUÍMICO ABRASÃO CORROSÃO
CONCEITO E IMPORTÂNCIA DA CORROSÃO Corrosão é a deterioração dos materiais, especialmente metálicos, pela ação eletroquímica ou química 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.
O processo da corrosão Corrosão = 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. 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 corrosão no processo de fabricação de cimento Gerado pelos gases quentes provenientes da combustão do forno ou de um gerador de gases quentes. Gravidade da corrosão varia de acordo com: a) Natureza do equipamento b) Condições operacionais sob as quais a corrosão ocorre 4 principais fatores afetam a gravidade da corrosão: a) a presença de compostos ácidos nos gases, b) a condensação na superfície interna do aço, c) a alta temperatura e d) a abrasão de partículas finas A FORMAÇÃO DE CONDENSADO ÁCIDO CORRÓI AGRESSIVAMENTE O AÇO CARBONO
TEMPERATURAS MAIS BAIXAS... MAIS CORROSÃO O equipamento que opera na temperatura mais baixa dentro do processo de produção de cimento é onde a maior parte dos problemas de corrosão ocorre. ISSO INCLUI O FILTRO DE MANGAS DA MOAGEM DE CARVÃO/COQUE E AS CHAMINÉS. A corrosão nessas áreas pode ser ainda pior se houver vazamentos de ar, se as temperaturas exteriores forem baixas e se houverem paradas e partidas frequentes.
O processo da corrosão Em filtros de mangas de coque: A) o anodo é o local em que o metal é corroído, B) o eletrólito é o meio corrosivo e C) o catodo forma o outro eletrodo na célula e não é consumido no processo de corrosão No anodo o metal que está sendo corroído passa para a solução eletrolítica como sendo íons com carga positiva, liberando elétrons que participam da reação catódica. A reação entre metal dissolvido e íons de hidróxido gera então os produtos característicos da corrosão.
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. A pilha de corrosão que causa este processo tem três constituintes essenciais: a) um anodo, b) um catodo e c) uma solução eletricamente condutora. Esquema da corrosão eletroquímica do metal.
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
Corrosão-erosão Desgaste mecânico + desgaste químico Cimento - tratamento de gases contendo particulado em suspensão Corrosão - formação de películas de produtos de corrosão - passivadoras da superfície Erosão remove constantemente estas películas Desgaste corrosivo + erosivo: intensifica o processo crrosivo
CORROSÃO NA INDÚSTRIA CIMENTEIRA Aço carbono, e mesmo aço inoxidável, sofre corrosão em ambientes industriais agressivos 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 de carvão, escória, pozolana Estruturas metálicas Elevadores de canecas, transportadores de correia
CORROSÃO Equipamentos típicos das cimenteiras que sofrem corrosão: Chaminés Filtros de mangas Filtros eletrostáticos Torres de acondicionamento
FILTRO DE MANGAS NO TEXAS CORROSÃO GRAVE FILTRO ELETROSTÁTICO VISTA INTERNA VENEZUELA
CORROSÃO EM CHAMINÉ CALIFÓRNIA, EUA
CORROSÃO EM SISTEMA DE TRATAMENTO DE GASES FALÊNCIA COMPLETA DO EQUIPAMENTO EM 2 ANOS E 4 MESES
A CORROSÃO DESTRÓI TUDO POR ONDE PASSA ESPESSURA ORIGINAL: 4,7 mm SITUAÇÃO ATUAL: 1,2 /0,5 mm
Quando esta é a situação: TARDE DEMAIS!!! Chaminé corroída
COPROCESSAMENTO NO CIMENTO
COPROCESSAMENTO NO CIMENTO Co-Processamento é a técnica de utilização de resíduos industriais a partir do processamento desses Objetivo: substituição parcial de matéria-prima e ou de combustível no sistema forno de produção de clínquer Alternativa eficiente e viável economicamente de destruir resíduos Em crescimento constante benefícios ao meio ambiente
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
A CORROSÃO É PIOR QUANDO Presença de umidade nos gases Resultado da combustão Umidade relativa do ar, spray d água para controle de temperatura Água no processo Condensação nas paredes de aço de carbono Temperatura baixa dos gases (regulamentações ambientais x menores taxas de emissão; recuperação gases quentes x aumento de eficiência energética) Equipamentos que operem em temperaturas abaixo do ponto de orvalho dos gases ácidos Impacto cumulativo de até 1mm/ano, resulta na maioria dos casos em vida útil <4 anos Filtros mais eficientes, menor presença de pó alcalino
Os gases provenientes do processamento de combustíveis contêm: vapor d água, SOx, CO2, Cl, Nox 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. PROCESSO DA CORROSÃO
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
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
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
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) temperatura operacional constantemente baixa, próxima à do ponto de orvalho (entre 120 e 140ºC) c) presença de cloretos nos gases (provenientes da queima de pneus, borracha, garrafas pet, resíduos orgânicos) ou d) Presença de fluoretos (da queima de resíduos da indústria de alumínio ou outros)
PROTEÇÃO À CORROSÃO:LIGAS INOXIDÁVEIS RESISTÊNCIA À CORROSÃO E RESISTÊNCIA MECÂNICA DAS LIGAS INOXIDÁVEIS CORROSÃO POR TENSÃO FRATURANTE SCC (Stress Corrosion Cracking)
FRAGILIDADE DO INOX EM MEIO REDUTOR
Alternativas Métodos de proteção à corrosão 3) Aplicação de tintas e revestimento 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
Métodos de proteção à corrosão Alternativas 3) Aplicação de tintas e revestimento 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)
Métodos de proteção à corrosão Alternativas 3) Aplicação de tintas e revestimento convencionais Limitações: falham por delaminação ou por formação de bolhas Perfuração Delaminação
FALHA TÍPICA DE REVESTIMENTO Falha de revestimento à base de silicone Filtro de mangas após 12 meses em operação
Métodos de proteção à corrosão Alternativas Uso de revestimento de liga polimérica, curados e ligados ao substrato metálico nova tecnologia FlueGard -225 Desenvolvida final de 1999 - início dos anos 2000, nos EUA O objetivo inicial era resolver problemas de corrosão em sistemas de despoeiramento de fábricas de cimento. Temperatura operacional: de100ºc 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.
Métodos de proteção à corrosão Alternativas Uso de revestimento de liga polimérica, curados e ligados ao substrato metálico nova tecnologia FlueGard -225 Objetivos deste desenvolvimento: a) obter um revestimento que promovesse uma longa e forte adesão ao metal b) igualmente o revestimento deveria resistir à temperatura operacional alta. Como estes objetivos foram alcançados: a) Adesão ao aço = através do uso de um binder altamente reticulado e quimicamente muito reativo b) Resistência à alta temperatura = através da incorporação de diversos fillers (preenchedores) inorgânicos interativos
REVESTIMENTOS 3L&T UMA NOVA TECNOLOGIA Excelente performance em altas temperaturas Diversos projetos realizados Inúmeras aplicações em vários tipos de indústrias Cimento e cal Usinas de geração térmica Incineradoras de resíduos Alumínio, cobre, zinco, níquel Indústrias químicas Siderúrgicas Sucroalcoleiras
FlueGard -225SQC amostra retirada de filtro de mangas após 5 meses em operação Corrosão severa na área em aço exposta Revestimento em condição impecável
FlueGard - 225SQC crosslink entre revestimento e substrato metálico PLACA DE TESTE VISTA DE PERTO!!!
POR QUE OS MATERIAIS DA 3L&T SÃO TÃO EFETIVOS??? 1. Resistência à alta temperatura Componentes inorgânicos reativos no sistema 2. Imune ao ataque de ácidos Matriz orgânica altamente reticulada 3. Tenaz aderência à superfície metálica Passivação do metal durante a etapa de cura térmica 4. Resistência à erosão/abrasão por particulado fino Cadeia elastomérica no polímero
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
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 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 BoilerGard -625SCM alta condutividade térmica
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 Rugosidade mínima entre 75 e 100 micrometros Inspeção de todas as pecas com rugosímetro Elcometer 223 Média ficou acima do mínimo requerido excelente trabalho!!!
PROCESSO DE APLICAÇÃO 2º passo: preparo do material CorrosionGard é um material bicomponente para seu preparo é necessário usar um batedor manual
PROCESSO DE APLICAÇÃO 3º passo: aplicação do material 3.1 Stripcoating - flanges, soldas, emendas protegidos antes da pulverização 3.2 Pulverização feita com tanque de pressão convencional
Medindo a espessura da camada úmida e acompanhando processo de aplicação - demarcação de áreas que terão que ter a espessura corrigida
2ª demão completando camada úmida pretendida entre 650 e 900 micrometros, intervalo entre demãos de 12 horas
Peças prontas para montagem e despacho Inspeção final: 36 horas após término da aplicação espessura da camada final seca média 700µm
Moagem em SP - 13/10/2011, montagem do filtro Verificação da espessura do filme seco na obra Instrumento: Positector 6000 Espessura mínima requerida 500µm (micrometros) Ótimos resultados!!!
Montagem do plenum na moagem - 13/10/2011 Mangas sendo instaladas no plenum revestido com CorrosionGard, filtro quase OK para operação
Inspeção pós operação - revestimento com 4 anos de operação CorrosionGard em ótimo estado, nenhum desgaste aparente!!!
Espelho em boas condições Espessura original mantida Observação: tubos sopradores e venturis não foram revestidos
Plenum em ótimo estado, sem sinal de corrosão!!!!
Projeto Santa Helena, Votorantim Filtro de mangas da secagem de escória antigo
FG 225SQC PROJETO VOTORANTIM FÁBRICA DE SANTA HELENA FILTRO DE MANGAS DA SECAGEM DE ESCÓRIA Junho de 2007 teste com FlueGard -225SQC em tampa Outros revestimentos testados: tipo de tinta especial resistente à corrosão, revestimento epóxico convencional Resultado: FlueGard -225SQC foi a única que efetivamente obteve resultado positivo no filtro ganhamos projeto de revestimento
INSPEÇÃO FILTRO SANTA HELENA 2 ANOS DEPOIS
INSPEÇÃO CHAMINÉ SANTA HELENA 2 ANOS DEPOIS
Votorantim Santa Helena Filtro da secagem de escória Inspeção após 3 anos e 7 meses em operação Revestimento: FlueGard -225SQC
Instalação do FlueGard -225SQC Julho/2007 Antes: manutenção a cada 6 meses Troca de mangas, gaiolas, tubos sopradores, reparos na chaparia generalizado em todo o filtro
Itautinga filtro do forno Placa de teste 2 anos em operação Envio para avaliação
Tabela 1: resultados obtidos antes e depois da exposição 2 anos Cliente: Itautinga / Material: FlueGard -225SQC Test method Before exposure After exposure Coating Color Visual Dark Grey Dark Grey Coating Appearance Visual Shiny Shiny Carbon Steel appearance in uncoated 1-inch stripe Visual Shiny metallic rough surface Corroded surface Coating Thickness Carbon steel thickness -under the coating Carbon steel thickness -exposed unprotected border Thickness Gauge Positector 6000 30 2 mil 30 2 mil 3 mm 3 mm 3 mm 2,3 mm Pencil Hardness ASTM D3363 H 2H Shore D Hardness ASTM D2240 80 80 Log modulus at 0.1 Hz * EIS-method Gamry 9.6 Ohm 9.4 Ohm
Itautinga filtro do forno com 10 compartimentos
Itautinga corrosão avançada obrigou a fábrica a trocar as chapas das paredes externas do plenum
Itautinga aplicação de revestimento FlueGard num dos compartimentos
Cura térmica feita na partida do forno com os gases quentes do processo Distribuição de termopares pelas câmaras do forno Sinal dos termopares enviado ao painel de controle Câmara 5 Câmara 10 Câmara 4 Câmara 9 Câmara 3 Câmara 8 Câmara 2 Câmara 7 Câmara 1 Câmara 6 Entrada de gases quentes do forno
Temperatura (ºC Perfil de temperatura das câmaras do filtro de mangas do forno - Cura térmica do revestimento 200 180 160 140 120 100 80 60 14:17 15:04 15:33 15:39 15:43 15:51 16:04 16:21 16:41 17:01 17:21 17:41 17:52 Horário de acompanhamento de temperatura K1-cor. (ºC) K1-ext. (ºC) K3 (ºC) K5-cor. (ºC) K5-ext. (ºC) K6-cor. (ºC) K6-ext. (ºC) K8 (ºC) K10-cor. (ºC) K10-ext. (ºC)
Corrosão em cascos de fornos de cimento mais frequentes e séria com o aumento do uso de combustíveis alternativos 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
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
Taxa de corrosão em forno protegido com chapa de sacrifício em inox A perda de espessura do casco foi maior do que 1,3 mm em 11 meses de operação Corrosão em cascos de fornos inox x 3L&T
Taxa de corrosão em forno protegido com KilnGard- 600SCW A espessura do casco praticamente não se alterou após 12 meses de operação Corrosão em cascos de fornos inox x 3L&T
FlueGard-425S FlueGard-425S pulverização em dutos de recirculação de gases quentes Moagem de Cimento IV de cimenteira MG projeto Hamon Temperatura até 350 C
FlueGard-425S Cura térmica pelo método convectivo forçado Peças foram curadas no canteiro de obras de pintura e jateamento
Transporte dos dutos e montagem na obra FlueGard-425S
CorrosionGard-160SH2 Chaminé severamente atacada por corrosão na Itália. Solução foi a troca das seções danificadas e aplicação de CorrosionGard-160SH2 para proteção contra a corrosão futura.
CorrosionGard-160SH2 Chaminé do forno de fábrica de cimento em Tocantins fotos de agosto de 2013 Chapas de sacrifício em inox atacadas pela corrosão - desprendimento levou à sua remoção
CorrosionGard-160SH2 Fábrica de cimento no Tocantins chaminé do forno Aplicação de CorrosionGard-160SH2 entre 02 e 20/02/2015 Aplicação de CorrosionGard- 160SH2 - mobilização vertical feita com plataforma suspensa, projeto incluiu retirada de todas as chapas de sacrifício em inox desgastadas e aplicação de revestimento ao longo dos 110 m de altura da chaminé
PROTEÇÃO DE VENTILADOR Carcaça do ventilador sem sinal desgaste depois de 12 meses WearGard-225S
CORROSÃO Agente corrosivo Concentração Estado físico Temperatura
Diagnóstico do desgaste Qual o equipamento? Que tipo de desgaste? Temperatura? Frequência do problema? Qual a medicação atual?
Temperatura? Qual a temperatura de trabalho? Existem picos de temperatura? Qual a duração e a frequência destes picos?
Frequência e antídotos? Qual é a periodicidade de intervenção? Qual sua gravidade? Quais são os custos envolvidos? Como se resolve o problema hoje? Que materiais são utilizados?
Soluções disponíveis Aço carbono comum Aços especiais Epóxicos Tintas convencionais Revestimentos 3L&T de liga polimérica
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.
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.
CONCLUSÕES O uso do revestimentos 3L&T têm benefícios econômicos imediatos e significativos para o usuário, já que: Aumentam a confiabilidade dos equipamentos Reduzem o custo de manutenção Reduzem a possibilidade de emissões com impacto ambiental Retorno do investimento normalmente em menos de um ano Permitem operar à menor temperatura dos gases Potenciais benefícios de operar em temperatura mais baixa Menor custo das mangas filtrantes Melhor rendimento energético do processo Melhor eficiência do filtro / menor tamanho de filtro novo Redução na emissão de contaminantes
Obrigado a todos!!!