SISTEMA DE REVESTIMENTOS DE TUBOS DOS FORNOS DE DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA CONTRA
CORROSÃO NAFTÊNICA
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Eduardo A. B. Arnoni , Rafael Nucci , Luiz Carlos Casteletti , Edneu Jatkoski , Flavio A. S. Serra , Carlos B.
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Eckstein , Laudemiro Nogueira Jr.
Copyright 2005, ABENDE
Trabalho apresentado na 8ª COTEQ - Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, estado, ano.
As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autor(es) .
Sinopse
Desenvolvimento de revestimento interno em tubos de troca térmica de fornos de unidades de processos,
com a finalidade de proteção contra corrosão e o desenvolvimento da tecnologia de soldagem de forma a
não danificar o revestimento nas uniões soldadas. O revestimento selecionado consiste em alumínio
difundido e solda bimetálica nas uniões. Todo o processo foi desenvolvido por indústrias brasileiras
(Petrobrás / UN-REPLAN / CENPES e OGRAMAC Metalização). Os resultados, após 15 meses, atenderam
plenamente os requisitos técnicos, e a tecnologia foi aplicada em 1 forno de grande porte da Unidade de
Destilação Atmosférica da UN-REPLAN.
The development of internal coating in exchange tubes of process units heaters, with the purpose of
protection against corrosion and the development of the welding technology to reduce the damage to the
coating in the welded joins. The selected coating consists of aluminum diffused and bimetallic weld in
junctions. The process was developed by Brazilian industries (Petrobrás / UN-REPLAN / CENPES e
OGRAMAC Metalização). The results after 15 months assisted the technical requirements and the
technology was applied in 1 heater in Atmospheric Distillation Unit of UN-REPLAN.
Introdução
O trabalho aborda a evolução da corrosão nos tubos de troca térmica da serpentina de aquecimento dos
fornos da Unidade de Destilação Atmosférica da Refinaria de Paulínia (REPLAN). Devido ao aumento do
processamento de petróleo brasileiro, com característica de elevada acidez, surge a necessidade de
revestimentos de proteção contra a corrosão. O revestimento adotado é composto por intermetálicos de
alumínio/ferro. O processo de união dos tubos revestidos não danifica o revestimento e não promove
nenhum ponto susceptível à corrosão.
Corpo do Trabalho
1. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA
A produção de petróleo no Brasil vem aumentando de forma significativa, bem como o processamento deste
nas refinarias da PETROBRAS. Dentre as características deste petróleo, particularmente da Bacia de
Campos, o Índice de Acidez Total (IAT) é superior à média das jazidas mundiais em produção, e em
especial os ácidos naftênicos, cujo processamento vem elevando as taxas de corrosão em zonas de média
e elevadas temperaturas das unidades de processo de forma muitas vezes inesperadas.
A Refinaria de Paulínia - REPLAN, unidade de negócio da PETROBRAS, possui 2 unidades de Destilação
Atmosférica I e II, que iniciaram operação em 1972 e 1974 respectivamente. Até 1997 estas unidades
processaram petróleos com índice de acidez total (IAT) de até 0,6 mg KOH/g acidez, desta forma a corrosão
nas zonas de média e elevadas temperaturas eram decorrentes apenas de compostos de enxofre. A partir
de 1997 estas unidades iniciaram o processamento de forma gradativa do petróleo nacional de elevado IAT,
o que vem aumentando a ocorrência por ataque direto dos ácidos naftênicos em zonas de média e elevadas
temperaturas (meio não aquoso) ou indireto, via degradação térmica gerando ácidos orgânicos de baixo
peso molecular. Em alguns destes locais as taxas tiveram uma elevação expressiva levando a falha do
equipamento de forma inesperada e até mesmo onde o material empregado era tido como adequado para
resistir ao tempo de campanha definido para o equipamento.
Em 1999 a Unidade de Destilação Atmosférica I passou por modificações para adequação ao
processamento de petróleos de alto IAT e uma destas modificações foi a mudança de material dos tubos da
serpentina de troca térmica dos fornos de aquecimento de petróleo. O tubo anterior, de ASTM A214 Gr T5
foi substituído por novos em ASTM A 213 Gr T9, tidos até então como o de melhor performance para tubo
de troca térmica pela sua boa resistência à corrosão naftênica (fluxo interno de petróleo) e excelente
desempenho na atmosfera de combustão do forno. Os tubos antigos que foram substituídos apresentavam
corrosão de acordo com as taxas históricas.
Em 2000 o percentual de petróleo processado, de elevado IAT médio, passou a ser superior a 50%,
chegando atualmente até 85%.
Em Dezembro de 2001 a perda de espessura em um dos tubos da serpentina do forno causou vazamento
durante processo. Na inspeção do equipamento foi constatada a ocorrência de corrosão nos três tubos
finais da serpentina (tubos com a maior temperatura do fluxo), sendo de grande intensidade nos 2 últimos. A
figura 01 mostra a aparência da corrosão naftênicas em tubos de troca térmica da unidade de destilação
atmosférica.
Figura 01: Corrosão interna do ultimo tubo da serpentina de aquecimento do forno
2. SOLUÇÕES APLICADAS
A opção metalúrgica já está consolidada para o emprego em tubulações e revestimento interno de torres e
vasos, porém ainda é indefinida para aplicação em serpentinas de fornos das unidades de processo, onde
são usados tubos de troca térmica que ficam submetidos à atmosfera de combustão e radiação da chama. A
necessidade de desenvolver uma solução para a Unidade de Destilação Atmosférica baseou-se no tempo de
campanha para estimar a vida necessária do revestimento, sendo a expectativa de vida para os tubos
revestidos de 72 meses .
O revestimento de intermetálicos alumínio/ferro, nos tubo base de ASTM A213 Gr T9, realizado pela
empresa OGRAMAC Metalização (Brasil), foi posto em funcionamento em julho de 2003 em uma unidade
de grande porte na REPLAN.
O monitoramento da corrosão naftênica foi realizado na unidade 2 com tubos revestidos e na unidade 1,
sem revestimento, para comparação no período de funcionamento.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO SOBRE A TÉCNICA UTILIZADA
Componentes de aços aluminizados são utilizados com sucesso em ambientes corrosivos e oxidantes na
faixa de temperatura desde ambiente até 11500C. Em geral, estas aplicações relacionam alto módulo e
limite de resistência do aço requeridos em projetos com a resistência à corrosão do alumínio. A camada de
alumínio pode ser produzida por meio de processos de calorização ou aspersão térmica[1,2].
Os tubos de troca térmica foram revestidos internamente com uma camada de intermetálicos Fe/Al,
uniforme com espessura e composição conforme apresentado na figura 02. O valor médio de espessura da
camada interdifundida foi de 200μm. O perfil de microdureza da camada / substrato apresentou um
decaimento uniforme atingindo valores próximos a 300 HV na camada e 180 HV no substrato.
A soldagem dos tubos foi realizada com um procedimento de modo a gerar uma região bimetálica nas
extremidades do tubo, com inconel 625, reconhecidamente de alta resistência à corrosão naftênica. As
extremidades bimetálicas dos tubos foram soldadas em 2 etapas. Primeiramente o passe de raiz com
inconel 625 e posteriormente os tubos foram unidos com 9%Cr-1%Mo para fornecer resistência mecânica.
Os tubos revestidos entraram em operação na unidade de destilação 2 no dia 15 de julho de 2003 e na
última medição realizada no dia primeiro de março de 2005 (01/03/2005) os tubos não perderam espessura
sendo que as medições foram realizadas ao longo do tubo e nas regiões de uniões.
Os tubos da unidade de destilação 1 apresentavam uma espessura média de 8mm, mensurada no dia 15
de dezembro de 2001 (15/12/2001). Na última medição realizada em 30 de março de 2005 (30/03/2005) a
perda média de espessura foi de 1,5mm, apresentando pontos de perda de espessura de até 5mm.
A solução empregada mostrou-se eficiente na proteção contra a corrosão naftênica, com os revestimentos
de intermetálicos Fe/Al e inconel 625, sendo que em 15 meses de operação da unidade de destilação 2 não
foi encontrada nenhuma perda de espessura e a expectativa da campanha de 72 meses pode ser atingida
devido ao desempenho do revestimento até a presente avaliação.
Figura 02: Fotomicrografia da camada de intermetálicos ferro-alumínio.
Conclusões
O revestimento intermetálico de Fe-Al aplicado no tubo de troca térmica (ASTM A 213 Gr T9) da unidade de
destilação atmosférica, atendeu as expectativas de projeto, apresentando um nível de corrosão não
mensurável no período de 15 meses de operação, tornando-se uma alternativa nacional à proteção contra a
corrosão pelos ácidos naftênicos.
O desenvolvimento da tecnologia de soldagem permite realizar ligações soldadas entre os tubos sem danos
ao revestimento, e o inconel 625 não apresentou nenhum ponto de corrosão.
A tecnologia pode ser utilizada em tubos de troca térmica da serpentina de fornos de processo como uma
barreira para a corrosão por ácidos naftênicos com o potencial de atingir um tempo de campanha superior a
72 meses.
Referências bibliográficas
[1] Metals Handbook.,Surface Cleaning,Finishing,and Coating. 9thEdition,v.5,p.333-347,1982
[2] Fazio C., et al, “Investigation on the suitability of plasma sprayed Fe-Cr-Al coatings as tritium permeation
barrier”, Journal of nuclear materials, Vol.273, 233-238, 1999
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Engenheiro Mecânico – OGRAMAC Ind. e Com. ltda
2
Prof. Doutor – EESC/USP
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PETROBRAS/UN-REPLAN
4
PETROBRAS/CENPES
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