Historia del desempeño de la Metalización: Aspersión térmica de aluminio fuera de costa

Historia del desempeño de la aspersión térmica

Capas de Aluminio en servicio fuera de costa

Karl P. Fischer
Materiales marinos AS, P.O. Box 173, N-3201 Sandefjord, Noruega
William H. Thomason
Conoco Inc., P.O. Caja 1267, Ciudad de Ponca, OK 74603
Trevor Rosbrook
Salamis JV Ltd., Salvesen Tower, Blaikes Quay, Aberdeen A B1 2PW, Reino Unido
Jay murali
Conoco Norway Inc., P.O. Box 488, N-4001, Stavanger, Noruega

En 1984, el Hutton TLP se instaló con un revestimiento sellado de aluminio rociado térmicamente (TSA). Después de ocho años de servicio, el revestimiento TSA en las bandas ascendentes y en las correas de producción todavía estaba en buenas condiciones. La condición en la zona de salpicadura era indistinguible de otros componentes inspeccionados. Sin embargo, hubo diferencias notables entre los incrementos de producción y los amarres. Las correas, que tenían un sellador de vinilo, mostraban una superficie con ampollas, mientras que las bandas, con un sellador de silicona, no mostraban ampollas. No se ha observado corrosión debajo de ninguna de las ampollas. La importancia de los selladores adecuados en relación con la formación de ampollas se ha documentado mediante pruebas. El excelente desempeño del recubrimiento TSA en la zona de salpicadura se documenta aún más en los estudios de campo publicados en los últimos años.

La confianza inicial en el rendimiento de la zona de salpicadura del recubrimiento de aluminio rociado térmicamente (TSA) para el Hutton TLP se basó en los resultados de las pruebas internas de niebla salina, la experiencia de la Sociedad Americana de Soldadura (AWS) y la Marina de los EE. UU. información de la British Standard Institution.1-3 El estudio de AWS evaluó varios parámetros como el espesor del recubrimiento, la preparación de la superficie y los recubrimientos selladores en exposiciones a largo plazo en varios entornos. Los paneles sellados con recubrimiento de TSA (0.08 mm) en Wrightsville Beach, Carolina del Norte, no mostraron daños en el acero subyacente después de 19 años de exposición. El principal resultado del estudio de la Marina de los EE.UU fue el desempeño exitoso de un recubrimiento de TSA sin sellar de 0.125mm después de una exposición de 15 años y un recubrimiento de TSA de 0.10 mm después de 18 años y medio (Port Hueneme Harbor, California).

Un estándar británico de 1977 (BS 5493) declaró que la TSA sellada protegerá el acero contra la corrosión durante 20 años o más sin mantenimiento en las zonas de salpicadura de agua de mar. Debe señalarse que los recubrimientos de TSA en 1977 no serían de la misma calidad que los que se utilizan hoy en día

La Historia Exitosa del TSA (Aspersión Térmica de Aluminio)

Desde la instalación de Hutton TLP en 1984, se han documentado más y diferentes casos sobre el rendimiento a largo plazo del recubrimiento TSA.

Los recubrimientos de aluminio (Al) de 0.80 y 0.15 mm no mostraron corrosión del sustrato de acero después de 34 años de exposición en el centro de pruebas LaQue Center (Kure Beach, Carolina del Norte). Varios recubrimientos metálicos se desempeñaron extremadamente bien en la atmósfera marina. Si bien el rendimiento de varias aleaciones (aluminio-zinc [Al-Zn] o aluminio-magnesio [Al-Mg]) dependía de los aplicadores de pistola, el revestimiento de Al al 100% fue el menos afectado.

Bethlehem Steel Corp. documentó los resultados de 25 años de experiencia con recubrimientos de aleaciones de Al-Zn, también probados en LaQue. El tiempo hasta la primera oxidación del sustrato fue de 15 años para la marina severa (40 Km de la costa) y 25 años para la marina moderada (250 mt de la costa). Este fue el caso de las aleaciones con un contenido de Al de 45 a 70%; no se describen los datos de un revestimiento de Al puro.

El Instituto Noruego para la Investigación del Aire publicó los resultados del acero metalizado expuesto durante 14 años y medio en una zona de salpicadura marina (Tananger, Noruega). Un revestimiento de TSA de 0.16 mm tenía un daño visible y significativo.

La experiencia con los recubrimientos de rociado térmico en la Unión Soviética demostró que un recubrimiento de 0.12 mm de Al podría tener un desempeño efectivo de 20 a 25 años en agua salada. Un recubrimiento doble de Zn-Al de 0.15 mm de espesor (0.005 mm de Zn y 0.145 mm de Al) podría durar 40 años o más en una atmósfera húmeda. Las tasas de corrosión para el 99% de Al en el agua de mar y la zona de salpicadura fueron de 0.004 a 0.009 mm/ año, respectivamente. Esto implicaría una vida útil de 50 años o más en un entorno de agua de mar o zona de salpicadura para un recubrimiento de 0.20 mm.

Las pruebas realizadas en SINTEF, Noruega, en agua de mar natural, dieron tasas de corrosión libre de 0.002 a 0.003 mm/ año después de 11 meses de exposición, tanto para 99.5% de Al como para Al-5% de Mg. Esto implicaría una vida útil de más de 60 años para un recubrimiento TSA de 0.20 micrones.

Un programa de cuatro años frente a las costas de Alemania (sur del Mar del Norte) expuso 99,5% de Al, 020 mm de espesor, en las zonas sumergidas y de salpicaduras. A partir de los resultados, se predijo que el recubrimiento de Al tendría una vida útil mínima de 10 años en el agua de mar.

El Ejército de los EE. UU. Realizó pruebas a largo plazo en varios recubrimientos orgánicos y metálicos en Buzzard’s Bay, Massachusetts (18 años de exposición) y en La Costa Island, Florida (21 años). Las pruebas en Buzzard’s Bay expusieron pilas “H” de 9.1 m de largo en agua de mar. Se expusieron TSA con y sin sellador (vinilo Al). El espesor del recubrimiento TSA estaba en el rango de 0.80 a 0.12 mm. Algunos de los pilotes se hicieron con (2,5 por 15,2 cm) espaciados a 1,2 mt a lo largo de la pila. Después de 18 años de exposición, hubo varias áreas descubiertas en la zona de salpicadura, así como también una formación intensa de ampollas en las pilas recubiertas con TSA. En las zonas de espaciado no había óxido por debajo. La pila recubierta con TSA y con sellador se evaluó para brindar una protección igual a la superior a la TSA sin sellador. El recubrimiento TSA fue calificado como el mejor de los 24 sistemas probados en Buzzard’s Bay

En Florida, las pruebas utilizaron las mismas pilas “H” que el sitio de Buzzard’s Bay. Después de 10 años, las pilas fueron inspeccionadas. Para el recubrimiento TSA (0.15 mm) sin sellador, se observaron escamas de luz y óxido a lo largo de la pila. La corrosión fue más severa en la zona de salpicadura, probablemente debido a la naturaleza porosa del recubrimiento sin sellador. Para el recubrimiento de TSA con un sellador de vinilo, las manchas y el óxido estaban presentes solo en la zona atmosférica. El revestimiento se encontraba en excelentescondiciones en la zona inmersa. El recubrimiento estaba en buenas condiciones después de 10 años porque el sellador llenó la porosidad en el recubrimiento TSA.

La Marina de los Estados Unidos aprobó el uso de recubrimientos TSA en 1981 como estándar DOD-STD-2138 (SH) para buques navales. Para servicio de alta temperatura (780 grados C), se aplica un recubrimiento de 0.25 a 0.37 mm con dos capas de un sellador de Al resistente al calor; y se especifica una resistencia de adherencia de 13.8 MPa (2,000 psi). Se espera que este recubrimiento otorgué más de 10 años de servicio.

El primer uso del revestimiento TSA para plataformas marinas en el Mar del Norte fue para las barreras. Hoy en día el uso de TSA ha aumentado significativamente. Statoil ahora especifica un recubrimiento TSA (Al-5% Mg con un sellador) para las siguientes aplicaciones:

• Superficies térmicamente aisladas de tanques, recipientes y tuberías;
• Explosiones de llama;
• Pedestales de grúa;
• Plumas de grúa;
• Estaciones y soportes de botes salvavidas;
• Todo el acero al carbono en la parte inferior de las cubiertas de la bodega, incluidas las –
  tuberías, etc.;
• Todo el acero al carbono con temperaturas de operación de 60 a 450 grados Centígrados.

Uso de Recubrimientos TSA en la Plataforma Hutton TLP

En junio de 1984, se instaló la plataforma de la pierna de tensión Hutton (TLP) en aguas a 146m de profundidad en el Mar del Norte. Las correas, los elevadores y el escape de las llamaradas se recubrieron con TSA. (Los antecedentes y las evaluaciones del sistema TSA se han publicado en otros artículos especiales con anteriordidad).

El recubrimiento TSA era un recubrimiento pulverizado al 99,5% de Al con una adhesión de 1.000 psi (6.9 MPa). El recubrimiento se selló con dos capas de sellador de vinilo en las correas y el sellador de silicona en las bandas. Se retiró un tendón en 1986 y se eliminó un elevador de producción en 1987 para su inspección. Hubo diferencias distintivas en el recubrimiento TSA en los elevadores de producción y en los amarres. Las ataduras exhibieron ampollas y el elevador no. El sellador de vinilo de la correa puede haber reaccionado o no haber penetrado completamente en el recubrimiento TSA. A pesar de las ampollas, el recubrimiento TSA estaba en excelentes condiciones, sin una reducción mensurable en el espesor del recubrimiento o evidencia de daños por corrosión en el sustrato.

Tabla 1- Encuesta Espesor TSA (micras) sobre la producción Riser conjunta después de ocho años de servicio
Grosor máximo Grosor mínimo Grosor promedio Número de serie de la junta

• 401 186 240.61 JJ0240
• 372 158 219.28 1015 RECHAZAR
• 248 171 206.69 HH0359
• 264 180 216.50 HH0084
• 322 55 (A) 211.44 0321
• 274 165 223.61 0066
• 261 143 208.81 1020
• 372 147 232.94 990055
• 365 123 (B) 236.89 1040- 285 182 225.50 1033
• 301 173 238.06 1044
• 285 171 213.89 0213
• 286 202 242.53 1022

(A) Valor atípico: posiblemente debido a daños locales; Las áreas circundantes miden 0.11 a 0.24 mm.
(B) Valor atípico: las áreas circundantes miden 0.21 a 0.25 mm.

La inspección visual realizada por las cámaras de video en la zona de salpicadura no reveló ningún deterioro en la calidad o el rendimiento del recubrimiento, ni daños por corrosión. Se ha utilizado el chorro de agua a alta presión (4,000 psi [27.6 MPa]) para eliminar las incrustaciones para permitir una mejor inspección (no se ha aplicado recubrimiento antiincrustante). Este fuerte impacto mecánico no ha causado ningún deterioro del revestimiento.

Encuesta e inspección de Hutton

En junio de 1992, después de ocho años de servicio, las cuerdas verticales Hutton fueron fotografiadas e inspeccionadas visualmente. No se detectó corrosión en la zona de salpicadura. Una inspección de este tipo generalmente revelaría solo un daño grave o un deterioro en la zona de salpicadura. Sin embargo, los estudios han demostrado un efecto de purga marrón que indicaría algo de corrosión en el sustrato. Este efecto sería muy visible contra el fondo de Al, y no se ha observado en Hutton.

Se estudió una cadena vertical debido a la remodelación de un pozo, esta se envió a la orilla para una inspección completa del grosor de la pared, las superficies internas y externas, el revestimiento y el tratamiento de la rosca. Se realizaron las siguientes inspecciones y documentaciones detalladas.

Inspección visual de las superficies: el estado general de las superficies fue excelente, y las áreas que exhibieron marcas de manejo indicaron la resistencia del recubrimiento en el sentido de que no era evidente una penetración significativa (Fig. 1 [todas las cifras están disponibles a solicitud)]. Es considerablemente significativo que estas áreas hayan estado expuestas a los elementos y no mostraron deterioro. De particular importancia es el hecho de que la condición de la junta de la zona de salpicadura era indistinguible de la de las juntas en servicio sumergido o atmosférico.

Mediciones del espesor del revestimiento: el espesor del revestimiento se realiza alrededor de la circunferencia ya lo largo de la junta vertical, medido en o sobre el espesor especificado (0.2 mm), lo que indica que no hay degradación desde la instalación (Tabla 1). Nuevamente, los datos verificaron que la condición de la unión de la zona de salpicadura era indistinguible del resto.

Pruebas de adhesión destructiva: la fuerza de adhesión se determinó mediante un método de extracción. La resistencia de adhesión entre la plataforma y el recubrimiento TSA fue de 500 psi (3.5MPa), pero la adhesión del recubrimiento TSA al acero fue mejor que este valor. La resistencia típica de adhesión del recubrimiento durante la fabricación fue del orden de 1.500 a 2.000 psi.

La adherencia del recubrimiento también se probó utilizando la prueba “scribe”, que indicó que la adherencia del recubrimiento TSA en este tubo ascendente fue excelente. En algunoscasos, se produjo descamación. Sin embargo, el área de la ranura del tubo ascendente no mostró escamas, lo que indica la excelente adhesión y la integridad física del recubrimiento TSA (Figura 2 [todas las cifras están disponibles bajo pedido]).

Eliminación del recubrimiento de TSA para examinar el sustrato: el sustrato de acero se examinó después de retirar el recubrimiento por medios químicos. El sustrato estaba en perfectas condiciones con el perfil de explosión original intacto. Esto indicaba que el acero subyacente nunca fue expuesto a los elementos.

Potencial electroquímico de la TSA: se realizaron encuestas anuales de potencial en las bandas y las correas. Las bandas ascendentes estaban conectadas eléctricamente al casco, que estaba protegido catódicamente con un sistema de corriente impresa (ICCP) a potenciales que iban desde -1.050 a -1.120 (Ag / AgCl). La plantilla submarina estaba protegida por ánodos de sacrificio. Como se muestra en la Figura 3 (todas las cifras disponibles bajo pedido), el potencial de las bandas ascendentes varió con la profundidad debido a la influencia del sistema ICCP, que impulsa a la mitad superior de las bandas alrededor de 40 mV a moverse catódicamente. Tenga en cuenta los potenciales más negativos registrados en 1992.

Las ataduras se aislaron eléctricamente de cualquier sistema externo de CP mediante juntas flexibles de goma en ambos extremos. Los potenciales de amarre representaban el potencial del acero revestido con TSA y no variaban significativamente con la profundidad. Las lecturas de atadura en 1985 variaron de -980 a -1,000mV (Ag / AgCl). En 1993, los potenciales de amarre oscilaron entre -880 y -910 mV.

Desempeño y uso planificado de TSA en otras estructuras fuera de costa

Conoco y otros operadores han especificado el uso de TSA para la protección contra la corrosión en servicios críticos para varios proyectos en el Mar del Norte y el Golfo de México.

Basada en la buena experiencia con TSA en Hutton, la TSA se usó para la protección de la zona de salpicadura en nueve plataformas en el sur del Mar del Norte, instaladas entre 1987 y 1988. Los recubrimientos de la zona de salpicadura tenían 0.2 mm de espesor con 0.5 mm de sistemas de sellador de poliuretano en espesor de película seca . El sellador consistió en una imprimación de polivinil butiral recubierta con poliuretano. Se encontraron agujeros en el poliuretano cuando no se hizo la preparación de la capa base con la flamra. Las inspecciones anuales subsiguientes de la zona de salpicadura no han revelado daños a la TSA y el sellador ha tenido un buen desempeño. La TSA también fue seleccionada para proteger a los elevadores en la plataforma Joillet en el Golfo de México en 1989, y no se han producido problemas de recubrimiento.

Los proyectos recientes en el Mar del Norte meridional especificaron la TSA para la zona de salpicadura, el elevador y la parte inferior de las cubiertas principales como un medio para reducir el mantenimiento futuro.

La mayor aplicación fuera de costa de TSA está planificada para el Heidrum TLP, que tiene planificada una vida útil de 50 años. La TSA se especifica en Heidrun para elevadores, amarres, partes inferiores de la plataforma y muchas aplicaciones donde la fiabilidad, el bajo mantenimiento y el servicio prolongado son fundamentales. Se proporcionará un margen de corrosión para que los elevadores Heidrun en la zona de salpicadura cumplan con las Reglas y Regulaciones de la Dirección de Petróleos de Noruega (NPD).

Rendimiento a alta temperatura del revestimiento TSA en la zona de salpicaduras

Las pruebas electroquímicas anteriores de recubrimientos de TSA se realizaron en los laboratorios de agua marina de Marine Materials a temperaturas de acero de hasta 60 grados C. En las pruebas de la zona de salpicadura, las muestras se expusieron en un canal de flujo a un ciclo de 6 horas completamente sumergido, seguido de 6 horas medio sumergidas. El caudal fue de 0.1 ms-1. El nivel de agua alto y bajo fue ciclado durante un período de 65 días con todas las muestras corroídas libremente. Las muestras se expusieron a temperatura ambiente y a 8, 20 y 60 grados C. Las muestras mostraron un deterioro menor o nulo del recubrimiento de TSA después de 65 días. El deterioro menor, definido como uno a cinco puntos de productos de corrosión blanca en el área de muestra de recubrimiento TSA de 0,004 m2, no tuvo profundidades de pozo medibles. Ninguna de las muestras estuvo ampollada o desconchada.

También se realizaron pruebas a temperaturas de 70 a 100 grados C El alcance de las pruebas incluyó la corrosión libre del acero recubierto con TSA, así como las muestras polarizadas anódicamente y catódicamente. Además, se documentó el comportamiento de las ampollas para establecer datos sobre las propiedades anódicas y catódicas del acero caliente con recubrimiento TSA.

Materiales y métodos para la prueba de la zona de salpicadura

Las pruebas previas de la zona de salpicadura mostraron que la zona de transición estrecha (el área de la muestra entre el área completamente sumergida y el área expuesta al aire) era el área del recubrimiento de TSA donde se acumulaban sal y depósitos calcáreos. Esto constituiría la situación de marea baja en servicio. El área de las muestras que simulaban ciclos húmedos / secos (área de mareas) exhibió una degradación insignificante y menos depósitos en comparación con la situación de marea baja. Considerando que tales acumulaciones de sal constituirían una situación peor para la degradación del recubrimiento, se aplicó una exposición constante al nivel del agua (simulando la marea baja) en la prueba actual de zona de salpicadura de un año. La intención de esta prueba fue establecer cómo se comportaría el recubrimiento TSA con y sin un sellador a altas temperaturas (70 a 100 grados C) en la zona de salpicadura. Para el propósito de estas pruebas, se asumió que la zona de transición (totalmente sumergida / aire) es la zona crítica para la corrosión en la zona de salpicadura. Sin embargo, los aspectos del impacto físico en la zona de salpicadura no se consideraron en esta prueba de laboratorio.

La prueba se basó en la exposición de carretes de tubería de 200 y 110 mm de diámetro parcialmente sumergidos en agua de mar. El uso de dos diámetros de pila fue establecer si diferentes curvaturas de la superficie influirían en la formación de ampollas. Los tubos se cortaron en longitudes de 180 mm y una placa de acero se soldó a un extremo. La superficie externa fue luego arenada (granalla de óxido de aluminio) y revestida con TSA de acuerdo con la especificación de Hutton, pulverizada a la llama hasta 0.2 mm de espesor. Se usó un sellador de silicona como para los elevadores en el Hutton (dos capas selladoras: primera capa, 1.5 a 1 diluyente al sellador; segunda capa, 1 a 1 diluyente al sellador). El sellador era una silicona Al. También se probaron algunos recubrimientos TSA sin selladores. Los requisitos de valor de adherencia fueron superiores a 1,000 psi (6.9 MPa).

Las tuberías se ajustaron internamente con una manta de calefacción en un segmento de la superficie de la tubería. Para el tubo de 220 mm, este cubrió un segmento de 90 grados, mientras que para el tubo de 110 mm cubrió un segmento de 180 grados (Figura 4 [todas las cifras están disponibles bajo pedido]). La altura de la manta calefactora fue de 120 mm. El áreacalentada isotérmicamente fue de 0.0192 m2 para las tuberías de 220 y 110 mm. La manta calefactora de latón se mecanizó para montarse con cuatro elementos térmicos de cartucho de 600 u 800 W. El calentamiento se controló mediante un termopar en J fijo con un punto de medición de 1 mm de la interfaz de revestimiento de acero / TSA. Una pasta conductora de calor en el manto térmico aseguró un flujo de calor uniforme hacia la pared de la tubería de acero. Como la prueba se relacionó con el recubrimiento de TSA caliente, la mayor parte de la tubería “fría” se recubrió con cuatro capas de un alquitrán de vinilo.

Todas las densidades de corriente calculadas se refieren a la superficie recubierta con TSA (con o sin sellador), y se descuidó una pequeña corriente de polarización a la parte recubierta de vinilo con alquitrán. El segmento de la tubería en el área del manto térmico se calentó isotérmicamente a una temperatura dada (70, 85 o 100 grados C). Fuera del borde del manto térmico, había una zona de gradiente térmico (TGZ). Debido al enfriamiento de la tubería por el agua de mar, la temperatura disminuyó muy rápidamente fuera de la zona calentada isotérmicamente (IHZ). A una distancia de 5 mm fuera del manto, la temperatura había disminuido en un 50%. Las tuberías se colocaron en un tanque de agua de mar de 640 L con una circulación de una vez de aproximadamente 35 L / min. Se expusieron de cuatro a cinco tuberías en dos tanques durante más de un año. Debido a la gran cantidad de agua, el agua de mar no se calentó más de 2 a 3 grados C durante la prueba. Cuatro bombas de circulación aumentaron la mezcla del agua de mar. Las muestras se colocaron de forma tal que se sumergieron aproximadamente 145 mm de la longitud de la tubería y 35 mm por encima del nivel del agua para simular una zona de salpicadura. El agua de mar era agua de mar natural que se introducía en el tanque de una sola vez. La calidad del agua de mar se describe en la Tabla 2.

El programa de exposición se basó en muestras expuestas libremente y polarización potentiostática (Tabla 3). Las muestras se polarizaron mediante potenciostatos individuales utilizando alambres de platino como electrodos auxiliares y electrodos de referencia Ag / AgCl. En una medición que utiliza un capilar Luggin a unos pocos milímetros de la superficie de la TSA, se encontró que el potencial alrededor de toda la circunferencia estaba dentro de +/- 5 mV del potencial establecido por el potenciostato en el rango de -900 a -1,000 mV.

Tabla 2 – Calidad del agua de mar en las pruebas de zona de salpicadura Factor Medio Mínimo Máximo

Monitoreo e inspección durante la prueba de zona de salpicadura

Los carretes de tubería se expusieron en los tanques a la temperatura dada y polarización potentiostática. La densidad de corriente de polarización fue monitoreada diariamente. La formación de ampollas se documentó mediante observación visual semanal con un lente bajo el agua. Las fotografías que fueron tomadas de las ampollas a través de este lente evitan la acciçon de tener que retirar las muestras del tanque. Después de la exposición, se determinó la adhesión del revestimiento con un probador hidráulico.

Tabla 3 – Programa de exposición en la zona de salpicaduras y documentación del comportamiento de ampollasMuestra Tipo de revestimiento Temperatura (oC) Diámetro de la tubería (mm) Potencial mV,
Ag / AgCl Período total de exposición (días) Ocurrencia de ampollas (días) Ubicación (A)

FSA de alta calidad sin sellador 70 110 ~ 1,100 77 66 (IHZ)
85 110 -1,100 45 22 (IHZ)
100 110 -1,100 81 30 (IHZ)
100 110 -1,100 69 20 (IHZ),
61 (TGZ)
70 110 -900 202 Ninguno
85 110 -900 139 70 (IHZ),
pocas ampollas
100 110 -900 196 Ninguno
100 110 -900 196 125 (TGZ),
166 (IHZ)
70 220 -1,100 67 22 (IHZ)
85 220 -1,100 69 32 (IHZ)
100 220 -1,100 81 43 (IHZ)
100 220 -1,100 32 20 (IHZ)
70 220 -900 202 174 (TGZ),
196 (IHZ)
85 220 ~ 900 202 Ninguno
100 220 -900 196 125 (TGZ),
187 (IHZ)
85 220 -900 139 57 (TGZ, IHZ)
70 110 -900 139 85 (TGZ, IHZ)
FSA de alta calidad con sellador (B) 70 110 Libre corr 83 Ninguno
70 110 Libre corr 83 Ninguno
100 110 Libre corr 83 Ninguno
100 110 -900 90 Ninguno
100 110 -1,100 348 Ninguno
100 220 -700 83 Ninguno
100 220 -700 72 Ninguno
100 220 -700 419 Ninguno
100 220 -900 127 Ninguno
100 220 -1,100 419 Ninguno
(A) La ubicación de las ampollas en la tubería es la siguiente: IHZ – en la zona calentada isotérmicamente, TGZ – en la zona de gradiente térmico.

Resultados de la Prueba

Los 27 carretes de tubería se probaron durante períodos de uno a 14 meses (Tabla 3). No se encontró deterioro para los tubos corroídos libremente en la zona de salpicadura expuesta en el rango de temperatura de 70 a 100 grados C. El efecto más significativo fue la diferencia en el comportamiento de formación de ampollas de la TSA con y sin sellador.

Comportamiento a la corrosión

Para los carretes de tubería expuestos libremente, no se pudo observar un deterioro localizado en la interfaz agua / mar. Para el acero recubierto con TSA de corrosión libre con sellador de silicona y daños en el recubrimiento, no hubo residuos de corrosión aparentes en el recubrimiento después de la exposición de 1 a 14 meses a una temperatura de 70 a 100 grados C. Durante un período inicial de aproximadamente un mes, el potencial libre de corrosión a alta temperatura fue significativamente más negativo que a temperatura ambiente(Tabla 4). En los primeros días, el potencial de TSA estaba en el rango de -1,050 a -1,100 mV Ag / AgCl. Sin embargo, después de un mes más o menos, el potencial fue más positivo. Después de tres meses, tanto la temperatura alta como la superficie cubierta con TSA ambiental tuvieron un potencial de corrosión libre de aproximadamente -950 mV Ag / AgCl.

La polarización de la TSA a -900 mV Ag / AgCl dio una disolución anódica y la formación de óxidos de Al como nódulos irregulares sobre la superficie de la TSA. Sin embargo, la disolución del revestimiento de TSA dependía en gran medida de las condiciones de la superficie de la tubería. La disolución se concentró en la parte de baja temperatura de la TGZ. Por lo tanto, solo una pequeña parte de la disolución a -900 MV ocurrió en la IHZ (70 a 100 grados C). Un efecto similar también ocurrió para las tuberías polarizadas a -700 mV. Aquí, la disolución anódica más intensa se produjo en una banda estrecha (1 a 2 cm) a lo largo de la TGZ. La tasa de disolución anódica a las temperaturas en el rango de 70 a 100 grados C fue muy variable durante el primer mes aproximadamente. La salida de corriente de la superficie TSA fue de 350 a 1,400 mA / m2, y de alrededor de 50 mA / m2 después de seis meses a -900 mV. Obviamente, la salida de corriente del recubrimiento TSA estará limitada por la cantidad de Al activo presente (3.0 A-h / cm2 del recubrimiento TSA) (Figura 5 [todas las cifras están disponibles bajo pedido]).

La polarización catódica de TSA a 70 a 100 grados C a -1,100 mV Ag / AgCl mostró una densidad de corriente decreciente con el tiempo (Tabla 5). Las densidades de corriente iniciales (primera semana) estuvieron en el rango muy amplio de 60 a 400 mA / m2. Después de un mes, los valores habían disminuido a un valor medio de 70 mA / m2, y disminuyeron aún más a un valor de 30 mA / m2 después de un año de exposición.

Comportamiento de las ampollas

Los 10 carretes recubiertos con TSA y con el sellador de silicona no desarrollaron ampollas después de una exposición de 14 meses a 70 a 100 grados C (Tabla 3). Sin embargo, 14 de los 17 carretes con recubrimiento TSA sin sellador sí desarrollaron ampollas. Los ocho carretes polarizados catódicamente a -1,100 mV Ag / AgCl desarrollaron ampollas dentro de dos meses en todo el IHZ (dos a tres ampollas por centímetro cuadrado). No se produjeron ampollas en la TGZ. Para el recubrimiento TSA sin sellador expuesto a -900 mV Ag / AgCl, las ampollas se ubicaron en la TGZ y / o en una banda a lo largo del borde de la IHZ. En la mayoría de los casos, la formación de ampollas comenzó en la TGZ y con el tiempo también se desarrolló en la IHZ.

Tabla 4 – Potenciales de corrosión libre de TSA en función de la temperatura
Potencial, mV Ag / AgCl
Temperatura (oC) Inicial (Día 1-2) 1
Mes 3 Meses
8 (ambiente) -800 -1,000
70 -1,040 -970 -945
100 -1,115 -950 -950

Fuerza de adhesión de la TSA

La resistencia de adhesión se especificó para que fuera de 1.000 psi (6.9 MPa) para el TLP de Hutton; sin embargo, en general fue mayor (2,300 psi, 16 MPa). En esta prueba, se encontraron valores de adhesión muy altos (Tabla 6). Los valores de adhesión estaban en el rango de 12 a 18 MPa para los carretes recubiertos con TSA no expuestos. Sin embargo, para la TSA expuesta, los valores de adherencia también estuvieron en el rango de 12 a 18 MPa para los carretes expuestos a -900 y -1,100 mV. Ninguna de las 57 mediciones proporcionó unvalor de adhesión inferior al valor especificado de 6.9 MPa. Los valores de adherencia en áreas con ampollas también fueron consistentemente altos, lo que muestra que el área adyacente a una ampolla no sufrió una adhesión reducida.

Otras consideraciones

El enfoque para la protección de la zona de salpicadura es mediante recubrimientos de película delgada o película gruesa. Dependiendo de los requisitos de diseño, generalmente se necesita un margen de corrosión cuando se utiliza un recubrimiento de película delgada (por ejemplo, epoxi alquitrán de hulla o epoxi de copo de vidrio). Si se utiliza un recubrimiento de película gruesa (por ejemplo, revestimiento de neopreno o cobre-níquel), es posible que no se requiera un margen de corrosión.

Para el TLP de Hutton, el recubrimiento TSA se ha utilizado sin un margen de corrosión. Para el Heidrun TLP planificado en el Mar de Noruega, el diseño para la protección de la zona de salpicadura incluye un revestimiento TSA (0.20 mm) con un margen de corrosión. Las regulaciones actuales clasifican la TSA como un recubrimiento de película delgada; por lo tanto, se proporcionó el margen de corrosión en la zona de salpicadura para cumplir con las precauciones de seguridad del NPD.

Sin embargo, sobre la base de las experiencias y los datos informados aquí, creemos que un recubrimiento TSA de 0.20 mm aplicado con la tecnología más avanzada de hoy tendrá una vida útil de más de 30 años en una zona de salpicadura.
Sin embargo, para lograr una vida útil de este tipo, ciertos factores críticos deben considerarse y optimizarse:

• Aleación TSA,
• Preparación de la superficie
• Aplicación de recubrimiento TSA
• Elección y aplicación del sellador
• Aplicación de servicio
• Situación de exposición electroquímica / galvánica
• Impacto medioambiental.

La aleación elegida para la zona de salpicadura o el servicio sumergido sería Al (99.5%) o Al-5% Mg. El uso de aleaciones de Al-Zn aumentaría las capacidades anódicas y disminuiría las propiedades de barrera. Esto no sería óptimo para la zona de salpicadura porque la alta tasa de disolución para una aleación de Al-Zn conduciría a una rápida descomposición del recubrimiento.

Tabla 5 – Densidad de corriente catódica en acero recubierto con TSA caliente a 70-100º C, polarizado a -1,100 mV Ag / AgCl (A)
Densidad de corriente, mA / m2
Tiempo Medio Máximo Mínimo
Inicial (primera semana) 180 400 65
1 mes 70 165 30
1 año 30 55 10
(A) Se analizaron 11 tubos

Para un buen rendimiento del sistema, se requieren requisitos estrictos para la preparación de la superficie y la aplicación. El uso de un sellador es vital. El sellador debe penetrar completamente y rellenar la porosidad del recubrimiento TSA, pero el sellador no acumulará ningún espesor. Un sellador de Al de silicona de dos capas funcionará mejor para el servicio ambiental. El sellador también evitará la formación de ampollas.

En Europa, los costos de un revestimiento de TSA Al y Al-5% Mg a 0.2 mm de espesor podrían estar en el rango de $ 60 a $ 200 por metro cuadrado, con un promedio de alrededor de $ 140 por metro cuadrado. La amplia gama de costos puede estar relacionada con las diferencias en los requisitos de especificación en la industria fuera de costa.

Tabla 6 – Valores de adherencia determinados por un comprobador de adherencia hidráulico

Adherencia de Zona 2 Isotérmicamente Calentada (Mpa) (A)
Potencial mV Ag / AgCl 70 oC 85 oC 100 oC Zona de gradiente térmico 1-2o / mm lineal
Valores de adherencia media en diversos potenciales

Corrosión Libre 14.5 S 14.5 S 14.7
15.0 S
-900 16.5 15.5 14.5 S 14.0 B 15.38
15.5 16.0 16.0 S 16.5 B
15.5 B 21.0 14.0 S 16.5 B
17.5 18.0 12.0 S + 12.5 B
16.0 11.5 S 12.5
17.0 12.0 16.0
15.5
15.5
13.0
16.5
-1,100 17,0 B 14,5 14,5 S 18,0 13,95
12.0 B 18.0 B 16.5 S 14.5
10.5 B 14.0 B 13.0 S 16.0 B
16.0 B 12.5 B 7.5 S 14.5 B
12.5 B 11.5 B 13.5 S 17.5 B
17,0 S 15,5 B
16.0 S 11.5 B
10.0 S 14.5
9.5 S
12.5 S
Superficie no expuesta 18.5 S, 16.0 S, 12.0 S, 14.0 S 15.00

(A) La falla de “extracción” estaba en el pegamento con una excepción. S significa TSA con sellador; + significa borde roto al acero desnudo; B significa ampollas en el área del carro.

La propiedad básica del recubrimiento TSA como recubrimiento de servicio prolongado son sus características de barrera combinadas con una buena adherencia y resistencia mecánica. Sin embargo, en una situación de exposición en la que la superficie del recubrimiento TSA está conectada eléctricamente al acero desnudo, la disolución anódica del recubrimiento TSA puede ser extensa. Aquí deben considerarse las capacidades de corriente anódica del recubrimiento TSA. Basado en una capacidad de corriente de TSA de 3.0 A-h / cm2, un recubrimiento de 0.2 mm de espesor podría sostener un área de acero desnudo del 4% durante 30 años. (En este cálculo, se utilizaron 50 mA / m2 como demanda actual para el acero desnudo y una capacidad de 2,000 Ah / kg para el Al con un factor de utilización de 0.8). Sin embargo, si un acero revestido con TSA se conecta al acero desnudo con Una relación de área de 1 a 1, el recubrimiento podría deteriorarse completamente después de tres a cuatro años. Las bandas y los tendones de Hutton tienen una superficie recubierta de casi el 100%. Debido a las excelentes propiedades mecánicas y de adhesión, el recubrimiento TSA no se ha raspado durante la manipulación y el servicio.

Conclusión

Los recubrimientos TSA se han convertido en un sistema establecido para la protección de estructuras marinas y en alta mar.

Las experiencias de Hutton y otros proyectos han demostrado que el recubrimiento TSA con un sellador adecuado tendrá un buen desempeño en la zona de salpicadura en condiciones ambientales adversas y de alta temperatura (70 a 100 grados C).

Las experiencias del Hutton TLP y las pruebas de laboratorio establecieron que un sellador de silicona evitará la formación de ampollas. La formación de ampollas también depende del estado electroquímico de la superficie TSA y los gradientes de temperatura en la superficie de la tubería.

Se puede afirmar que es posible lograr una vida útil de más de 30 años para el servicio en la zona de salpicaduras con un recubrimiento TSA de 0.2 mm aplicado de acuerdo con la tecnología actual.