¿Cómo precalificar una opción de recubrimientos para corrosión bajo aislamiento (CUI)?

Uno de los principales desafíos que enfrentan los operadores de equipos en las industrias de procesos en la actualidad es la corrosión bajo el aislamiento, que puede provocar lesiones, pérdida de contención y daño a la reputación de la marca, así como una pérdida significativa de ingresos por tiempo de inactividad y mantenimiento y reemplazo de materiales corroídos. Elegir el recubrimiento óptimo para la protección contra CUI es un asunto complejo.

Muchos operadores en el negocio de los recubrimientos protectores han escuchado historias de terror sobre la corrosión bajo del aislamiento y aprecian que los recubrimientos pueden formar una de las barreras que ayudan a proteger la integridad de sus activos del problema. Esto se sabe desde hace muchos años, pero a pesar de ello, los métodos para seleccionar los recubrimientos óptimos siguen siendo incomprendidos. Una mayor confianza en la selección de recubrimientos puede ser beneficiosa cuando se considera la inspección basada en riesgos, que, a su vez, puede ayudar a generar confianza en los intervalos de inspección y, en última instancia, reducir los costos de inspección, un importante contribuyente financiero en la gestión de la corrosión de CUI.

Pero, ¿Qué hace que un sistema de revestimiento no proporcione el nivel de resistencia esperado en un entorno aislado? ¿Y cómo puede asegurarse de elegir el recubrimiento adecuado para un propósito específico? Para elegir el recubrimiento adecuado para la situación correcta, es necesario observar qué protocolos de prueba se pueden usar para predecir el comportamiento de un material de recubrimiento cuando se coloca en un entorno CUI, y también cómo se conoce el comportamiento del recubrimiento elegido frente al calor ayudará a seleccionar el material correcto.

Si bien, la experiencia de la vida real ofrece la mejor “prueba” de desempeño, algunos de los desafíos asociados con la recopilación y comparación de datos de desempeño del recubrimiento CUI del campo hacen que sea excepcionalmente difícil sacar conclusiones sobre el desempeño y, por lo tanto, predecir el comportamiento futuro. Con suerte, a medida que la inspección de la corrosión y el revestimiento se digitalice cada vez más, se podrán establecer comparaciones más efectivas entre los diferentes tipos de revestimiento. Sin embargo, hasta ese momento, las pruebas aceleradas siguen siendo una de las formas clave de seleccionar el recubrimiento CUI correcto.

Este artículo discutirá diferentes pruebas de recubrimiento con el objetivo de definir qué métodos se pueden utilizar para simular las condiciones de CUI en el laboratorio y cómo evaluar el desempeño de un material de recubrimiento en las condiciones relacionadas. Una mirada más cercana a las pruebas que se pueden utilizar en una muestra que puede ser apropiado mirar más allá de los métodos de prueba relacionados específicamente con CUI al considerar revestimientos protectores para tuberías aisladas y equipos de proceso.

El artículo también detallará los requisitos establecidos en la reciente norma ISO 19277, que aborda específicamente los problemas.

DESAFÍOS PARA ENCONTRAR EL RECUBRIMIENTO DE CUI ADECUADO

Cuando un recubrimiento para CUI se considera insatisfactorio, muchos factores influyen. ¿El recubrimiento no funcionó como se esperaba debido a una mala aplicación? ¿El producto se especificó incorrectamente? ¿O el producto estaba defectuoso en sí mismo? Por encima de todo, es crucial determinar si un recubrimiento es adecuado o no para el entorno en el que se puede producir CUI, para evitar elegir el material incorrecto.

Si bien, por supuesto, la capacidad de prevenir la CUI es de suma importancia, a menudo cuando se considera que los recubrimientos protectores se usarán bajo aislamiento, particularmente en la etapa de nueva construcción, los diseñadores deben considerarlos en el contexto de una especificación de pintura más amplia.

En los últimos años, se ha puesto mucho énfasis en la capacidad de los recubrimientos protectores para usarse en una variedad más amplia de rangos de temperatura, incluida la criogénica en servicios tanto aislados como no aislados. Los beneficios de tales sistemas pueden ser significativos e incluir.

• Especificaciones de recubrimiento simplificadas para tuberías y equipos de proceso;
• Número reducido de sistemas de revestimiento para aprobar para la construcción;
• Se eliminó la necesidad de separar los artículos a granel, como tuberías y válvulas antes de pintar;
• Inventarios de pintura simplificados para aplicadores; y
• Procedimientos de inspección y revestimiento optimizados.

Si bien existe una tendencia a asumir que la corrosión en condiciones de aislamiento es la más agresiva, no siempre es así. Puede depender del tipo genérico de recubrimiento.

Ciclo de vida de un revestimiento CUI

La norma ISO 19277, “Industrias del petróleo, petroquímica y del gas natural: criterios de aceptación y reposo de calificación para sistemas de revestimiento protector bajo aislamiento”, se introdujo en diciembre de 2018 para tratar de abordar algunas de estas consideraciones adicionales al seleccionar un revestimiento CUI. Este documento exige una serie de pruebas en un intento de capturar el ciclo de exposición que un recubrimiento CUI típico puede encontrar durante las fases de construcción, transporte y operación. Antes de analizar estas pruebas, es importante comprender cómo podrían verse estas fases clave

• Transporte: Durante el transporte desde el patio de fabricación o el taller y antes del aislamiento, el revestimiento puede estar expuesto a la corrosión atmosférica típica en una variedad de entornos corrosivos, hasta CX en el caso del transporte modular por mar.
• Construcción: Durante la construcción, el revestimiento puede seguir expuesto a la corrosión atmosférica en su ubicación final y antes de que se instale el aislamiento. En ambos casos, el recubrimiento aún no se ha expuesto a un calor significativo, solo a temperatura ambiente.
• Fase operativa. Sin CUI: Durante esta parte de su vida, los recubrimientos están expuestos al calor, pero no a la presencia de humedad, asumiendo que todo el aislamiento está correctamente instalado, pero estará expuesto a la temperatura operativa del equipo.
• Fase operativa, CUI: a medida que las propiedades de barrera del aislamiento / revestimiento se degradan con el tiempo, el revestimiento estará expuesto tanto al calor como a la humedad a medida que el agua penetra en el sistema de aislamiento.
• Fase operativa, ciclo térmico: en algunos casos graves, el recubrimiento también puede estar sujeto a cambios de temperatura a través de ciclos térmicos.
• Parada / Retiro del aislamiento: Finalmente, si se retira el aislamiento, ya sea como parte de paradas prolongadas o cambio de servicio, el revestimiento puede volver a estar expuesto al calor y a la corrosión atmosférica únicamente.

Las condiciones térmicas juegan un papel importante.

Se describe ampliamente que el CUI ocurre en el rango de temperatura de 122-347 F (50-175 C). Sin embargo, en el caso de ambientes con alta humedad relativa, el llamado síndrome de la tubería “sudorosa”, la corrosión debajo del aislamiento puede ocurrir por debajo de esta temperatura. Por supuesto, en el caso de una especificación de pintura moderna, este rango de temperatura es solo uno de muchos, lo que generalmente da como resultado la especificación de una variedad de sistemas de pintura diferentes. También es justo decir que al especificar sistemas de recubrimiento para nuevos proyectos de construcción, la protección contra CUI es simplemente uno de los muchos usos de recubrimiento que se deben considerar, aunque uno importante.

La temperatura es el factor de elección clave al seleccionar un recubrimiento protector para su uso en industrias de proceso, y también es imperativo que se describa con precisión en términos de qué temperatura se considera mínima, máxima, de diseño, cíclica. Los límites de temperatura pueden jugar un papel cuando seleccionar el tipo de recubrimiento correcto, y puede llevar a la selección de un tipo de recubrimiento diferente dependiendo de qué condición de temperatura se use.

Un ejemplo de esta tubería revestida con un revestimiento de epoxi novolaca. Operando rutinariamente a una “temperatura” de 320 F (160 C) debajo del aislamiento, no se espera que esta temperatura plantee ningún problema para este material. Sin embargo, lo exponemos a vaporización regular o ciclos de proceso a una temperatura de funcionamiento máxima superior a 392 F (200 C), y no sería irrazonable esperar ver una degradación del recubrimiento durante un período de tiempo, manifestándose finalmente como una falla del recubrimiento. En ausencia de una capa protectora. Luego, CUI puede comenzar a trabajar en su ciclo de destrucción mientras opera en la zona de temperatura más baja.

También es importante considerar la precisión de la temperatura existente al especificar los sistemas de recubrimiento, ya que las temperaturas calculadas en la etapa de diseño pueden no siempre funcionar en la práctica. Si bien los cambios pueden parecer menores cuando estos límites coinciden con un cambio en el tipo de recubrimiento recomendado, pueden resultar en una especificación incorrecta. Como tal, es útil establecer márgenes de seguridad al considerar la temperatura máxima para la cual se puede especificar un recubrimiento.

ISO 19277 intenta crear una serie de entornos CUI de manera similar a las categorías corrosivas mencionadas en ISO 12944 para la corrosión atmosférica. Estos entornos CUI están alineados con diferentes temperaturas y se pueden encontrar en la Tabla 1.

Al crear un marco coherente de entornos CUI, se puede establecer una comprensión clara del entorno y las pruebas de precalificación asociadas con él.

Aquí, también es esencial tener en cuenta que el mismo recubrimiento no necesariamente funciona igual de bien a altas y bajas temperaturas.

Muchos recubrimientos protectores experimentan una mejora en sus propiedades cuando se exponen al calor. Un ejemplo de esto es la conversión de la matriz de silicona orgánica, una característica de muchas pinturas de alta temperatura. Mostrarán diferentes características de rendimiento en función de las condiciones térmicas a las que hayan estado expuestos anteriormente.

ISO 19277 se refiere a esto al no permitir el cruce de requisitos. Entonces, por ejemplo, un recubrimiento que cumple con los requisitos de CUI-3 no se supone automáticamente que sea adecuado para la categoría CUI-1, aunque al consolidar las pruebas, algunas pruebas pueden usarse para más de una categoría. Se debe tener cuidado, ya que esta mejora es solo una parte de la historia. Exponga un recubrimiento más allá de sus límites de temperatura y comenzará la degradación de la película de recubrimiento, generalmente a través del agrietamiento y la corrosión posterior. Los límites máximos de temperatura dependen en gran medida del tipo de ligante del revestimiento.

PRUEBAS DE RECUBRIMIENTO PERTINENTES.

Fase de construcción / transporte

Para establecer una línea de base de resistencia adecuada a la corrosión atmosférica, ISO 19277 exige una prueba de envejecimiento artificial que consiste en niebla salina neutra (ISO 19227) e inmersión en agua (ISO 2812-2). Los paneles de prueba están trazados y expuestos por la misma duración, independientemente de la clasificación ambiental CUI, ya que en esta etapa se considera que las condiciones CUI no existen. La evaluación se lleva a cabo de acuerdo con las normas ISO 4628-2 (formación de ampollas), ISO 4628-3 (oxidación), ISO 4628-4 (agrietamiento) e ISO 4628-5 (descamación). Esta evaluación es común en todos los demás métodos de prueba utilizados en la norma. La prueba de adhesión y los criterios de aceptación se enumeran tanto para la resistencia anterior como posterior al envejecimiento.

Fase operativa, NO CUI

Para reconocer que la entrada de humedad en el aislamiento no comienza de inmediato, ISO 19277 permite que los sistemas de revestimiento sean acondicionados térmicamente para replicar el efecto de donde los revestimientos están expuestos al calor, pero antes de la presencia de humedad dentro del aislamiento. El acondicionamiento térmico se lleva a cabo para ciclos en vivo que constan de 20 horas a la temperatura máxima para la que se aplica la clasificación CUI (por lo tanto, 140 F 60 C, 302 F 150 C) o 400 F 204 C seguido de un período de enfriamiento de 4 horas (24 horas en total). Uno de los inconvenientes de la norma es que no prevé ninguna exposición térmica a largo plazo. Una prueba que podría usarse para complementar la norma es la ASTM D 2485, que se usa para determinar la resistencia de un recubrimiento al calor. Esta prueba expone los paneles revestidos a una variedad de diferentes temperaturas crecientes, donde se dejan durante un período. Luego se dejan enfriar y se inspeccionan visualmente para detectar cualquier signo de formación de ampollas, grietas, descamación y delaminación de la superficie del metal.

Después de esto, los paneles se exponen a entornos corrosivos mediante pruebas de corrosión acelerada durante un tiempo determinado o una prueba de corrosión atmosférica en la vida real. El propósito aquí es identificar cualquier área donde el calentamiento del recubrimiento haya causado grietas, que finalmente podrían penetrar en el sustrato y posteriormente ser un lugar para la corrosión. En este caso, las microgrietas y el CUI son muy similares: lo que no puede ver definitivamente puede lastimarlo.

También se puede utilizar un análisis más detallado por microscopía óptica en lugar de la inspección visual. Esto permite una inspección más completa de las microfisuras y la caracterización del ancho y la longitud de las grietas.

Fase operativa, CUI

Una vez que la humedad ha podido penetrar el revestimiento y el aislamiento en cantidad suficiente, existen las condiciones para la rotura del revestimiento y la corrosión subsiguiente bajo el aislamiento.

Históricamente, los datos de las pruebas de inmersión en muchos casos se han presentado como el peor de los casos y, por lo tanto, se han utilizado como un método independiente para probar si un recubrimiento puede proporcionar una protección adecuada en condiciones de CUI. Si bien en algunos casos esto puede ser cierto, tiene algunas fallas como método de prueba.

Primero, puede descartar algunos sistemas de recubrimiento, que funcionarían de manera bastante satisfactoria en la vida real. Además, no considera la interacción entre el material aislante y el revestimiento en sí. El paso del agua a través de algunos tipos de aislamiento puede resultar en un cambio en la composición del medio corrosivo, que no se incluye automáticamente en las pruebas de inmersión en aceite. Los métodos de prueba como NACE TMO174, Método B, pueden proporcionar información adicional en esto son; sin embargo, se sugiere que las pruebas de inmersión siempre se complementen con muestras de prueba reales aisladas.

Generalmente, esta prueba de inmersión se realiza a temperatura elevada.

• ISO 19277 describe dos pruebas separadas para evaluar el rendimiento del recubrimiento en un entorno CUI, a saber:
• Prueba de corrosión cíclica CUI multifase, la llamada cámara de condensación CUI (esta prueba es obligatoria): y
• Prueba de tubería vertical, la llamada prueba de tubería de Houston (esta prueba es opcional).

Cada una de las pruebas consiste en exponer el recubrimiento a un ciclo de calentamiento, junto con la adición de un medio corrosivo. La diferencia clave entre los dos es que en el caso de la prueba de corrosión cíclica CUI, no hay aislamiento presente. Ésta es una de las razones por las que este método de prueba y la norma no se han adoptado más ampliamente.

Vale la pena enfatizar que la prueba ASTM G189 es esencialmente isotérmica. Se mantiene una temperatura de prueba constante (dentro de un rango predeterminado). Esto es diferente a la prueba de tubería de Housten, donde la temperatura en cualquier punto dado varía a lo largo de la tubería y el nivel de saturación del aislamiento, que depende de la duración de la exposición.

Varios operadores y laboratorios han realizado pruebas que implican tomar el principio básico de ASTM G189 y escalarlo a un aparato de prueba más grande. En lugar de un carrete de tubo único, está eléctricamente aislado del siguiente. La tubería está aislada. Luego se pasa un medio calentado (ya sea aire o aceite) a través de la tubería, calentando el sustrato, y el medio corrosivo se pasa al aislamiento. Esta prueba se puede llevar a cabo usando una disposición tipo bomba o bajando todo el conjunto en un canal de agua y elevando el nivel del medio corrosivo hacia arriba y hacia abajo en un ciclo para saturar el aislamiento y luego dejar que se seque. El rendimiento del revestimiento se puede evaluar entonces tanto visualmente como mediante mediciones electroquímicas.

Fase operativa, ciclo térmico

ISO 19277 también contiene pruebas de ciclos térmicos. Consiste en exponer los paneles de prueba a una temperatura elevada y enfriarlos. La temperatura se determina de acuerdo con la temperatura máxima de la categoría CUI en cuestión. El panel se coloca en agua helada. Esto se repite durante 20 ciclos. Luego se lleva a cabo la inspección del panel. Cuando se utilizan las categorías CUI-1/2/3-CRYo, se requiere una prueba de ciclo criogénico adicional.

Apagado / eliminación de aislamiento

Para cubrir esto eventualmente, las pruebas de resistencia al envejecimiento descritas anteriormente también cubren una sección donde los paneles de prueba han sido condicionados al calor antes de la exposición.

PRUEBAS COMPLEMENTARIAS

• Los métodos descritos son los elementos clave de la norma ISO 19277; sin embargo, las pruebas complementarias también pueden ser útiles y esencialmente se pueden dividir en las tres categorías siguientes.
• Propiedades físicas como resistencia al impacto, dureza, etc. que son importantes para subestimar la capacidad del recubrimiento para instalarse con un daño mínimo y, por lo tanto, su capacidad para ofrecer una protección posterior.
• Propiedades térmicas que ayudan a caracterizar la idoneidad del revestimiento para las condiciones térmicas a las que estará expuesto; y
• Propiedades de resistencia a la corrosión, que ayudan a comprender las propiedades, que ayudan a comprender las propiedades del recubrimiento cuando se expone a otros ambientes corrosivos no caracterizados aquí.

CONCLUSIONES

En resumen, la selección de métodos de prueba para asegurar la idoneidad de un recubrimiento en condiciones de CUI es extremadamente crítica y depende de varios factores diferentes. La Norma ISO 19277 proporciona orientación sobre este tema y es casi seguro que se desarrollará más. Además, otros organismos como SSPC y NACE también están tratando de desarrollar orientación en esta área.

Al seleccionar metodologías de prueba mejores y más apropiadas, es posible identificar candidatos de revestimiento de mejor rendimiento para entornos CUI, lo que brinda mayores probabilidades de éxito que, a su vez, pueden reducir el costo asociado con la eliminación del aislamiento y la detección de CUI, también cómo prevenir fallas inesperadas y las consecuencias asociadas.