ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: CARACTERIZAÇÃO ELETROQUIMICA DO AÇO AISI 297 EM SULFETO
AUTORES: CORRADINI, P. G. (UFES) ; FREITAS DE, M.B.J.G. (UFES) ; PERINI, N. (UFES) ; PINON, G.O. (UFES)
RESUMO: A água de produção contém compostos, como sulfetos, que podem promover corrosão dos aços utilizados no processamento do petróleo. Para caracterizar o tipo de corrosão apresentada pelo aço AISI 297 foram realizadas varredura linear de potencial anódico, medidas amperiométricas e medidas de espectrocospia de impedância eletroquímica em diversas concentrações de íons sulfeto [S2-].Ocorre aumento da densidade de corrente de corrosão com o aumento da [S2-] devido a presença de S2- na interface metal/solução, que em potenciais positivos promovem a formação de filme Mackinawite não aderente.As medida de EIE pós-amperiometria indicaram que, com aumento da concetração de sulfeto, ocorre redução da resistência de polarização do sistema, comprovando que o filme formado não atua como protetor do aço.
PALAVRAS CHAVES: aço aisi 297, sufeto, corrosão
INTRODUÇÃO: Na extração do petróleo ocorre a produção de água, denominada água de produção [1]. Essa água contém compostos orgânicos, como ácidos naftênicos; e inorgânicos, como cloretos e sulfetos, que podem promover corrosão dos aços utilizados na extração e no beneficiamento do petróleo [2].
O aço inoxidável AISI 297 é um aço que possui as menores quantidades de elementos de liga e que proporcionam uma combinação de propriedades de forma a possibilitar seu emprego em temperaturas elevadas. O teor de cromo deste aço é suficiente para garantir características inoxidáveis adequadas enquanto o teor de níquel e de outros elementos são suficientes para que se obtenha uma matriz totalmente austenítica (0,37% carbono; 26% crômio; 11,22% níquel; 0,21% molibdênio; 1,49% silício e 0,91% manganês). Suas aplicações principais são em equipamento ou peças para alta pressão em usinas químicas, geradores, peças para aeronáuticas, como turbinas e equipamentos utilizados em fornos metalúrgicos e possuem uma promissora aplicação na indústria petroquímica [3].
Este trabalho visa analisar o efeito dos íons sulfeto para simular os efeitos corrosivos produzidos por água de petróleo no aço inoxidável AISI 297.
MATERIAL E MÉTODOS: As medidas eletroquímicas foram realizadas no potenciostato/galvanostato modelo AUTOLAB PGSTAT 302N. Utilizou-se uma cela eletroquímica de três eletrodos, com o eletrodo de referência de Ag/AgCl/saturado, o eletrodo auxiliar de grafite e os eletrodos de trabalho dos aços AISI 297. As medidas eletroquímicas foram realizadas em soluções contendo 0,0; 2,5; 5,0; 7,5; 15,0 e 25,0 ppm de íon sulfeto. O eletrólito de suporte utilizado foi solução de sulfato de sódio 0,5 mol/L.
Em cada concentração de sulfeto, foram realizadas medidas de potencial de circuito aberto, por 3600 segundos; medidas de varredura linear de potencial, 200 mV acima e abaixo do potencial de potencial de circuito aberto determinado, com velocidade de varredura de 0,5mV/s, para determinar a taxa de corrosão em cada meio.
Para caracterizar o tipo de corrosão apresentada foram realizadas varredura linear de potencial anódico, com velocidade de varredura de 1 mV/s a partir do potencial de circuito aberto até 2V. Realizaram-se medidas amperiométricas no potencial de 1,35 V por 600 segundos nas concentrações de 2,5; 5,0; 10,0; 25,0 e 50,0 pmm de sulfeto. Antes e após as medidas amperiométricas, medidas de espectrocospia de impedância eletroquímica (EIE) foram feitas, no intervalo de frequência de 10 kHz a 10 mHz, com amplitude de 10mV do potencial de circuito aberto. Todas as medidas foram realizadas sem agitação e à temperatura ambiente.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A figura 1 apresenta a curva de polarização linear para o aço AISI 297 em diferentes [S2-]. Até 0,90V, não há variação significativa no comportamento da corrente do sistema aço/solução. Entrentanto, em potenciais (E) próximos a 1,35V, observa-se um pico de densidade de corrente de dissolução anódica (ia) em todas as [S2-] estudadas. Em seguida, ocorre uma queda no valor de ia, indicando a passivação da superfície metálica, seguido de um aumento brusco da corrente.
Comparando as curvas da figura 1 para a solução contendo S2- com a curva para a solução na ausência deste íon, tem-se um deslocamento de E para valores de potenciais menos positivos.
Medidas potenciostáticas em 1,35V foram realizadas, e após cada medida, alcançado o novo estado estacionário, foram realizadas as curvasde tafel, obtendo as densidades de corrente de corrosão (icorr). Estas são representadas na figura 2, em função da [S2-]. Observa-se um aumento da icorr com o aumento da [S2-]. Isto pode ser explicado pela presença de S2- na interface metal/solução, que em potenciais positivos promovem a formação de espécies Fe(1-x)S (filme de Mackinawite)[5]. Segundo estudos anteriores[5], este filme não protege contra a corrosão, pois é um filme não aderente. O excesso de sulfeto, em soluções com valores de pH próximos do neutro, pode ocasinar a formação de espécies de sulfeto de ferro não estioquiométricas (Mackinawite), tendo como resultado o incremento nas icorr, como verificado neste trabalho.
As medida de EIE pós-amperiometria indicaram que, com aumento da concetração de sulfeto, ocorre redução da resistência de polarização do sistema, atingindo valores de 6,2 kOhm.cm² em 2,5 ppm e 420 Ohm.cm² para 50 ppm de sulfeto. Esse resultado demonstra que o filme formado não atua como protetor do aço.
CONCLUSÕES: Na curva de polarização linear observa-se um pico de ia em potenciais próximos a 1,35V, e em seguida, a passivação da superfície metálica em todas as [S2-] estudadas. Ocorre aumento da icorr com o aumento da [S2-] devido a presença de S2- na interface metal/solução, que em potenciais positivos promovem a formação de filme Mackinawite não aderente. As medida de EIE pós-amperiometria indicaram que, com aumento da concetração de sulfeto, ocorre redução da resistência de polarização do sistema, comprovando que o filme formado não atua como protetor do aço.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq e ao LabPetro – UFES.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] RAMALHO, J.B.V.S. Avaliação da separação água-óleo em campo injetando desemulfificante através da linha de Gás-Lift. Bol. Téc. PETROBRAS, 2001.
[2 ] CORRADINI, P.G; FREITAS de, M. B.J.; GARCIA, E.M.; PERINI, N.; SAD, C.M.S.; CASTRO, E.V.R. Estudo eletroquímico da corrosão dos aços AISI 297 e AISI 297 com adição de Manganês provocada por Água de Petróleo. In: 32ª REUNIÃO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA, Ceará. Anais eletrônicos: Fortaleza, SBQ, 2009. Disponível em: http://sec.sbq.org.br/cdrom/32ra/index.htm . Acesso em: 25 jun. 2009.
[3] FERREIRA F.F.; DOELLINGER, T.M.; Estudo microestrutural e eletroquímico dos efeitos da adição de nióbio e manganês no aço ASTM A297. Vila Velha, ES, 2007. (Trabalho de conclusão de curso). Centro Universitário de Vila Velha, UVV.
[4] Houyi Ma, Xiaoliang Chenga, Guiqiu Lib, Shenhao Chena,Zhenlan Quana, Shiyong Zhaoa, Lin Niu. The influence of hydrogen sulfide on corrosion of iron under diferent conditions. Corrosion Science 42 (2000) 1669±1683
[5] T. Hemmingsen; H. Lima. Electrochemical and optical studies of sulphide
film formation on carbon steel. Electrochimica Acta, vol. 43, pp 35-40. 1998.
