Universidad Nacional Autónoma de MéxicoUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Química

Diseño de Equipo

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción

Para el diseño de cualquier equipo de proceso es Para el diseño de cualquier equipo de proceso es fundamental especificar el tipo de material de construcción del mismo. La selección del material de construcción está en función de las propiedadesde construcción está en función de las propiedades químicas de las corrientes involucradas en el proceso (composición) y de las condiciones de

ió di ñ El t i l l i doperación y diseño. El material seleccionado además de ser resistente al ataque químico de los componentes de la corriente de proceso (corrosión) p p ( )debe ser resistente a la erosión, bajas o altas temperaturas y a cualquier condición ambiental externa que degrade las propiedades del material.externa que degrade las propiedades del material.

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Acero

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Acero al Carbón Calmado Reducción de O Reducción de O2 Agentes reductores (Si, Al) Tratamiento al vacío

4Non Killed Semi Killed Killed

Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Acero al Carbón <2% C, <1.65% Mn 2% C, 1.65% Mn

Aceros de Baja Aleación Cr, Mo ( V, Mn) Alta Temperatura Ni Baja Temperatura

Acero Inoxidable > 10 5% Cr > 10.5% Cr 18%Cr, 8%Ni Dúplex

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úp e

Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción

Aplicación MaterialRango de

Temperaturas de Trabajo (°C)

Servicio GeneralHierro Fundido -28.9 343.3

Acero al Carbón -48.3 426.7

1 1/4 Cr- 1/2 Mo -45.6 482.2

2 1/4 Cr- 1 Mo -45.6 482.2Servicios de Alta Temperatura e H2

3 Cr- 1 Mo -28.9 454.4

5Cr - 1/2 Mo -28.9 648.9

9Cr - 1 Mo -28.9 648.9

Servicios de Baja T t i

3 1/2 Ni -101.1 537.8

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Temperatura no corrosivos 9Ni -195.6 121.1

Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción

Aplicación MaterialRango de

Temperaturas de Trabajo (°C)

Tp 405, Tp 410 (12 Cr) -28.9 648.9Tp 304 (18 Cr-8Ni) -253.9 815.6Tp 309 (23Cr-12Ni) 195 6 426 7

Servicios de alta temperatura y resistentes a erosión y

corrosión

Tp 309 (23Cr 12Ni) -195.6 426.7Tp 310 (25Cr-20Ni) -195.6 426.7

Tp 316 (16 Cr-12Ni-2Mo) -253.9 426.7Tp 316Ti o 316Cb (16 Cr 12Ni 2Mo Ti óTp 316Ti o 316Cb (16 Cr-12Ni-2Mo, Ti ó

Nb) -195.6 815.6Tp 321 (18 Cr-10Ni, Ti) -198.3 426.7Tp 347 (18 Cr-10Ni Cb) 253 9 426 7Tp 347 (18 Cr-10Ni, Cb) -253.9 426.7

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción

Aplicación MaterialRango de

Temperaturas de Trabajo (°C)

Aleación 2205, Dúplex (22Cr-5Ni-3Mo-2Cu) -28.9 315.6

Aleación 254 SMO (20Cr-18Ni-6Mo) -195.6 398.9

Servicios de alta temperatura y resistentes a ataque por

Cl- y HS-

Aleación 200 (99 Ni) -198.3 315.6Aleación 400, Monel (67 Ni-30Cu) -198.3 482.2

Aleación 600, Inconel (15Cr-72Ni-8Fe) -198.3 648.9Cl y HSAleación 625 (22Cr-60Ni-9Mo) -198.3 648.9

Aleación 800, Incoloy (21Cr-33Ni-42Fe, Al y Ti) -198.3 898.9

Al ió C 276 H t l (15C 54NiAleación C-276, Hasteloy (15Cr-54Ni-16Mo) -198.3 676.7

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Ambiente Especial

Degradación del Material Erosión

Falla Erosión Temperatura Extremadamente Alta Temperatura Extremadamente Baja Temperatura Extremadamente Baja Puntos Fríos o Calientes Concentración de agentes corrosivosCo ce ac ó de age es co os os

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Diseño Mecánico del Equipo (o tubería)

P Interna máxima @ T máxima P Interna máxima @ T mínima P Interna máxima @ T mínima

P diseño @ T diseño P diseño @ T diseño

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Ambiente Corrosivo

Un ambiente corrosivo es una condición interna de un equipo o tubería en la cual una corriente de q pproceso puede ocasionar corrosión en el material a las condiciones de operación, diseño, arranque,

li i lí di i dparo, limpieza en línea o condiciones de emergencia. En general el material de construcción seleccionado y la corrosión permisible se anticipan aseleccionado y la corrosión permisible se anticipan a la combinación más severa de las variables de proceso a régimen permanente.

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Ambiente Corrosivo

Sin embargo altos índices de corrosión y/o la degradación del material pueden presentarse bajo g p p jcondiciones transitorias que exceden inclusive las máximas condiciones de operación. Dichas

di i d i t d i t ticondiciones pueden introducir, concentrar o activaralgún agente corrosivo debido a:

a) la formación de una fase acuosa a) la formación de una fase acuosa b) exceder un límite de temperatura o presión parcial

de algún agente corrosivo.g g

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Agentes Corrosivos

Hidrógeno Sulfuro de Hidrogeno (H2S) Azufre y Compuestos de Azufre Azufre y Compuestos de Azufre Sales Termo-Estables Sosa Cáustica Amoniaco Amoniaco Aminas Cianuros Ácidos Orgánicos Cloruros CO y CO2

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CO y CO2

Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Hidrógeno

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Hidrógeno

El H2 reacciona con: Mg, Ta, Nb (Cb), V, Zr o Ti

2H2 + C => CH4

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Sulfuro de Hidrógeno (H2S)

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Compuestos de Azufre

Por compuestos de azufre se considera todo el azufre contenido en los hidrocarburos libre y ycombinado sin contar al H2S. Los compuestos de azufre no son corrosivos a temperatura ambiente, i b t l 260° 480°C l í dsin embargo entre los 260° y 480°C la mayoría de

los compuestos de azufre se descomponen formando H2S que en presencia de agua producenformando H2S que en presencia de agua producen corrosión.

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Sales Termo-estables

Son sales que se origina en muchos de los procesos de refinación, su formación se favorece por altas , pconcentraciones de sulfuro de hidrógeno y amoniaco, formando bisulfuro de amonio (NH4HS) o á id l híd i i f d l dácido clorhídrico y amoniaco formando cloruro de amonio (NH4Cl), así como alta presión y relativamente baja temperatura. En presencia derelativamente baja temperatura. En presencia de agua estas sales se disocian en sus iones que son responsables de la corrosión

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Pasivación

La pasivación es un fenómeno que se presenta en la superficie de los metales en donde una delgada p gpelícula de una especie oxidada (Fe3O4) o reducida (FeS) protege la superficie activa inhibiendo el

i d ió El f ó d i iómecanismo de corrosión. El fenómeno de pasivaciónpuede presentarse de manera natural o puede ser inducido por algún agente químico.inducido por algún agente químico.

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Pasivación

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Inhibidores Ácidos de la Pasivación

En el medio ambiente externo o en el fluido de proceso pueden presentarse condiciones que p p p qrompan el equilibrio que forma la película con el sustrato. En ambientes ácidos algunos aniones

l Cl CN CO 2 t i lcomo el Cl-, CN-, CO32-, etc. reaccionan con los

productos oxidados del metal base o alguno de sus componentes de aleación (p.e. Cr), dejando alcomponentes de aleación (p.e. Cr), dejando al descubierto la superficie activa del metal y por lo tanto inhibiendo el mecanismo de pasivación.

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Inhibidores Ácidos de la Pasivación

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Inhibidores Alcalinos de la Pasivación

En ambientes alcalinos ya sea NaOH o KOH reaccionan con la capa superficial porosa de p p pmagnetita (Fe3O4) formando sales solubles de ferroita y ferroato, ya que el metal ha quedado

t l F b i N OH KOHexpuesto el Fe base reacciona con NaOH o KOH formando estas mismas sales y protones

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Inhibidores Alcalinos de la Pasivación

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Medidas Preventivas

Aplicación de un material resistente a la corrosión o resistente a la erosión

La especificación de una corrosión permisible suficiente para alcanzar la vida útil requerida del componente especificado basado en la tasa de corrosión anualespecificado, basado en la tasa de corrosión anual predicha

La especificación de un tipo de fabricación especial o requerimientos de procesamiento del material, tales como tratamiento térmico, control de dureza, pruebas o exámenes destructivos y no destructivos, acabado de la

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exámenes destructivos y no destructivos, acabado de la superficie, etc.

Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Medidas Preventivas

Especificación de límites de velocidad Aplicación de algún tipo especial de recubrimiento Uso de algún procedimiento especial de tratamiento

o limpieza, tal es el caso de la neutralización en líneas y equipo que puedan presentar depósitos delíneas y equipo que puedan presentar depósitos de agentes pirofóricos (FeS).

El uso de inhibidores de corrosión, lavado con agua o algún otro solvente, monitoreo de la corrosión del sistema (cupones), protección catódica o ánodos de sacrificio.

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Vida Útil de Equipos y Tubería

Equipo Vida Útil Estándar (Años) Norma de Referencia (PEMEX)

Columnas y Recipientes a Presión

20 NRF-028-PEMEX-2010

Reactores 25

Internos

Platos y Empaques 10

Internos Removibles 20

Internos No Removibles 10

Intercambiadores

Envolvente y Canales 20 NRF-028-PEMEX-2010Envolvente y Canales 20 NRF 028 PEMEX 2010

Haz de Tubos (A.C. & Baja Aleación)

5

Haz de Tubos (Ac. Inox & Aleación Ni)

10

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Aleación Ni)

Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Vida Útil de Equipos y Tubería

Equipo Vida Útil Estándar (Años) Norma de Referencia (PEMEX)

Estándar internacional(PEMEX)

Aeroenfriadores

Cabezales 20 NRF-028-PEMEX-2010

H d T b (A C & B j 5Haz de Tubos (A.C. & Baja Aleación)

5

Haz de Tubos (Ac. Inox & Aleación Ni)

10

Rodamientos en Flechas de 50 000 h NRF-134-PEMEX-2012 API Std 661 7th Ed 2013Rodamientos en Flechas de Ventiladores

50,000 h NRF 134 PEMEX 2012 API Std 661, 7th Ed., 2013

Hornos

Tubos del Calentador 100,000 h NRF-089-PEMEX-2011 API Std 530, 6th Ed., 2008

Bombas 20 API Std 610 11th Ed., 2010

Compresores CentrífugosCompresores Reciprocantes

20 NRF-131-PEMEX-2013NRF-132-PEMEX-2013

API Std 617, 7th Ed., 2002API Std. 618, 5th Ed., 2007

Tanques de Almacenamiento 20

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Tanques de Almacenamiento 20

Equipo Misceláneo 20

Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Vida Útil de Equipos y Tubería

T b í Vid Útil E tá d N d R f iTubería Vida Útil Estándar (Años)

Norma de Referencia (PEMEX)

Servicio general (A.C. & Baja Aleación)

20 NRF-032-PEMEX-2012

Alta Presión (>1500 psig) 20 NRF-032-PEMEX-2012

Alta aleación (Ac. Inox & Aleación Ni)

20 NRF-032-PEMEX-2012

Válvulas 10 20

Notas: 1) Las normas en las que esta referida la vida útil estándar son mandatorias para diseño del

equipo o tubería.

Válvulas 10 - 20

2) La vida útil que no se encuentra referida en alguna de las normas esta basada en buenas prácticas de ingeniería

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Servicio No Corrosivo Vapor Vapor Agua Desmineralizada Aire de Instrumentos Nitrógeno

Servicio General Agua de Enfriamiento Hidrocarburos no corrosivos (S<2%peso; H2S 0.01% mol) Gas Tratado Seco Gas Tratado Seco Químicos No Corrosivos

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Servicio Corrosivo Hidrocarburos corrosivos (TAN) Hidrocarburos corrosivos (TAN) Cáusticos Gas Húmedo Amargo Agua Amarga Dióxido de Carbono Húmedo

G Á id Gas Ácido Ácidos Orgánicos e Inorgánicos

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Corrosión Permisible

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Corrosión Permisible

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción Corrosión Permisible

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Materiales de ConstrucciónMateriales de Construcción

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