Por Mark Lang
Garantizar la integridad de los materiales en las operaciones de refinado es fundamental para la seguridad de los empleados, el cumplimiento de la normativa y el éxito de las operaciones de extracción de petróleo y gas. A medida que las técnicas analíticas avanzan gracias a la modernización y la investigación, también lo hace la capacidad de proteger las operaciones de refinado.
Un ejemplo clave es la protección contra la corrosión de las tuberías de acero al carbono. Se trata de un riesgo especialmente grave en las unidades de alquilación fluorhídrica (HF) de las refinerías, donde se utiliza ácido fluorhídrico para crear gasolina de alto octanaje. Generalmente, las escamas de fluoruro de hierro protegen las tuberías de acero al carbono del ácido. Sin embargo, los elementos residuales de níquel, cromo y cobre del acero al carbono pueden dificultar esa protección. Si no se detecta, la corrosión puede acumularse en las tuberías, lo que conlleva un riesgo significativo y daños potencialmente catastróficos.
El análisis elemental con analizadores portátiles de fluorescencia de rayos X (HHXRF) puede ayudar a las instalaciones posteriores a analizar la integridad de las tuberías de acero al carbono instaladas y de las nuevas tuberías de los proveedores. Las tuberías ya instaladas en refinerías pueden incluir elementos residuales de materiales reciclados utilizados para crearlas antes de que los límites de detección de níquel, cromo y cobre fueran alcanzables a los niveles actuales.
Las propiedades del acero al carbono
La composición química exacta del acero al carbono puede afectar a su durabilidad y rendimiento; a menudo se formula específicamente para garantizar las características de la aplicación para la que se prevé el acero. Estas formulaciones pueden influir en las características del acero, como su:
- Resistencia
- Ductilidad
- Resistencia a la corrosión.
Los elementos residuales se refieren a una composición elemental no intencionada de las materias primas que se utilizaron para fabricar el acero al carbono. En el caso de las tuberías de acero al carbono de las unidades de alquilación de HF, los elementos residuales más preocupantes son:
- Cobre
- Níquel
- Cromo.
El Instituto Americano del Petróleo (API) recomienda una fórmula general para mantener la suma de cobre, níquel y cromo en las tuberías de acero al carbono de las unidades de alquilación de HF por debajo del 0,15%. Cualquier suma superior a ese nivel puede degradar la resistencia a la corrosión de las tuberías y poner en peligro tanto a las personas como a las operaciones. El análisis HHXRF puede ayudar a los operadores a determinar la integridad de las tuberías instaladas o de los nuevos suministros para determinar el riesgo de corrosión. Esto forma parte del trabajo de identificación positiva de materiales (PMI) en petróleo y gas para garantizar la seguridad y el éxito operativo.
De los tres elementos residuales que pueden sumarse para poner en peligro las tuberías de las unidades de alquilación de HF, el níquel es el más difícil de detectar adecuadamente a niveles bajos, dado que su firma elemental se solapa con la del hierro. Esto significa que cualquier análisis PMI para garantizar la integridad de las tuberías en unidades de alquilación de alta frecuencia debe ser capaz de detectar cobre, cromo y níquel a niveles bajos para ayudar a garantizar que la suma se mantiene por debajo del umbral del 0,15%.
Uso del análisis elemental XRF para medir elementos residuales
Incluso los componentes de menor importancia en el acero, como una sola junta de codo, pueden dar lugar a problemas importantes.
La aplicación de técnicas modernas de análisis elemental es crucial para mitigar los riesgos. El análisis HHXRF ofrece un método no destructivo para detectar y cuantificar con precisión la presencia de cobre, níquel y cromo en el acero al carbono. Los analizadores HHXRF permiten realizar análisis elementales in situ, proporcionando información inmediata sobre la composición de las tuberías y sus posibles vulnerabilidades.
Al identificar los niveles críticos de elementos residuales mediante el análisis XRF, los operarios pueden tomar decisiones fundamentadas en relación con lo siguiente
- Integridad y sustitución de tuberías
- Mantenimiento
- Seguridad operativa
Estas decisiones mejoran la seguridad general y la longevidad de las operaciones aguas abajo.
Garantizar la seguridad operativa
La adopción del análisis HHXRF en las refinerías que utilizan ácido fluorhídrico (HF) en los procesos de alquilación no es sólo una medida preventiva contra los fallos de los equipos. Es una parte integral para garantizar la integridad operativa y la seguridad de las instalaciones.
La naturaleza corrosiva del ácido HF puede atacar agresivamente las tuberías de acero al carbono. Las tuberías pueden contener diversos niveles de elementos residuales, como níquel, cobre y cromo. Estos elementos pueden alterar significativamente la resistencia a la corrosión del acero, provocando potencialmente una degradación acelerada.
Las variaciones de composición entre distintos lotes de tuberías o en uniones conectadas pueden complicar aún más el problema. El análisis HHXRF permite controlar in situ los materiales de las tuberías para confirmar que cumplen las estrictas especificaciones. Esto ayuda a los fabricantes a evitar paradas inesperadas, reparaciones costosas y multas medioambientales.
Y lo que es más importante, el análisis HHXRF permite a las refinerías predecir con mayor exactitud la vida útil de los equipos. Esto puede ayudar a tomar decisiones informadas sobre el mantenimiento y las sustituciones, garantizando un funcionamiento continuo y seguro.
El futuro de la gestión del análisis de residuos
Existen numerosos incidentes que podrían citarse como ejemplos de casos en los que garantizar la integridad de los materiales en aras de la seguridad y la fiabilidad en la industria del petróleo y el gas podría haber mejorado o evitado resultados adversos. Incluso cuando su concentración es menor, los elementos residuales en el acero al carbono pueden provocar problemas importantes si no se gestionan adecuadamente.
Implementar el análisis HHXRF para PMI es un paso hacia un cumplimiento normativo más sólido y unas operaciones más seguras.
¿Está pensando en utilizar el análisis XRF portátil?
La química analítica y el análisis en estado sólido pueden ayudarnos a descubrir los elementos que caracterizan los distintos materiales. El análisis XRF desempeña un papel crucial en numerosas industrias para garantizar el rendimiento óptimo de los materiales. El análisis HHXRF puede utilizarse en entornos industriales para garantizar más rápidamente que los materiales son seguros de usar y cumplen las normas identificadas.
Referencias y recursos
- Philadelphia Energy Solutions (PES) Incendios y explosiones en refinerías. U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board. https://www.csb.gov/philadelphia-energy-solutions-pes-refinery-fire-and-explosions-/. Consultado el 19 de febrero de 2024.
- 2. API RP 751-2021 Safe Operation of hydrofluoric acid alkylation units, American Petroleum Institute, Washington, DC.
- 3. API RP 571-2020 Damage mechanisms affecting fixed equipment in the refining industry, American Petroleum Institute, Washington, DC.
- Vídeo: Uso del FRX en tuberías de acero al carbono
- Nota de aplicación: Análisis rápido de elementos residuales en tuberías de acero al carbono de unidades de alquilación de ácido fluorhídrico
- Visite nuestra página web PMI para obtener más información sobre cómo mantener la seguridad y el éxito de sus operaciones: www.thermofisher.com/pmi.
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