¿Cómo se define la Fragilización por Metal Líquido?

Es un mecanismo de deterioro que afecta equipamiento de la industria cuando el mismo trabaja en presencia de fluidos que puedan contener metales fundidos y se visualiza en forma de una fisuración que ataca aleaciones específicas.

Candela Rocío Barbisan | Ago. 2022
Ingeniera Química

Aleaciones determinadas se ven afectadas por ciertos metales de bajo punto de fusión como el zinc, el mercurio, el cadmio, el plomo, el cobre y el estaño. Cabe destacar que, a muy bajas concentraciones de estos metales entrando en contacto con material susceptible se genera el agrietamiento de este, propiciando la fisura. Estos metales pueden provenir tanto del fluido de trabajo (ajeno al material) o bien del mismo material, como el caso del plomo en un acero de mecanizado libre de plomo. Aquí juega un rol fundamental la temperatura, ya que para que ocurra fragilización por metal líquido no solo es importante la concentración del metal, sino también la temperatura.

Materiales y condiciones

Los materiales más afectados, definidos por API 571 son aceros al carbono, aceros inoxidables y aleaciones de aluminio. Sin embargo, estudios del NACE han detectado mayor susceptibilidad en aleaciones de aluminio. Y se puede mencionar, como regla general (aunque existen excepciones) que las siguientes combinaciones puede resultar críticas: series 300 de aceros inoxidables con Zinc, aleaciones de cobre con Mercurio, aleaciones 400 con Mercurio y aleaciones de aluminio con Mercurio.

Si buscamos en la historia de la operación del petróleo y gas en el mundo, encontraremos algunos desastres causados por esta amenaza. Históricamente, es un mecanismo de deterioro que ataca las plantas criogénicas de gas, cuando el mercurio líquido condensa desde el gas de proceso. En 2004, en Argelia, una explosión causó la muerte de 27 personas y 74 personas resultaron heridas debido a la falla en un intercambiador de calor por la presencia de mercurio líquido en su gas.

Típicamente, intercambiadores de calor de este tipo (de placas) están diseñados con aleaciones de aluminio series 5083 y 3003, las placas de su interior (de aleaciones 3003) resultan poco susceptibles a este mecanismo de daño, sin embargo, en la estructura externa del intercambiador puede propiciarse la fragilización.

Pues bien, ¿de dónde proviene el mercurio? En los pozos productores de gas y petróleo podemos encontrar mercurio, también podemos encontrarlo en forma de sales o como parte de distintos compuestos orgánicos. Se sabe que el punto triple del mercurio es -39ºC, dado que la temperatura de extracción de gas es superior al punto triple, el mismo se encontrará en estado líquido o gaseoso.

En estos casos, lo que ocurre se debe a la remoción de la capa protectora que protege la superficie, el óxido de aluminio. Esta capa se remueve gracias a la tensión térmica y mecánica o a la abrasión. El aluminio y sus aleaciones pierden ductilidad al ser “mojados” por ciertos metales líquidos y, al estar tensionados, son susceptibles a la fragilización.

La característica de este mecanismo es que se puede producir la amalgamación, es decir, la formación de amalgamas. Cuando el metal entra en contacto con la superficie de la aleación (una vez removida la capa protectora) se forman amalgamas preferentemente en soldaduras, generando la pérdida de resistencia mecánica en ellas. Por otro lado, se puede dar la corrosión en estas amalgamas. Cuando la amalgama se forma en presencia de humedad, se dice que existe corrosión por amalgama, ya que la principal diferencia con la amalgamación es que, al requerir agua, se propaga con menores concentraciones de mercurio.

Cuando la amalgamación se da en los bordes de grano, seguida de una fractura por tensiones aplicadas o residuales, se está frente a un agrietamiento por metal líquido. En estos casos, no es necesaria la presencia de agua para dar origen al mecanismo.

A diferencia de otros mecanismos, este es acelerado en cuanto a la propagación de las grietas y las bajas tensiones necesarias para generarlo y se sabe que con concentraciones de tan sólo 0.1 µg/Nm3 pueden ser suficientes para causar daños en aleaciones de aluminio como las mencionadas.

 
 
 
 
Por: Candela Rocío Barbisan. Ingeniera Química por la UNMdP, Argentina, trabaja en la gestión de activos e integridad a diversas industrias, principalmente Oil & Gas. Certificada en API 580, Risk Based Inspection, por el American Petroleum Institute. Profesora en la Facultad de Ingeniería en la UNMdP, en las cátedras de Química General I, Laboratorio de Operaciones Unitarias (4º año, Ing. Química) y Laboratorio de Reactores y Control (5º año, Ing. Química).
Trabajo publicado en: Ago., 2022.
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