Study of corrosion of AISI 1020 steel in crude oil

The chemical attack on crude oil, which contains corrosive compounds such as H2S, CO2, naphthenic acids and salts dissolved in the aqueous phase, combined with effects of varying pH, temperature, flow and pressure, has great influence on the corrosion rate in equipment steel. Given the small number of papers in the literature relating to the study of corrosion of steel in contact with crude oil, and the importance of the topic, this study aimed to characterize the main corrosion of steel AISI 1020, which has similar chemical composition most of the steel pipelines in oil. Due to the high resistivity of oil, this study used the techniques of Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS, and Electrochemical Noise, EN, for the measurements of steel corrosion. Initially tests were carried out mass loss in steel samples immersed in simulated oil with different amounts of acetic acid in order to define the concentrations and their corrosive effects. Considering the oil contained in the aqueous phase were studied by EIS types of steel corrosion in oil OAPI 17 with different amounts of sea water emulsified. The spectra obtained by EIS showed three semi-circles, and at high frequencies (> 10Hz), the predominant effect of the capacitive and resistive bulk oil and in medium (10 - 0.05 Hz) and low (<0.05 Hz) frequencies the effects of adsorption, electrical double layer and charge transfer resistance at the interface of the electrode is predominant. Optical images were obtained after the accelerated corrosion of steel/emulsions systems and for polarization curve measurements in situ of the steel/water extract, where there was variation in the morphology of the attack with the variation in the amount of water emulsified in oil. Considering the presence of corrosive three species: sea water (0.5 and 4.0%), naphthenic acid (500 and 3,000 ppm) and H2S (50 ppm and 1,000), and using a 23 factorial design of experiments to obtain the effect cross these species, the corrosion process was investigated using the technique of EN in the open circuit potential, EOC. Analysis of current noise signals was done with the help of wavelet transform which gave rise to the power distribution diagrams. These diagrams show that there is a greater tendency to pitting corrosion in environments where the concentration of H2S the amount of water are higher, which means that for the greater amount of naphthenic acid corrosion in general the contribution was relatively higher. The results observed through the power distribution diagrams were confirmed by morphological analysis of the samples corroded. The methods used in this work allowed to estimate the speed and identify the predominant type of corrosion of steel in oil containing aggressive chemical species that are commonly found in Brazilian petroleum.Universidade Federal de Sao CarlosA agressão química do petróleo, o qual contém compostos corrosivos tais como H2S, CO2, ácidos naftênicos e sais dissolvidos em fase aquosa, combinada com efeitos de variação do pH, temperatura, fluxo e pressão, tem grande influência na taxa de corrosão em equipamentos de aço. Devido a pouca quantidade de trabalhos encontrados na literatura relacionados ao estudo da corrosão de aço em contato direto com petróleo bruto, e à importância do tema, o presente trabalho teve como objetivo principal caracterizar a corrosão de aço AISI 1020, o qual possui composição química similar ao aço da maioria dos oleodutos, em petróleo. Devido à alta resistividade elétrica do petróleo, neste trabalho foram utilizadas as técnicas de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica, EIE, e Ruído Eletroquímico, RE, para a realização das medidas de corrosão do aço. Inicialmente foram feitos ensaios de perda de massa em amostras de aço imersas em petróleo simulado com diferentes quantidades de ácido acético a fim de delimitar as concentrações e seus efeitos corrosivos. Considerando a fase aquosa contida no petróleo, foram estudados por EIE os tipos de corrosão do aço em petróleo 17 oAPI com diferentes quantidades de água do mar emulsionada. Os espectros obtidos por EIE apresentaram três semicírculos, sendo que em altas frequências (>10Hz) predomina o efeito capacitivo e resistivo do bulk do petróleo e em médias (10 0.05Hz) e baixas (< 0.05Hz) frequências os efeitos de adsorção, dupla camada elétrica e resistência à transferência de carga na interface do eletrodo são predominantes. Imagens ópticas foram obtidas após a corrosão acelerada dos sistemas aço/emulsões e durante medidas de curva de polarização in situ do aço/extrato aquoso, onde verificou-se a variação na morfologia do ataque com a variação na quantidade de água emulsionada no petróleo. Considerando a presença das três espécies corrosivas: água do mar (0,5 e 4,0 %), ácido naftênico (500 e 3.000 ppm) e H2S (50 e 1.000 ppm), e utilizando um planejamento fatorial de 23 dos experimentos a fim de obter o efeito cruzado dessas espécies, o processo de corrosão foi investigado utilizando a técnica de RE em potencial de circuito aberto, Eoc. A análise dos sinais de ruído de corrente foi feita com o auxílio da transformada de ondaletas as quais deram origem a diagramas de distribuição de energia. Estes diagramas mostraram que existe uma maior tendência à corrosão por pites nos meios onde a concentração de H2S a quantidade de água são maiores, sendo que para os meios com maior quantidade de ácido naftênico a contribuição de corrosão generalizada foi relativamente maior. Os resultados observados através dos diagramas de distribuição de energia foram confirmados pela análise morfológica das amostras corroídas. Os métodos utilizados neste trabalho possibilitaram estimar a velocidade e identificar o tipo de corrosão predominante do aço em meio de petróleo contendo as espécies químicas mais agressivas que são comumente encontradas em petróleos brasileiros