Mecanismos de deterioro en internos de las válvulas de procesos en plantas de alquilación

Introducción

El deterioro de los internos de las válvulas puede provocar fallas críticas, afectando la seguridad, la eficiencia operativa y la rentabilidad de las plantas de alquilación, las cuales, son de gran importancia en la industria petrolera. En estas unidades se producen los componentes de alto octanaje para las gasolinas, mediante la síntesis química de la reacción de alquilación de olefinas e isobutano usando ácido fluorhídrico (HF) o fluoruro de hidrógeno como catalizador.

Este proceso implica desafíos técnicos y de seguridad para el manejo, mantenimiento y la integridad de los equipos, especialmente para las válvulas de proceso.

En este artículo se abordan los mecanismos de deterioro en internos de las válvulas de procesos, enfocándose en el ácido fluorhídrico (HF), como catalizador de la reacción, y a su vez se proponen estrategias para mitigar estos riesgos.

¿Qué es una planta de alquilación?

Las plantas de alquilación, es donde se realizan los procesos de conversión en la industria del petróleo, para convertir isobutano y alquenos (principalmente propileno y butileno) en alquilato, el cual es un componente de la gasolina de alto octanaje, donde el ácido fluorhídrico (HF) actúa como catalizador. Este ácido es un compuesto químico muy peligroso que puede provocar quemaduras y es altamente corrosivo, siendo más agresivo si se opera fuera de los límites recomendados, como por ejemplo cuando el porcentaje de humedad es igual o mayor a 2,0 %.

Estas plantas se delimitan en dos zonas generales que son: La zona no ácida y la ácida, siendo esta última donde se enfoca este artículo.

Causas principales de deterioro en internos de las válvulas por HF

Las causas de corrosión en las plantas de alquilación se deben principalmente a desviaciones en los parámetros operativos y puntos de control clave en la alimentación de la planta, entre las causas más críticas se plantean las siguientes:

• La concentración de ácido HF:   Los aceros al carbono son afectados severamente por la corrosión cuando la concentración de ácido fluorhídrico es baja y la velocidad de corrosión es mucho menor en altas concentraciones o con HF puro.
• Contenido de agua: La presencia de agua en el ambiente aumentan la corrosión, por lo tanto, la humedad debe mantenerse dentro del parámetro permitido (menor a 2 %) utilizando medidores de conductividad o un analizador de humedad para el monitoreo continuamente el agua.
• El oxígeno: Este elemento puede ingresar al sistema a través de roturas de las tuberías, fallas en las juntas de unión de las válvulas, durante la carga de materia prima a la planta o cargando el ácido de forma incorrectamente. Ese compuesto se puede controlar empleando nitrógeno para drenar el ácido de los tanque donde se almacena de HF, con el control de oxígeno en la alimentación a la planta y con inspección rigurosa de las condiciones de las tuberías, equipos y válvulas.

Mecanismos de deterioro de válvulas en servicio de HF

Los daños internos que sufren las válvulas se producen por el fluido que transcurre en el interior y repercute en todos los elementos que están en contacto. En este caso, en particular se debe a la corrosión por ácido fluorhídrico (HF), que se usa como un catalizador en los procesos de las plantas de alquilación.

El servicio de HF en las plantas de alquilación es particularmente agresivo para las válvulas de proceso debido a la naturaleza corrosiva y erosiva del ácido fluorhídrico. Los principales mecanismos de deterioro incluyen:

• Corrosión química: El HF es altamente corrosivo, especialmente en presencia de humedad, lo que puede llevar a la pérdida de material en los internos de la válvula, afectando su funcionalidad y vida útil. En este caso, una fuga de producto por las juntas de unión de las válvulas se combinaría con la humedad del ambiente, generando un producto altamente corrosivo que deterioraría rápidamente las válvulas de acero al carbono.
• Fugas: La presencia de fluidos altamente corrosivos y las altas presiones pueden provocar el deterioro de los sellos de las válvulas, lo que resulta en fugas. Estas no solo representan un riesgo para la seguridad, sino que también pueden causar daños por corrosión en los materiales.
• Erosión: Las partículas arrastradas en los fluidos pueden causar desgaste físico en los componentes internos de las válvulas, exacerbado por las altas velocidades de flujo comunes en estos procesos.
• Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC): La combinación de tensión mecánica y exposición a HF puede provocar fisuras en los materiales de las válvulas, principalmente en los espárragos o pernos, en donde las fugas de productos por las bridas, generan corrosión bajo tensión provocada por el ataque con ácido.

Inspección y mantenimiento de válvulas en servicio de HF

La inspección regular y el mantenimiento preventivo son cruciales para mitigar el deterioro de las válvulas. Las prácticas recomendadas incluyen:

• Inspecciones regulares: Utilizando técnicas de Ensayos No Destructivos para detectar corrosión, erosión, y agrietamiento en etapas tempranas.
• Mantenimiento preventivo: Reemplazo o reparación de partes desgastadas antes de que fallen, basándose en los hallazgos de las inspecciones en los intervalos recomendados por los fabricantes.

Acción de mitigación contra daños y fallas

Se debe actuar preventivamente para evitar daños o fallas en las válvulas con las siguientes acciones:

• Selección adecuada de materiales: Elegir materiales resistentes a la corrosión para todas las partes de la válvula según la concentración de HF y la presencia de contaminantes. Los materiales como el acero inoxidable de alta aleación y principalmente las aleaciones a base de níquel, ofrecen mejor resistencia en estos ambientes y son adecuados para fabricar los internos de las válvulas.
• Diseño de sistema de alquilación: Optimizar el diseño del proceso para minimizar áreas donde generalmente ocurre acumulación de ácidos o sedimentos, causando problemas de corrosión. Esto incluye el diseño de sistemas de flujo que eviten estancamientos y promuevan una limpieza y drenajes eficaces.
• Control de la calidad del ácido: Mantener una vigilancia rigurosa sobre la calidad de los ácidos utilizados en el proceso para asegurar que las impurezas que puedan acelerar la corrosión se mantengan al mínimo.
• Mantenimiento preventivo: Implementar un programa de mantenimiento preventivo que incluya inspecciones regulares, limpieza y reemplazo de partes desgastadas o corroídas. La detección temprana de problemas permite realizar intervenciones antes de que se conviertan en fallas significativas.
• Monitoreo de corrosión: Utilizar técnicas de monitoreo de corrosión, como cupones de corrosión y ultrasonido, para evaluar la tasa de corrosión en diferentes partes del sistema y tomar medidas correctivas cuando sea necesario.
• Control de procesos: Ajustar las condiciones operativas, como la temperatura, la presión, y la concentración de reactivos, para operar dentro de rangos que minimicen la corrosión.
• Capacitación y concienciación: Capacitar al personal en las prácticas operativas y de mantenimiento adecuadas para manejar sustancias corrosivas y operar la planta de manera segura y eficiente.
• Sistemas de captura de vapores: Instalar sistemas o filtros adecuados para control de humedad, manejar y tratar los vapores ácidos y otros subproductos corrosivos, minimizando la exposición de los equipos y el personal.

Prácticas adecuadas de gestión de riesgos

La gestión de riesgos juega un papel fundamental en la operación segura de plantas de alquilación. Las prácticas adecuadas incluyen:

• Evaluación de riesgos: Identificación y análisis de los riesgos asociados con el deterioro de las válvulas, considerando la probabilidad y las consecuencias de las fallas.
• Manejo de materiales: Todas las válvulas, al igual que cualquier material que sea retirado o movilizado dentro o fuera de una planta de alquilación, debe ser sometido a un proceso de neutralizado para evitar accidentes por quemadura con HF.
• Planes de respuesta a emergencias: Establecimiento de procedimientos para responder a fallas de válvulas, minimizando el impacto en la seguridad y la operación de la planta.

Conclusión

El deterioro de los internos de las válvulas en plantas de alquilación que utilizan HF representa un desafío significativo para la operación segura y eficiente de estas instalaciones. La comprensión de los mecanismos de deterioro, junto con un programa robusto de inspección y mantenimiento, y prácticas adecuadas de gestión de riesgos, son esenciales para prevenir fallas y prolongar la vida útil de las válvulas de proceso. La adopción de estos enfoques no solo mejora la seguridad y la eficiencia operativa, sino que también asegura la integridad a largo plazo de los activos en las plantas de alquilación.

Referencias

Fuente propia