A produção de petróleo no Brasil vem crescendo de forma significativa nos últimos anos, com perspectivas altamente positivas em função do descobrimento de novos campos e dos investimentos de produção em águas profundas. Neste contexto, a proteção contra corrosão dos equipamentos em aço, utilizados na exploração de petróleo em águas profundas, tem importância econômica, social e tecnológica muito grande. Conhecer as causas e os efeitos da corrosão, bem como a maneira de contornar ou reduzir sua ação é primordial para este setor, pois a corrosão é um processo destrutivo que pode ocasionar graves acidentes e enormes gastos diretos e indiretos. Por exemplo, a corrosão dos equipamentos em aço utilizados na exploração de petróleo em águas profundas pode levar a sérios acidentes e cada intervenção para manutenção de tais equipamentos pode custar em média 100 mil dólares.
Uma das alternativas de minimizar a ocorrência de um processo corrosivo é a interposição de uma barreira entre o metal e o meio corrosivo, pela aplicação, por exemplo, de um revestimento metálico. Com esta finalidade, o revestimento de níquel químico (NiP1) é largamente utilizado na exploração de petróleo em águas profundas para a proteção contra corrosão dos componentes ou equipamentos como os conectores de linhas flexíveis, os componentes de umbilicais submarinos, os risers, o armour pot, a caixa de emenda, a cabeça de tração, o olhal de ancoragem e manuseio, o resistor de curvatura, as flanges, o hang off e o olhal de bóia.
Os revestimentos de NiP são obtidos a partir banhos contendo sais de sulfato de níquel e hipofosfito de sódio, sem aplicação de corrente externa. A utilização do NiP é devida, principalmente, a sua uniformidade macroscópica e a sua excelente resistência intrínseca à corrosão e ao desgaste abrasivo.
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O níquel químico com fósforo tratado neste estudo será sempre simbolizado por NiP, como sugerido pela norma ISO 4527 (ISO, 2003).
No entanto, o NiP é um revestimento mais nobre que os substratos ferrosos, portanto para obter longo tempo de proteção, é fundamental a ausência de descontinuidades capazes de expor o substrato ao meio corrosivo.
Na prática, existem casos de equipamentos revestidos com NiP em excelentes condições mesmo após 20 anos de uso. Por outro lado, existem casos de equipamentos que precisam receber manutenção após poucos anos devido a falhas no revestimento. Na literatura, estes comportamentos diferenciados são atribuídos a vários fatores relacionados às características do substrato, do banho, do revestimento ou do pós-tratamento. No entanto, não se sabe exatamente quais destes fatores influenciam significativamente o desempenho do NiP. Existem muitas dúvidas, como por exemplo, se o desempenho do NiP é influenciado pela composição ou pela rugosidade superficial do substrato, se os revestimentos obtidos a partir de banhos novos possuem melhor desempenho, se os revestimentos com maior teor de fósforo são melhores, se revestimentos com espessuras maiores oferecem melhor proteção que os revestimentos com espessuras menores, se tratamentos térmicos a altas temperaturas melhoram o desempenho. O esclarecimento de tais questionamentos, entre outros, refletiriam diretamente na melhoria da qualidade dos revestimentos de NiP, reduzindo os riscos de acidentes e os gastos com manutenção e substituição de equipamentos. Devido às dúvidas citadas e à inexistência de especificações abrangentes que garantam a qualidade do NiP, o crescimento da aplicação deste revestimento tem sido restrito.
Assim, o presente estudo teve como objetivo identificar, por meio de ferramentas estatísticas, os fatores que influenciam significativamente o desempenho do NiP. Com base em uma ampla pesquisa bibliográfica e em discussões técnicas com profissionais que produzem e fazem uso do NiP, os seguintes fatores foram selecionados para alcançar o objetivo proposto: tipo e estado superficial do substrato, idade do banho, teor de fósforo no revestimento, teor de contaminantes (carbono, enxofre, chumbo, cádmio, cobalto, silício, manganês, cobre, ferro, magnésio e zinco), espessura do revestimento e tratamento térmico.
Como o número de fatores e níveis selecionados era muito elevado, foram utilizadas ferramentas estatísticas para o desenvolvimento do trabalho. A partir de um planejamento fatorial assimétrico fracionário foi possível a redução do número
de tipos de revestimentos de 576 para 32, os quais representavam todas as combinações dos fatores estudados e que foram denominados de lotes.
Os 32 lotes de revestimentos foram produzidos em duas empresas aplicadoras do revestimento, utilizando três formulações diferentes. Os processos de aplicação foram monitorados quanto à composição, idade, temperatura e pH do banho, tempo de deposição e o tratamento térmico. A composição química e a rugosidade do substrato foram monitorados. Os revestimentos obtidos foram caracterizados quanto à composição química e espessura.
O desempenho dos revestimentos foi verificado por meio de ensaios acelerados de corrosão (exposição à névoa salina, exposição ao dióxido de enxofre e imersão em água do mar sintética). Ensaios eletroquímicos foram realizados em alguns lotes com o objetivo de verificar a possibilidade de substituir os tradicionais ensaios acelerados de corrosão.
A partir dos resultados dos ensaios de exposição à névoa salina e de exposição ao dióxido de enxofre, foi possível a identificação dos principais fatores influenciadores do desempenho do NiP e a obtenção de modelos empíricos que relacionassem tais fatores com o desempenho.
O presente trabalho está apresentado em sete capítulos e sete apêndices.
No presente capítulo (Capítulo Primeiro), é apresentada a justificativa, o objetivo e a estrutura do trabalho.
No Capítulo Segundo, é apresentada uma ampla revisão bibliográfica sobre o NiP, sobre os ensaios mais utilizados para verificação do desempenho do NiP e um resumo sobre as ferramentas estatísticas utilizadas neste trabalho.
No Capítulo Terceiro, é apresentada a metodologia adotada com a descrição dos ensaios de caracterização e de desempenho, juntamente com os materiais e equipamentos utilizados no desenvolvimento do trabalho.
No Capítulo Quarto, são apresentados os resultados dos ensaios de caracterização e de desempenho com breves comentários e, no Capítulo Quinto, os resultados dos ensaios de desempenho são discutidos com mais detalhes.
No Capítulo Sexto, são apresentadas as conclusões e, no Capítulo Sétimo, as sugestões para trabalhos futuros.