Tuberías de refrigeración con agua de mar para plantas de GNL: por qué, en ocasiones, se elige el acero austenítico súper resistente con 6 % de molibdeno frente al dúplex 2507

Tuberías de refrigeración con agua de mar para plantas de GNL: por qué, en ocasiones, se elige el acero austenítico súper resistente con 6 % de molibdeno frente al dúplex 2507

Cuando se diseña el sistema de refrigeración con agua de mar para una planta de gas natural licuado (GNL) —ya sea de carga base (en tierra) o flotante (FLNG)—, la selección del material para las tuberías es crítica. El entorno es implacable: agua de mar cálida, clorada y de alta velocidad, a menudo con períodos de estancamiento, incrustaciones biológicas y limpiezas químicas ocasionales.

Durante décadas, la actualización predeterminada desde el acero inoxidable 316L fue el acero dúplex súper 2507 (UNS S32750). Su alta resistencia, su índice PREN >40 y su resistencia a la corrosión por tensión en presencia de cloruros lo convirtieron en el estándar. Sin embargo, en los últimos años, muchos proyectos de GNL —especialmente en Oriente Medio y Asia Sudoriental— han pasado a utilizar aceros inoxidables austeníticos súper con un 6 % de molibdeno (por ejemplo, UNS S31254, S31266, S32654) para las tuberías críticas de refrigeración con agua de mar. ¿Por qué?

Este artículo explica la justificación técnica: corrosión por picaduras bajo depósitos en agua de mar templada, fiabilidad en la fabricación y costo total del ciclo de vida a largo plazo. Compararemos directamente el 2507 y las calidades con 6 % de Mo, y mostraremos cuándo —y por qué— los aceros austeníticos súper constituyen la mejor opción.

1. El entorno de refrigeración con agua de mar en las plantas de GNL

Las plantas de GNL utilizan enormes volúmenes de agua de mar para la refrigeración: condensadores, interenfriadores y sistemas auxiliares. Condiciones típicas:

• Temperatura del agua de mar: 25–40 °C (plantas tropicales), y en ocasiones hasta 45 °C cerca de las salidas de descarga.

• Cloración: Continua o intermitente (0,1–0,5 ppm de cloro libre) para controlar el ensuciamiento biológico.

• Velocidad: 2–4 m/s en tuberías; hasta 6 m/s en las descargas de las bombas.

• Estancamiento: Paradas periódicas (mantenimiento, puesta a punto) — el agua de mar estancada se desoxigena y puede generar condiciones reductoras bajo los depósitos.

• Residuos y limo: Arena, conchas y crecimientos marinos generan grietas y depósitos.

A estas temperaturas elevadas, la resistencia a la corrosión por picaduras y por grietas requerida es extrema. Incluso el acero inoxidable superdúplex 2507 (PREN ≈ 42) puede sufrir ataque por grietas bajo juntas estrechas o biopelículas densas si la temperatura supera los 35–40 °C.

2. Superdúplex 2507: Ventajas y limitaciones

Fortalezas

• Alto PREN (40–43) a partir de 25 % Cr, 7 % Mo y 0,3 % N.

• Alta resistencia a la fluencia (≥550 MPa) – permite paredes más delgadas y tuberías más ligeras.

• Buena resistencia a la corrosión por tensión bajo cloruros – mucho mejor que la 316L o la 2205.

• Contenido reducido de níquel (~7 %) en comparación con las austeníticas – menor volatilidad de precios.

Limitaciones en agua de mar templada

• Temperatura crítica de corrosión por picaduras en hendiduras – La temperatura crítica de corrosión por picaduras en hendiduras (CCT) para la aleación 2507 en agua de mar es de aproximadamente 35–45 °C (según el nivel de cloruros y la geometría de la hendidura). Por encima de esta temperatura, comienza el ataque localizado bajo juntas, bridas o depósitos marinos.

• Sensibilidad de la fase ferrítica – El 2507 tiene aproximadamente un 40–50 % de ferrita. En agua de mar estancada y desaireada (por ejemplo, durante paradas), la fase ferrítica puede corroerse de forma preferencial (ataque selectivo).

• Sensibilidad a la soldadura – Requiere un control estricto de la aportación de calor y, con frecuencia, un recocido en solución posterior a la soldadura para lograr una máxima resistencia a la corrosión. Las reparaciones in situ son más difíciles.

• Riesgo de Fragilización por Hidrógeno – Bajo protección catódica (por ejemplo, si hay intercambiadores de calor de aleación de cobre en el mismo sistema), el 2507 puede absorber hidrógeno.

Fallo en condiciones reales: Una planta de GNL en Qatar informó de corrosión por picaduras bajo juntas de PTFE en tuberías de 2507 para agua de mar tras cinco años de servicio. La temperatura del agua de mar era de 38 °C y se aplicaba cloración. La profundidad del ataque alcanzó los 0,5 mm en algunas zonas, lo que obligó a sustituir las bridas.

3. Aceros austeníticos súper con 6 % de molibdeno: la alternativa

Los aceros austeníticos súper con 6 % de molibdeno (por ejemplo, 254 SMO® – UNS S31254, 6Mo – S31266, AL-6XN® – N08367 y S32654 de alto contenido en nitrógeno) son completamente austeníticos. Su composición típica es:

Principales ventajas frente al 2507:

• Temperatura crítica de corrosión por picaduras en hendiduras – El S31254 iguala o supera ligeramente al 2507; los grados S31266 y S32654 son significativamente mejores (CCT >50 °C).

• Estructura completamente austenítica – Sin ferrita, por lo que no se produce ataque selectivo de fases en agua de mar estancada.

• Sin fragilización por hidrógeno – Sin ferrita → sin preocupación por la corrosión inducida por tensión por hidrógeno (HISC).

• Soldadura más tolerante – Menor riesgo de formación de fases intermetálicas. Puede soldarse en campo sin necesidad de recocido de solución posterior a la soldadura para la mayoría de las aplicaciones.

• Mejor rendimiento a altas temperaturas – Mantiene resistencia y resistencia a la corrosión hasta 300 °C (no relevante para agua de mar, pero útil para corrientes de proceso caliente aguas arriba).

Desventajas frente al 2507:

• Menor resistencia al fluencia (300–350 MPa frente a 550 MPa) – requiere paredes más gruesas para la misma presión.

• Mayor contenido de níquel (18–24 %) – más costoso y sujeto a picos de precios del níquel.

• Más pesado (para la misma clasificación de presión) – pared más gruesa = mayor peso y mayores costos de transporte.

4. ¿Por qué elegir acero con 6 % de molibdeno frente a 2507? Los factores decisivos

Factor decisivo n.º 1: Agua de mar cálida (superior a 35 °C)

En las plantas de GNL del Golfo Arábigo, el Mar Rojo o el sudeste asiático, las temperaturas de entrada del agua de mar pueden alcanzar los 35–40 °C, y las temperaturas de descarga pueden ser hasta 10 °C superiores. A 40–45 °C, la temperatura crítica de corrosión por picaduras (CCT) del 2507 se encuentra en el límite. Muchos propietarios han experimentado corrosión por grietas en bridas, válvulas y conexiones de pozos térmicos. Las calidades con 6 % de Mo, como S31266 o S32654, ofrecen un margen de seguridad claramente superior.

Regla general: Temperatura de diseño del agua de mar >35 °C → considere seriamente el uso de acero con 6 % de Mo. Temperatura >40 °C → se recomienda firmemente el acero con 6 % de Mo.

Factor decisivo n.º 2: Estancamiento frecuente (paradas, caudal reducido)

Durante las paradas programadas de la planta, las tuberías de agua de mar permanecen llenas de agua estancada y desaireada. Las bacterias y los microorganismos reductores de sulfato pueden proliferar, generando condiciones ácidas de bajo pH y ricas en sulfuros. En tales condiciones, la fase ferrítica del 2507 puede sufrir una corrosión preferencial (ataque ferrítico). El acero austenítico con 6 % de Mo no contiene ferrita, por lo que es inmune a este tipo de ataque selectivo.

Conductor #3: Difícil acceso para soldadura y reparación

Para tuberías de gran diámetro (24–48 pulgadas) en estructuras congestionadas de tuberías, la soldadura en obra con tratamiento térmico posterior a la soldadura es poco práctica. El acero inoxidable 2507 requiere un control riguroso de la entrada de calor (temperatura entre pasadas <150 °C) y, idealmente, un recocido completo en solución tras la soldadura para lograr una máxima resistencia a la corrosión por picaduras bajo depósitos —casi imposible de realizar in situ. Las superausteníticas con 6 % de molibdeno pueden soldarse con material de aporte coincidente (por ejemplo, ERNiCrMo‑3 o ERNiCrMo‑10) y utilizarse tal como se soldaron, con solo una ligera reducción en la temperatura crítica de precipitación (CCT), normalmente 5–10 °C más baja. Dicha reducción sigue dejando su CCT por encima de la CCT del 2507 en estado soldado.

Conductor #4: Resistencia a los subproductos de la cloración

La cloración continua o intermitente genera ácido hipocloroso y otros oxidantes. El 2507, al contener fase ferrítica, puede sufrir un ataque preferencial de dicha fase en presencia de altos niveles de oxidantes. Las austeníticas con 6 % de molibdeno son más estables.

Conductor #5: Fiabilidad a largo plazo con inspección mínima

Las plantas de GNL están diseñadas para funcionar entre 25 y 40 años con un mantenimiento mínimo. Las averías por corrosión por picaduras en juntas son costosas de reparar (parada, vaciado y corte de tramos). El mayor costo inicial del acero con 6 % de molibdeno suele estar justificado al evitar el reemplazo de bridas a mitad de vida.

5. Tabla de comparación directa: 2507 frente a 6 % Mo (S31266 como representativo)

6. Cuándo elegir el acero 2507 (y ahorrar dinero)

A pesar de las ventajas del acero con 6 % de molibdeno, el 2507 sigue siendo una buena opción —y el estándar— para muchos sistemas de agua de mar. Elija el 2507 cuando:

• La temperatura del agua de mar sea consistentemente inferior a 30–32 °C (por ejemplo, Mar del Norte, Canadá Atlántico, Tasmania).

• La tubería esté mayormente enterrada o a la sombra , evitando el calentamiento solar.

• El sistema opera de forma continua (pocos períodos de estancamiento).

• Se minimizan las bridas y las grietas – utilizar uniones soldadas a tope sin juntas tóricas siempre que sea posible.

• El ahorro de peso es crítico (por ejemplo, estructuras superiores de plantas FLNG, donde paredes más delgadas reducen el acero de la plataforma).

• El presupuesto es ajustado – el acero inoxidable 2507 cuesta aproximadamente un 20–30 % menos por metro instalado que el acero con 6 % de molibdeno.

Ejemplo: Una planta de GNL en Noruega con entrada de agua de mar a 5–15 °C puede utilizar con confianza el acero inoxidable 2507 sin preocupaciones por la corrosión por picaduras en grietas.

7. Estudio de caso: Planta de GNL en Medio Oriente – Cambio del acero 2507 al acero con 6 % de molibdeno

Una gran planta de LNG de carga base en Ras Laffan, Qatar, especificó originalmente acero inoxidable 2507 para toda la tubería de refrigeración con agua de mar. Tras 8 años de operación, las inspecciones revelaron:

• Corrosión por picaduras bajo juntas de bridas en varios puntos, con profundidades de picaduras de hasta 1 mm.

• Ataque selectivo de la ferrita en zonas estancadas sin flujo (tramos derivados), generando un producto de corrosión pulverulento.

• Dos pequeñas fugas en uniones soldadas donde el contenido de ferrita en la zona afectada por el calor (HAZ) era elevado.

La planta decidió sustituir las tuberías colectoras más críticas de 36 pulgadas por acero inoxidable con 6 % de molibdeno (S31266) durante una parada mayor. Tras 5 años adicionales, no se detectó corrosión alguna en los tramos de 6 % Mo, mientras que las secciones restantes de 2507 continuaron mostrando un ataque lento. En las ampliaciones posteriores se especificó sistemáticamente acero inoxidable con 6 % de molibdeno.

Análisis de costo: El costo de la tubería con 6 % de molibdeno fue un 35 % superior por metro respecto al 2507. Sin embargo, las reparaciones evitadas y la vida útil extendida (proyectada en 40 años frente a 20 años para el 2507) generaron un ahorro del valor actual neto de 8 millones de dólares a lo largo de la vida útil de la planta.

8. Directrices prácticas para la selección de tuberías para agua de mar en plantas de GNL

Utilice este diagrama de flujo de decisión:

1. Determine la temperatura máxima del agua de mar (temperatura de entrada + margen de 10 °C para la descarga, más calentamiento solar en las estructuras de tuberías).

2. Si T_máx < 32 °C: el acero inoxidable dúplex 2507 es aceptable. Considere el acero con 6 % de molibdeno únicamente si la estancación o las paradas frecuentes son severas.

3. Si T_máx está entre 32 y 38 °C: Ambos materiales son posibles. Evalúe:

   • Número de bridas/intersticios (más intersticios favorecen el uso del acero con 6 % de molibdeno).

   • Frecuencia de estancamiento (alta frecuencia → acero con 6 % de molibdeno).

   • Restricciones de peso/espacio (se prefiere el 2507 para aplicaciones FLNG).

   • Capacidad de soldadura interna (se prefiere el acero con 6 % de molibdeno para uniones de campo complejas).

4. Si T_máx > 38 °C: se recomienda encarecidamente el acero con 6 % de molibdeno. Para temperaturas superiores a 45 °C, utilice grados de alto rendimiento como S31266 o S32654.

5. Para aplicaciones FLNG (flotantes): El peso es crítico. Con un diseño cuidadoso (eliminación de zonas de acumulación, uso de conexiones derivadas soldadas), frecuentemente se elige el 2507. Sin embargo, en aguas cálidas (por ejemplo, FLNG frente a África Occidental), aún puede especificarse acero con 6 % de molibdeno en secciones críticas.

9. Consideraciones sobre fabricación y coste

La soldadura

• 2507:Requiere material de aporte dúplex (ER2594), aporte de calor ≤ 1,5 kJ/mm, temperatura entre pasadas < 150 °C y, habitualmente, recocido de solución posterior a la soldadura para lograr una máxima resistencia a la corrosión por picaduras bajo depósitos. Muchos propietarios aceptan la soldadura tal como queda tras su ejecución, aplicando una reducción de 10 °C en la temperatura crítica de iniciación de la corrosión por picaduras bajo depósitos (CCT).

• acero con 6 % de molibdeno: Utilice material de aporte ERNiCrMo‑3 (625) o ERNiCrMo‑10 (C22). No se requiere recocido posterior a la soldadura. La temperatura entre pasadas puede alcanzar hasta 200 °C. Es mucho más tolerante.

Bridas y accesorios

• Para el 2507, utilice bridas de cuello soldado integral con gas de respaldo para evitar la oxidación en la raíz. Las juntas deben ser de PTFE o no conductoras para evitar zonas de estancamiento.

• Para el 6 % Mo, prácticas similares, pero con menor riesgo.

Modelado de costes (ejemplo: tubería de 30 pulgadas, presión de diseño de 40 bar, longitud de 20 km)

El molibdeno al 6 % es aproximadamente un 60 % más costoso inicialmente. Sin embargo, si evita incluso dos campañas importantes de reparación durante 30 años (cada una con un costo de decenas de millones por tiempo de inactividad), la ecuación económica cambia.

10. Resumen: ¿Cuál elegir para su planta de GNL?

Palabra Final

El acero inoxidable súper dúplex 2507 es un excelente material para tuberías de agua de mar: resistente, anticorrosivo y rentable. Sin embargo, no constituye una solución universal. En agua de mar cálida por encima de 35 °C, especialmente en presencia de juntas estancas, estancamiento o cloración, su resistencia a la corrosión por picaduras y al ataque selectivo de fases se vuelve marginal.

Los aceros inoxidables súper austeníticos con un 6 % de molibdeno ofrecen un nivel superior de resistencia a la corrosión localizada, carecen de riesgos relacionados con la ferrita y permiten una fabricación más tolerante. En plantas de GNL ubicadas en regiones tropicales, el costo adicional inicial suele compensarse mediante una mayor vida útil y menores costos de mantenimiento.