Tubulação de Resfriamento com Água do Mar para Usinas de GNL: Por Que o Aço Inoxidável Super Austenítico com 6% de Molibdênio É Às Vezes Escolhido em vez do Aço Duplex 2507

Tubulação de Resfriamento com Água do Mar para Usinas de GNL: Por Que o Aço Inoxidável Super Austenítico com 6% de Molibdênio É Às Vezes Escolhido em vez do Aço Duplex 2507

Ao projetar o sistema de resfriamento com água do mar para uma usina de gás natural liquefeito (GNL) – seja do tipo baseload (em terra) ou flutuante (FLNG) – a seleção do material da tubulação é crítica. O ambiente é implacável: água do mar quente, clorada e de alta velocidade, muitas vezes com períodos de estagnação, bioincrustação e limpeza química eventual.

Durante décadas, a atualização padrão a partir do aço inoxidável 316L foi o superdúplex 2507 (UNS S32750). Sua alta resistência, PREN >40 e resistência à corrosão por tensão em meio contendo cloretos tornaram-no o padrão. Contudo, nos últimos anos, muitos projetos de GNL — particularmente no Oriente Médio e no Sudeste Asiático — passaram a utilizar aços inoxidáveis superausteníticos com 6 % de molibdênio (por exemplo, UNS S31254, S31266, S32654) para tubulações críticas de refrigeração com água do mar. Por quê?

Este artigo explica a fundamentação técnica: corrosão por frestas em água do mar morna, confiabilidade na fabricação e custo total do ciclo de vida a longo prazo. Compararemos diretamente o 2507 e as ligas com 6 % de Mo, demonstrando quando — e por que — o superaustenítico é a opção superior.

1. O ambiente de refrigeração com água do mar nas usinas de GNL

As usinas de GNL utilizam volumes enormes de água do mar para refrigeração — condensadores, interrefrigeradores e sistemas auxiliares. Condições típicas:

• Temperatura da água do mar: 25–40 °C (usinas tropicais), às vezes até 45 °C próximas às saídas de descarga.

• Cloração: Contínua ou intermitente (0,1–0,5 ppm de cloro livre) para controle de bioincrustação.

• Velocidade: 2–4 m/s em tubulações; até 6 m/s nas descargas das bombas.

• Estagnação: Paradas periódicas (manutenção, paradas programadas) – a água do mar estagnada torna-se desaerada e pode gerar condições redutoras sob depósitos.

• Detritos e silte: Areia, conchas e crescimento marinho criam frestas e depósitos.

Nessas temperaturas elevadas, a resistência à corrosão por pites e por frestas exigida é extrema. Até mesmo o aço inoxidável superduplicado 2507 (PREN ~42) pode sofrer ataque por frestas sob juntas apertadas ou sob biofilmes espessos, caso a temperatura ultrapasse 35–40 °C.

2. Superduplicado 2507: Pontos fortes e limitações

Pontos fortes

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

• Alta resistência à tração (≥550 MPa) – permite paredes mais finas e tubos mais leves.

• Boa resistência à corrosão sob tensão por cloretos – muito melhor do que a 316L ou a 2205.

• Teor reduzido de níquel (~7%) em comparação com as austeníticas – menor volatilidade de preço.

Limitações em água do mar morna

• Temperatura de corrosão por fenda – A temperatura crítica de corrosão por fenda (CCT) para a 2507 em água do mar é de aproximadamente 35–45 °C (dependendo do teor de cloretos e da geometria da fenda). Acima desse valor, inicia-se o ataque localizado sob juntas, flanges ou depósitos marinhos.

• Susceptibilidade da fase ferrítica – O aço 2507 possui cerca de 40–50% de ferrita. Em água do mar estagnada e desaerada (por exemplo, durante paradas), a fase ferrítica pode sofrer corrosão preferencial (ataque seletivo).

• Sensibilidade à soldagem – Exige controle rigoroso da entrada de calor e, frequentemente, têmpera em solução pós-soldagem para máxima resistência à corrosão. Os reparos em campo são mais difíceis.

• Risco de Fragilização por Hidrogênio – Sob proteção catódica (por exemplo, se trocadores de calor de ligas de cobre estiverem no mesmo sistema), o 2507 pode absorver hidrogênio.

Falha na prática: Uma usina de GNL no Qatar relatou corrosão por fenda sob juntas de PTFE em tubulações de aço 2507 expostas à água do mar após 5 anos de operação. A temperatura da água do mar era de 38 °C, com cloração. A profundidade do ataque atingiu 0,5 mm em alguns locais, exigindo a substituição dos flanges.

3. Superausteníticos com 6 % de molibdênio: A alternativa

Os superausteníticos com 6 % de molibdênio (por exemplo, 254 SMO® – UNS S31254, 6Mo – S31266, AL-6XN® – N08367 e S32654 com alto teor de nitrogênio) são totalmente austeníticos. Sua composição típica é:

Principais vantagens em comparação com o 2507:

• Temperatura crítica de corrosão por fenda mais elevada – O S31254 iguala ou supera ligeiramente o 2507; os aços S31266 e S32654 são significativamente superiores (CCT >50 °C).

• Estrutura totalmente austenítica – Sem ferrita, logo sem ataque seletivo de fase em água do mar estagnada.

• Sem fragilização por hidrogênio – Sem ferrita → sem preocupação com HISC.

• Soldagem mais tolerante – Menor risco de formação de fases intermetálicas. Pode ser soldado in loco sem têmpera de solução pós-soldagem na maioria dos serviços.

• Melhor desempenho em altas temperaturas – Mantém resistência mecânica e resistência à corrosão até 300 °C (não relevante para água do mar, mas útil em correntes quentes de processos a montante).

Desvantagens em comparação com o 2507:

• Menor limite de escoamento (300–350 MPa contra 550 MPa) – requer paredes mais espessas para a mesma pressão.

• Teor mais elevado de níquel (18–24%) – mais caro e sujeito a flutuações nos preços do níquel.

• Mais pesado (para a mesma classe de pressão) – parede mais espessa = maior peso, custo de frete mais elevado.

4. Por Que Escolher 6% Mo em vez de 2507? Os Fatores Decisivos

Fator Decisivo #1: Água do mar quente (acima de 35 °C)

Nas usinas de GNL no Golfo Arábico, Mar Vermelho ou Sudeste Asiático, as temperaturas de captação de água do mar podem atingir 35–40 °C, e as temperaturas de descarga podem ser 10 °C mais elevadas. A 40–45 °C, a temperatura crítica de corrosão por crenulação (CCT) do 2507 está na margem de segurança. Muitos proprietários já relataram corrosão por crenulação em flanges, válvulas e conexões de poços térmicos. As ligas com 6% Mo, como S31266 ou S32654, oferecem uma margem de segurança clara.

Regra geral: Temperatura de projeto da água do mar >35 °C → considere seriamente o uso de ligas com 6% Mo. Temperatura >40 °C → o uso de ligas com 6% Mo é fortemente recomendado.

Fator Decisivo #2: Estagnação frequente (paradas, baixa vazão)

Durante as paradas programadas da usina, as tubulações de água do mar permanecem cheias de água estagnada e desaerada. Bactérias e organismos redutores de sulfato podem proliferar, criando condições sulfídicas de baixo pH. A fase ferrítica do 2507 pode sofrer corrosão preferencial (ataque à ferrita) nessas condições. As ligas austeníticas com 6% Mo não contêm ferrita e, portanto, são imunes a esse tipo de ataque seletivo.

Motorista #3: Acesso difícil para soldagem e reparo

Para tubulações de grande diâmetro (24–48 polegadas) em suportes de tubulação congestionados, a soldagem em campo com tratamento térmico pós-soldagem é impraticável. O aço inoxidável 2507 exige um controle rigoroso da entrada de calor (temperatura entre passes <150 °C) e, idealmente, uma têmpera completa em solução após a soldagem para obter máxima resistência à corrosão por fenda — quase impossível de realizar no local. As superausteníticas com 6 % Mo podem ser soldadas com consumíveis correspondentes (por exemplo, ERNiCrMo‑3 ou -10) e utilizadas na condição como soldadas, com apenas ligeira redução na temperatura crítica de precipitação (CCT), normalmente 5–10 °C mais baixa. Essa redução ainda mantém o valor acima da CCT do 2507 na condição como soldado.

Motorista #4: Resistência aos subprodutos da cloração

A cloração contínua ou intermitente gera ácido hipocloroso e outros oxidantes. O 2507, devido à sua fase ferrítica, pode sofrer ataque preferencial da ferrita na presença de altos níveis de oxidantes. As austeníticas com 6 % Mo são mais estáveis.

Motorista #5: Confiabilidade a longo prazo com inspeção reduzida

As usinas de GNL são projetadas para operar por 25–40 anos com manutenção mínima. As falhas por corrosão sob fenda são caras de reparar (parada, esvaziamento e corte de trechos de tubulação). O custo inicial mais elevado do aço com 6% de molibdênio é frequentemente justificado pela prevenção de substituições de flanges no meio da vida útil.

5. Tabela de comparação direta: 2507 vs. 6% Mo (S31266 como representante)

6. Quando escolher o 2507 (e economizar dinheiro)

Apesar das vantagens do aço com 6 % Mo, o 2507 continua sendo uma boa opção — e o padrão — para muitos sistemas de água do mar. Escolha o 2507 quando:

• A temperatura da água do mar for consistentemente inferior a 30–32 °C (por exemplo, Mar do Norte, Canadá Atlântico, Tasmânia).

• As tubulações forem, na sua maioria, enterradas ou sombreadas , evitando o aquecimento solar.

• O sistema opera continuamente (poucos períodos de estagnação).

• As flanges e reentrâncias são minimizadas – utilizar juntas soldadas por topo, sem juntas de vedação, sempre que possível.

• A redução de peso é crítica (por exemplo, estruturas superiores de unidades FLNG, onde paredes mais finas reduzem a quantidade de aço da plataforma).

• O orçamento é apertado – o aço inoxidável 2507 custa cerca de 20–30% menos por metro instalado do que o aço com 6% de molibdênio.

Exemplo: Uma unidade de GNL na Noruega com captação de água do mar a 5–15 °C pode utilizar com segurança o aço 2507, sem preocupações quanto à corrosão por reentrâncias.

7. Estudo de caso: Unidade de GNL no Oriente Médio – Substituição do 2507 pelo aço com 6% de molibdênio

Uma grande usina de LNG de carga base em Ras Laffan, Qatar, foi originalmente projetada com o aço inoxidável 2507 para toda a tubulação de refrigeração com água do mar. Após 8 anos de operação, inspeções revelaram:

• Corrosão por fenda sob juntas de flange em diversos locais, com profundidades de pites de até 1 mm.

• Ataque seletivo à ferrita em trechos estagnados (seções desviadas), gerando um produto de corrosão pulverulento.

• Duas pequenas vazões em juntas soldadas onde o teor de ferrita na zona afetada pelo calor (ZAC) estava elevado.

A usina decidiu substituir os coletores críticos de 36 polegadas por tubos com 6 % de molibdênio (S31266) durante uma parada programada de grande porte. Após mais 5 anos, nenhuma corrosão foi detectada nas seções com 6 % de molibdênio, enquanto as seções remanescentes de 2507 continuaram apresentando ataque lento. As expansões subsequentes foram todas especificadas com aço contendo 6 % de molibdênio.

Análise de Custo: O custo da tubulação com 6 % de molibdênio foi 35 % maior por metro em comparação ao 2507. Contudo, os reparos evitados e a vida útil estendida (projetada em 40 anos, contra 20 anos para o 2507) resultaram em uma economia de valor presente líquido de 8 milhões de dólares ao longo da vida útil da usina.

8. Diretrizes Práticas para a Seleção de Tubulações para Água do Mar em Plantas de GNL

Utilize este fluxograma de decisão:

1. Determine a temperatura máxima da água do mar (entrada + margem de 10 °C para descarga, além do aquecimento solar nas estruturas de suporte de tubulações).

2. Se T_máx < 32 °C: o aço inoxidável 2507 é aceitável. Considere o aço com 6 % de molibdênio apenas se houver estagnação severa ou desligamentos frequentes.

3. Se T_máx estiver entre 32 e 38 °C: Ambos os materiais são viáveis. Avalie:

   • Número de flanges/interstícios (mais interstícios favorecem o uso do aço com 6 % de molibdênio).

   • Frequência de estagnação (alta frequência → aço com 6 % de molibdênio).

   • Restrições de peso/espaço (preferir 2507 para FLNG).

   • Capacidade de soldagem interna (preferir 6% Mo para juntas de campo complexas).

4. Se T_máx > 38 °C: recomenda-se fortemente o uso de 6% Mo. Para temperaturas > 45 °C, utilizar graus de alto desempenho, como S31266 ou S32654.

5. Para FLNG (flutuante): O peso é crítico. O aço inoxidável 2507, com projeto cuidadoso (eliminação de reentrâncias, uso de conexões ramificadas soldadas), é frequentemente escolhido. Contudo, em águas quentes (por exemplo, FLNG ao largo da África Ocidental), o aço com 6% Mo ainda pode ser especificado para seções críticas.

9. Considerações sobre fabricação e custo

Soldadura

• 2507:Exige metal de adição duplex (ER2594), calor de soldagem ≤ 1,5 kJ/mm, temperatura entre passes < 150 °C e, muitas vezes, têmpera de solução pós-soldagem para máxima resistência à corrosão por frestas. Muitos proprietários aceitam a soldagem sem tratamento térmico pós-soldagem, aplicando uma redução de 10 °C na temperatura crítica de precipitação (CCT).

• 6% Mo: Utilizar metal de adição ERNiCrMo‑3 (625) ou ERNiCrMo‑10 (C22). Não é necessária têmpera pós-soldagem. A temperatura entre passes pode atingir até 200 °C. É muito mais tolerante.

Flanges e conexões

• Para o 2507, utilize flanges de pescoço soldado integral com gás de proteção na raiz para evitar a oxidação da raiz. As juntas devem ser de PTFE ou não condutoras para evitar reentrâncias.

• Para o 6% Mo, práticas semelhantes, mas com risco menor.

Modelagem de custos (exemplo: tubo de 30 polegadas, pressão de projeto de 40 bar, comprimento de 20 km)

O molibdênio a 6% é cerca de 60% mais caro inicialmente. No entanto, se evitar mesmo apenas duas campanhas importantes de reparo ao longo de 30 anos (cada uma custando dezenas de milhões em tempo de inatividade), a análise econômica se inverte.

10. Resumo: Qual deles escolher para sua unidade de GNL?

Última Palavra

O aço inoxidável superduplicado 2507 é um excelente material para tubulações em água do mar — resistente, anticorrosivo e economicamente vantajoso. No entanto, não é uma solução universal. Em águas marinhas quentes acima de 35 °C, especialmente na presença de frestas, estagnação ou cloração, sua resistência à corrosão por frestas e ao ataque seletivo de fases torna-se marginal.

Os aços inoxidáveis superausteníticos com 6% de molibdênio oferecem um nível superior de resistência à corrosão localizada, ausência de riscos relacionados à ferrita e maior facilidade na fabricação. Para plantas de GNL em regiões tropicais, o custo adicional inicial frequentemente se paga por meio de uma vida útil mais longa e de menores custos de manutenção.