PROTEÇÃO CATÓDICA

EFETIVO COMBATE À CORROSÃO ELETROQUÍMICAPARTE 2: PROTEÇÃO CATÓDICA DE DUTOS TERRESTRES

Este material contém informações classificadas como NP-1

1.Introdução: Projeto de dutos;

2.Levantamentos de campo para projeto de PC;

3.Componentes do sistema;

4.Inspeção.

PROGRAMAÇÃO

• Atividades envolvidas:

– Definição do traçado;

– Estudo do escoamento do fluido e dimensionamento mecânico;

– Implantação da faixa de dutos;

– Proteção anticorrosiva.

PROJETO DE UM DUTO

DEFINIÇÃO DA DIRETRIZ DE UM DUTO

SIMULAÇÃO DO ESCOAMENTO DO FLUIDO

DIMENSIONAMENTO MECÂNICO

• Geração de Plantas e Perfis;

• Sondagens;

• Estudos hidrológicos;

• Estudos de travessiase cruzamentos.

IMPLANTAÇÃO DA FAIXA

PROTEÇÃO ANTICORROSIVA - REVESTIMENTO

• Coal-tar enamel (Esmalte de alcatrão de hulha):

– Derivado do carvão mineral;– Utilizado nos dutos até fim da década de 90;– Sensível a superproteção catódica;– Eficiência típica: 95%

PROTEÇÃO ANTICORROSIVA - REVESTIMENTO

• Polietileno tripla camada (PE3L):

– Utilizado em novos dutos desde os anos 90 ;– Resistente a superproteção catódica;– Eficiência típica: 99,6%.

CONSTRUÇÃO DE UM DUTO TERRESTRE

• O projeto do sistema de PC deve fazer parte do projeto global do duto e do gerenciamento da sua corrosão.

• O primeiro passo para um projeto é levantar e avaliar os dados relativos à estrutura, suas características operacionais e ambientais.

REQUISITOS DE PROJETO DE PC

• Material, diâmetro, espessura da parede, pressão e temperatura de operação;

• Tipo de revestimento;

• Traçado e comprimento;

• Possíveis locais para instalação do sistema de PC;

• Locação de válvulas, estações, isolamentos elétricos, tubos-camisa e furos direcionais.

LEVANTAMENTOS PARA NOVOS PROJETOSDADOS DO DUTO

• Informações do solo: resistividade, tipos de solo, umidade, pH;

• Aproximações com interferências (dutos de terceiros, linhas de transmissão, sistemas ferroviários);

• Sistemas de telemetria existentes para monitoração remota.

LEVANTAMENTOS PARA NOVOS PROJETOSCONDIÇÕES AMBIENTAIS

• Quando a estrutura já existe, é possível fazer um levantamento mais profundo:

– Medição de potencial natural;

– Pesquisa de correntes de interferência;

– Testes de corrente.

LEVANTAMENTOS ADICIONAIS PARA UMA ESTRUTURA EXISTENTE

INICIANDO UM PROJETO DE PC

• Comprimento;• Revestimento;• Cruzamentos/travessias;• Faixa nova/existente.

Áreas de válvula

Estação Estação

Juntas isolantes

CRUZAMENTOS

Com linhas de transmissão

CRUZAMENTOS

Com dutos de terceiros

CRUZAMENTOS

Com sistemas ferroviários ou rodoviários

TRAVESSIAS

Rios, mangues

VANDALISMOS

LEVANTAMENTO DA RESISTIVIDADE DO SOLO

• O levantamento da resistividade ao longo do duto éimportante medida para determinar a corrosividade do eletrólito.

• Fatores que aumentam a corrosividade do meio:

– Composição química;– pH;– Teor de umidade;– Temperatura;– Presença de bactérias;– Resistividade.

RESISTIVIDADE x CORROSIVIDADE

• Quanto maior for a capacidade do meio conduzir corrente elétrica (resistividade mais baixa), maior será sua corrosividade.

eletrólito

FunçãoadeCorrosivid

1

RESISTIVIDADES TÍPICAS

MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE

Equipamento: TERRÔMETRO

MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE

• Existem duas técnicas principais para o levantamento da resistividade de um eletrólito:

– Método dos 4 pinos ou de Wenner (solos);

– Método soil box (solos e líquidos).

MÉTODO DOS 4 PINOS OU DE WENNER

• A medição da resistividade pelo método dos 4 pinos ou de Wenner está especificada na ABNT NBR-7117.

• A técnica consiste em cravar no solo 4 hastes alinhadas e separadas pela mesma distância a, ligadas ao terrômetro.

MÉTODO DOS 4 PINOS OU DE WENNER

Ra = RESISTÊNCIA ELÉTRICA MÉDIA DE UMA CAMADA DE SOLO DA SUPERFÍCIE ATÉ

PROFUNDIDADE “a”

MÉTODO DOS 4 PINOS OU DE WENNER

• O terrômetro mede o potencial entre os pontos internos, dividindo-o pela corrente imposta pelo aparelho nos terminais externos, fornecendo o valor da resistência Ra.

• A resistividade do solo a profundidade a é dada por:

aa Ra 2

MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE – SOIL BOX

Este método éutilizado para medir a resistividade de uma AMOSTRA de um determinado eletrólito, seja ele um solo ou um líquido.

MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE – SOIL BOX

• Existem dois modelos de soil box:

– Modelos que trabalham de forma análoga ao Método de Wenner;

– Modelos que utilizam o princípio da resistência elétrica.

MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE – SOIL BOX

• Medição da resistividade na soil box:

• Modelos comerciais geralmente dimensionam seus produtos para facilitar a medição.

][

][][][

2

mL

mSRm Medido

MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE

• Ao longo do duto (a cada 500 m – Norma PETROBRAS N-2298) é utilizada para determinar a resistividade média do duto.

• Pontos específicos a serem determinados durante o projeto para a instalação do leito de anodos.

• Cruzamentos com Linhas de Transmissão.

MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE

RESISTIVIDADE MÉDIA

• Determina a corrosividade do meio;• Orienta o tipo de sistema de PC a ser utilizado:

– Corrente galvânica ou– Corrente impressa.

SISTEMA DE CORRENTE IMPRESSA

CUIDADO COM A POLARIDADE DA FONTE!!!

PREMISSAS DE PROJETO DE PC

• O espaçamento do conjunto retificador / leito de anodos depende basicamente:

– Do número de dutos que se quer proteger;

– Da qualidade do revestimento destes dutos;

– Interferências elétricas e/ou outras situações indesejadas.

PREMISSAS DE PROJETO DE PC

• Condições básicas para escolha de locais para instalação do retificador:

– Disponibilidade de energia elétrica para alimentação;

– Fácil acesso ao retificador;– Disponibilidade e negociação da área;– Evitar áreas sujeitas a vandalismo...

PREMISSAS DE PROJETO DE PC

• Condições básicas para escolha de locais para instalação do leito de anodos:

– Baixa resistividade elétrica no local de instalação dos anodos;

– Disponibilidade e negociação da área;– Evitar áreas sujeitas a vandalismo...

PREMISSAS DE PROJETO DE PC

• Exemplo: duto com aproximadamente 170 km

Km 0 Km 173.9Km 97

Estação A Estação B Estação C

Levantamento de regiões propícias àinstalação do retificador e leito de anodos

REPRESENTAÇÃO ELÉTRICA DA PC

Desejável que o anodo fique em uma região de baixa resistividade

RESISTÊNCIA DE UM ANODO COM O SOLO

• Resistência de um anodo instalado verticalmente com a terra:

• Onde:– ρ: Resistividade elétrica do solo (Ωm);– L: Comprimento do anodo;– d: Diâmetro do anodo.

1

8

2, d

Ln

LR rev

RESISTÊNCIA DE N ANODOS COM O SOLO

• Resistência de vários anodos instalados verticalmente com a terra:

• Onde:– ρ: Resistividade elétrica do solo (Ωm);– L: Comprimento do anodo;– d: Diâmetro do anodo;– N: Número de anodos;– s: Espaçamento entre anodos.

)656,0(

21

8

2, Nns

L

d

Ln

NLR rev

DEFININDO LOCAL PARA O LEITO DE ANODOS – EXEMPLO 1

DEFININDO LOCAL PARA O LEITO DE ANODOS – EXEMPLO 2

RETIFICADOR E LEITO DE ANODOS

RETIFICADOR

RETIFICADOR

RETIFICADOR

Indicadores de tensão e corrente de saída

Shunt

Disjuntor

Ajuste da saída

Horímetro

RETIFICADOR

Transformador

Coluna retificadora

RETIFICADOR

Fusíveis

Protetores de surtos

Alimentação Saída

LEITO DE ANODOS

LEITO DE ANODOS RASOS

CONEXÕES ELÉTRICAS - MUFLAS

LEITO DE ANODOS - DETALHES

Anodos em contato com o solo

Desgaste aleatório; Solo nas adjacências fica

ressecado; Alta resistência RANODO; Auto-corrosão e a

passivação dos anodos galvânicos.

LEITO DE ANODOS - DETALHES

Anodos em contato com o solo

LEITO DE ANODOS - DETALHES

Anodos inertes

Moinha de coque metalúrgico ou coque calcinado de petróleo

Chapa fina de aço

LEITO DE ANODOS - DETALHES

Anodos galvânicos

Gesso, bentonita e NaSO4

Saco de aniagem

RESISTÊNCIA DO ANODO

• Resistência de um anodo instalado verticalmente com a terra:

RETIFICADOR E LEITO DE ANODOS

• Alternativas para a instalação do retificador e leito de anodos:

– Instalação dentro de áreas próprias;– Incluir áreas no decreto de desapropriação da faixa

do duto;– Instalação do leito de anodos profundo.

DEFININDO LOCAL PARA O LEITO DE ANODOS – EXEMPLO 3

• Instalar dentro das estações:– Energia elétrica disponível;– Resistividade do solo pode ser alta → aumentar

tensão de saída do retificador.

Km 0 Km 173.9Km 97

Estação A Estação B Estação C

RETIFICADOR DENTRO DE ÁREA PRÓPRIA

LEITO DE ANODOS PROFUNDO

Premissa básica:

• Fazer uma sondagem do terreno (elétrica ou mecânica) para verificar a viabilidade de instalação do leito.

LEITO DE ANODOS PROFUNDO

Caixa de resistores: Localização:

LEITO DE ANODOS PROFUNDO - RESTRIÇÃO

SISTEMAS DE PC EXISTENTES

• Sistemas de proteção catódica existentes podem ajudar ou atrapalhar um novo duto:

– BOM: Quando os dutos irão compartilhar o mesmo sistema de proteção catódica;

– RUIM: Cada duto terá seu sistema de proteção catódica independente, podendo gerar interferências.

SISTEMAS DE PC EXISTENTES

• Quando os dutos irão compartilhar o mesmo sistema, levanta-se as condições operacionais procurando por deficiências ou necessidades adicionais.

• O projeto do novo duto deverá consolidar estas informações e verificar se será necessário upgrades no sistema.

SISTEMAS DE PC EXISTENTES

• Quando os dutos não irão compartilhar o mesmo sistema, as condições operacionais não são necessárias ao novo projeto.

• Na época da pré-operação, deve-se atentar para possíveis interferências.

DUTOS DA TRANSPETRO – REGIÃO SE

JUNTA ISOLANTE

A corrente de proteçãoé dimensionada para o trecho enterrado do

duto, entre duas estações.

JUNTA ISOLANTEPerda de corrente

Perda de corrente

Como o duto estáinterligado à malha de

aterramento das estações há uma perda de

corrente de proteção catódica do duto.

JUNTA ISOLANTE

Para evitar a perda de corrente, instala-se um isolamento elétrico nas

extremidadesdo duto, logo após o

afloramento do mesmo.

TIPOS DE JUNTA ISOLANTE

Tipo monobloco

Os trechos verdes e vermelho (metálicos) estão eletricamente isolados.

TIPOS DE JUNTA ISOLANTETipo monobloco

TIPOS DE JUNTA ISOLANTE

Tipo em par de flanges

JUNTAS ISOLANTESSurtos de tensão

Duto

Junta

Suportabilidade típica: 5 kV

JUNTAS ISOLANTES

Junta danificada

JUNTAS ISOLANTES

Proteção contra surtos de tensão

DUTO

CENTELHADOR OU SUPRESSOR DE TRANSIENTES

JUNTAS ISOLANTES

Proteção contra surtos de tensão

INSPEÇÃO DO SISTEMA

MEDIÇÃO DE POTENCIALNBR ISO 15589-1:

• Ao longo do traçado do duto devem ser montados pontos de medição de potencial para garantir que a PC esteja sendo aplicada a todas as áreas.

• Pontos de teste: medição de potencial eletroquímico tubo-solo, correntes elétricas e possíveis interferências. Devem ser instalados em intervalos não superiores a 3 km ao longo do duto (1 km em áreas urbanas ou industriais) e em pontos notáveis:– Cruzamentos (tubos-camisas);– Juntas isolantes;– Afloramentos.

PONTO DE TESTE

Isolamento da solda para evitar o par

galvânico aço/cobre e, conseqüentemente, a

corrosão do duto.

DETALHE DA SOLDA

SOLDA E ISOLAMENTO

Evitar usar massa epóxi para isolar a conexão!

TRECHOS AÉREOS

TRECHOS AÉREOS

Alternativa: terminal olhal soldado e pintado.

PONTOS DE TESTE

PONTOS DE TESTE

Soluções para faixas com alto vandalismo:

PONTOS DE TESTE

Nova utilidade: Varal!

PONTOS DE TESTE

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

IR

IRVV FalhaVoltímetro

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

IRVV FalhaVoltímetro 0

Solução: I=0

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

- 1,60

- 0,95POTENCIAL OFF

I = 0 IR = 0

POTENCIAL ON

VON = - 1,60 VccVOFF = - 0,95 Vcc

Tempo

DESPOLARIZAÇÃO

POTENCIAL LOGO APÓS I = 0

-Vcc (Cu/CuSO4)

RETIFICADORLIGADO

RETIFICADORDESLIGADO

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

NBR ISO 15589-1

Chaveamento automático do retificador:Chave ON-OFF ou chave de sincronismo

Ajuste tempo ON-OFF

Para o leito de anodosPara o (+) retificador

Display

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

-1,60

-0,95

Potencial ON = -1,60 VPotencial OFF = -0,95 V

PT-01

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

-1,90

-1,02

Potencial ON = -1,90 VPotencial OFF = -1,02 V

PT-02

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

-1,78

-0,98

Potencial ON = -1,78 VPotencial OFF = -0,98 V

PT-03

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

O QUE ACONTECE QUANDO O DUTO POSSUI

MAIS DE UM RETIFICADOR?

O potencial “OFF” deve ser medido logo depois do desligamento simultâneo de todos os retificadores (e/ou leitos de anodosgalvânicos), para que não haja nenhuma corrente no solo

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

CABO APROPRIADO

Chave 1 Chave 2

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

Chave 1 Chave 2

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

-2,10

-0,89

Potencial ON = -2,10 VPotencial OFF = -0,89 V

PT-12

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

Gráficos Reais:

MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF

Atualmente, chaves eletromecânicas não são mais utilizadas... Perdem o sincronismo em alguns

dias.

Chave controlada

por GPS

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

1ª tentativa com I1 = 5 A e I2 = 5 A

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

1ª tentativa com I1 = 5 A e I2 = 5 A

0,6

0,85

1,1

1,35

1,6

1,85

2,1

2,35

2,6

2,85

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90 93 96 99

ONOFF

d (km)

V (Cu/CuSO4)

LA1 LA2

DEPOIS DA POLARIZAÇÃO------

--

--

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

2ª tentativa com I1 = 7 A e I2 = 8 A

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

2ª tentativa com I1 = 7 A e I2 = 8 A

0,6

0,85

1,1

1,35

1,6

1,85

2,1

2,35

2,6

2,85

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90 93 96 99

ONOFF

d (km)

V (Cu/CuSO4)

LA1 LA2

DEPOIS DA POLARIZAÇÃO------

--

--

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

• Exemplo real - Gasoduto Uruguaiana/Porto Alegre - Trecho 1:

– Diâmetro = 24”;– Extensão = 25,8 km;– Revestimento = polietileno em 3 camadas; – Um retificador 50V/10 A, instalado no Km 24;– Onze pontos de teste.

OBSERVAR A EFICIÊNCIA DO PE3L!

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

• Exemplo real - Gasoduto Uruguaiana/Porto Alegre - Trecho 1:

– Diâmetro = 24”;– Extensão = 25,8 km;– Revestimento = polietileno em 3 camadas; – Um retificador 50V/10 A, instalado no Km 24;– Onze pontos de teste.

OBSERVAR A EFICIÊNCIA DO PE3L!

IRET=600mA

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

ONOFF

d (km)

DEPOIS DA POLARIZAÇÃO

RET

--

---

---

-

- 0,85 V

V (Cu/CuSO4)

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

IRET=310mA

ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

ONOFF

d (km)

DEPOIS DA POLARIZAÇÃO

RET

--

---

---

-

- 0,85 V

V (Cu/CuSO4)

NOVO RECURSO: CUPOM DE PROTEÇÃO CATÓDICA

NÍVEL DO SOLO

LINHA DE CENTRO DO DUTO

CUPOM

ELETRODO PORTÁTIL (Cu/CuSO4)

+ -

DUTO

VOLTÍMETRO

CHAVE ON-OFF

PTE

NOVO RECURSO: CUPOM DE PROTEÇÃO CATÓDICA

• Cupom é um corpo de prova com as características:

– Mesmo material do duto e área nua (sem revestimento) conhecida;

– Instalado na mesma profundidade e no mesmo solo do duto;

– Interligado eletricamente ao duto através do ponto de teste recebe corrente do sistema de PC;

– Ao abrir a chave medição potencial OFF.

FIM DA PARTE 2