Norma Técnica SABESP NTS 180

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1 Norma Técnica SABESP NTS 180 Sistemas de proteção catódica projeto e implantação Procedimento São Paulo Novembro

2 NTS 180 : 2002 Norma Técnica SABESP S U M Á R I O 1 OBJETIVO CAMPO DE APLICAÇÃO NORMAS E DOCUMENTOS COMPLEMENTARES DEFINIÇÕES PROJETO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA Princípios básicos Especificação do projeto Tipos de sistemas de proteção catódica INSTALAÇÃO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA Sistemas de proteção por anodos de sacrifício Sistemas de proteção por corrente impressa RECEBIMENTO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA...7 ANEXO A DESENHOS PADRÕES (RESUMO) /11/02

3 Norma Técnica SABESP NTS 180 : OBJETIVO Sistemas de proteção catódica projeto e implantação Fixar os requisitos mínimos a serem observados no projeto e na implantação dos sistemas de proteção catódica. 2 CAMPO DE APLICAÇÃO Esta norma estabelece procedimentos visando o controle da corrosão, pela implantação de sistemas de proteção catódica, nos seguintes locais: - estruturas e equipamentos novos: o controle da corrosão por proteção catódica deve ser previsto no projeto inicial e mantido durante todo o tempo de vida útil, a menos que estudos indiquem que a implantação de um sistema de proteção catódica não é necessária; - sistemas já em operação: a proteção catódica deve ser providenciada e mantida, a menos que estudos indiquem que a implantação do sistema de proteção catódica não é necessária. Esta norma não inclui métodos de controle da corrosão baseados no controle químico do ambiente ou no uso de revestimentos eletricamente condutores. 3 NORMAS E DOCUMENTOS COMPLEMENTARES As normas e/ou documentos relacionados a seguir contêm informações complementares a esta norma. NTS 197:2002 NBR 6180:1983 NBR 6315:1981 NBR 8734:1985 NBR 9240:1986 NBR 9241:1986 NBR 9242:1986 NBR 9244:1986 NBR 9358:1986 NBR 9363:1986 NBR 10388:1988 NBR 10389:1988 NBR 10742:1989 NACE RPO 0169: DEFINIÇÕES Sistemas de proteção catódica - operação e manutenção Ligas de zinco - Classificação Lingotes, barras, anodos e verguinhas de estanho Anodo galvânico e inerte para proteção catódica Anodos de ligas de ferrossilício e ferrossilício-cromo, para proteção catódica Anodos de grafite para proteção catódica Anodos de liga de chumbo-antimônio-prata para proteção catódica Inspeção de anodos inertes para proteção catódica Anodo de liga de zinco para proteção catódica Anodo de liga de zinco para proteção catódica - Formatos e dimensões Anodos de liga de alumínio para proteção catódica - Formatos e dimensões Anodo de liga de alumínio para proteção catódica - Ensaio de desempenho Inspeção de anodos galvânicos para proteção catódica Control of external corrosion on underground or submerged metallic piping systems Nesta norma são adotadas as seguintes definições: Anodo galvânico: um metal que, devido a sua posição na série galvânica, protege o metal ou metais mais nobres na mesma série, quando formam um par imerso em um eletrólito. 27/11/02 1

4 NTS 180 : 2002 Norma Técnica SABESP Anodo inerte: eletrodo altamente resistente à corrosão, utilizado nos sistemas de proteção por corrente impressa para dispersão de corrente no eletrólito. Enchimento (backfill): material utilizado no preenchimento da vala, após a instalação dos anodos. Corrosão metálica: transformação de um material (metal) pela sua interação química ou eletroquímica com o meio em que se encontra. Diodo: semicondutor bipolar, que tem uma baixa resistência à passagem de corrente elétrica em um sentido e uma alta resistência no sentido oposto. Eletrodo de referência: eletrodo utilizado nas medidas de potencial entre o equipamento ou estrutura a ser protegida e o eletrólito, com o objetivo de controlar automaticamente, em função dos potenciais alcançados no equipamento ou estrutura a ser protegida, a quantidade de corrente fornecida pelo retificador através dos anodos. Eletrólito: substância química contendo íons que migram em um campo elétrico. No caso desta norma, o eletrólito se refere ao solo ou ao líquido adjacente ou em contato com o equipamento ou estrutura a ser protegida. Painel ou unidade de controle (Estação remota de controle): compõe-se de elementos de medição, supervisão e aquisição de dados integrados a cada retificador que permitem observar e controlar de um ponto remoto as condições de todos os retificadores e, conseqüentemente, do sistema de proteção. Potencial de corrosão: potencial misto de uma superfície metálica corroendo em referência a um eletrodo em contato com o eletrólito. Potencial natural: valor que é obtido na medição do potencial entre uma estrutura e um eletrólito, com auxílio de um eletrodo de referência, na ausência de correntes de interferência. Potencial misto: potencial resultante da somatória das reações eletroquímicas que ocorrem simultaneamente na superfície do metal. Proteção catódica por corrente impressa: processo de controle da corrosão que utiliza a introdução de corrente contínua por meio de uma ou mais fontes externas, empregando-se anodos inertes. Proteção catódica por anodos de sacrifício: processo de controle da corrosão baseado no uso de anodos de sacrifício. A quantidade de corrente fornecida por estes anodos é limitada pela resistividade do eletrólito e pelo potencial existente entre a estrutura a ser protegida e o anodo. Retificador de proteção catódica: fonte externa de força eletromotriz constituída de um transformador-retificador alimentado por intermédio de um circuito de corrente alternada. Taxa de corrosão: é a quantidade de material consumido num determinado período de tempo. Pode ser expressa na forma de perda de massa ou perda de espessura por unidade de tempo (gramas/ano ou microns/ano, por exemplo). 5 PROJETO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA Este item traz os procedimentos recomendados para o projeto de sistema de proteção catódica, de maneira a prover uma proteção efetiva à estrutura ou equipamento no qual for instalado, durante toda a sua vida útil. 5.1 Princípios básicos O principal objetivo de um projeto de sistemas de proteção catódica é fornecer proteção contra corrosão aos equipamentos ou estruturas, observando as seguintes considerações: - projetar um sistema de anodos compatível com a vida útil do equipamento ou estrutura prevendo sua manutenção ou troca periódica destes anodos; 2 27/11/02

5 Norma Técnica SABESP NTS 180 : minimizar a interferência de corrente do sistema nas estruturas enterradas situadas em sua vizinhança; - projetar um sistema que possibilite a alteração na intensidade de corrente requerida pelo sistema manual (em inspeções) ou automática (em função do monitoramento contínuo mediante sensores locais); - instalar os anodos de forma a minimizar a possibilidade de que estes venham a ser movidos ou danificados pela ação de terceiros; - prever a instalação de pontos de teste de tal forma que o monitoramento do sistema seja feito da maneira mais fácil e rápida possível; - reconhecer as condições de riscos dos locais e selecionar/especificar materiais e procedimentos de instalação que garantam condições seguras de instalação e operação; - selecionar e especificar materiais e procedimentos de instalação que garantam uma operação adequada e economicamente viável durante toda a vida útil do sistema; - selecionar locais para a instalação que minimizem gradientes de corrente ou de potencial, os quais podem causar danos a estruturas enterradas ou imersas; - especial atenção deve ser dada à presença de sulfetos, bactérias, revestimentos nãoconvencionais, elevadas temperaturas, solos ácidos e metais dissimilares; - verificar a disponibilidade de energia elétrica no local de instalação do sistema; - avaliar a capacidade de isolar eletricamente outras estruturas já existentes no local de instalação do sistema; - evitar níveis excessivos de proteção catódica que podem causar o descolamento do revestimento, assim como possíveis danos a aços de alta resistência devido à evolução de hidrogênio. 5.2 Especificação do projeto Todo projeto de sistema de proteção catódica deve ser enviado à Sabesp para análise e aprovação pela respectiva autoridade funcional. Devem constar, no mínimo, as seguintes informações: - descrição sucinta e análise dos dados obtidos nos trabalhos de levantamento de campo; - memorial de cálculo e especificações do sistema implementado; - memorial descritivo; - desenhos, mapas e planilhas com a localização exata de todos os equipamentos e estruturas previstos no projeto, assim como pontos de referência; - lista de materiais utilizados, relacionando quantidades, características e especificações técnicas dos materiais/equipamentos utilizados; - no caso de adutoras, identificação dos pontos de cruzamento com outras canalizações, trilhos de trem ou estruturas já existentes ou propostas, verificando se possuem sistema de proteção catódica; - a montagem dos componentes do sistema de proteção catódica deverá obedecer desenhos padrões específicos fornecidos pela Sabesp conforme descrito no Anexo A; - localização de todos os pontos de teste do sistema; - identificação da localização e do tipo das conexões elétricas existentes, com suas respectivas especificações; - identificação de outras possíveis fontes de corrente de interferência; - identificação da presença de particularidades ambientais (plantas químicas, lagoas de tratamento de água e esgoto, torres de transmissão elétrica, etc.) nas proximidades dos locais previstos para a instalação do sistema; 27/11/02 3

6 NTS 180 : 2002 Norma Técnica SABESP - a corrente de proteção a ser aplicada; - a resistividade elétrica do eletrólito; - a continuidade elétrica do sistema; - a isolação elétrica do sistema; - a integridade do revestimento (se existente); - as correntes de interferência; - as mudanças no projeto original; - outros dados de manutenção e operação importantes. 5.3 Tipos de sistemas de proteção catódica a) Existem dois sistemas básicos de proteção catódica: a proteção através de um sistema de corrente impressa e através do uso de anodos de sacrifício. A seguir, estão apresentados estes dois sistemas: Proteção catódica por anodos galvânicos (ou de sacrifício): neste tipo de sistema, os anodos são conectados à estrutura a ser protegida, individualmente ou em grupos. A quantidade de corrente fornecida por estes anodos é limitada pela resistividade do eletrólito e pelo potencial existente entre a estrutura a ser protegida e o anodo. Estes anodos são confeccionados, de maneira geral, em ligas de magnésio, zinco ou alumínio. Proteção catódica por corrente impressa: neste tipo de sistema, os anodos são conectados, individualmente ou em grupos, a uma fonte de corrente contínua que é normalmente um retificador de corrente. A estrutura a ser protegida é, por sua vez, conectada ao polo negativo do retificador. Os anodos de corrente impressa são feitos, em geral, de materiais tais como grafite, ferro fundido com alto teor de silício, liga chumbo-prata, titânio, metais preciosos ou aço. b) A seleção do sistema de proteção catódica a ser utilizado deve levar em conta, principalmente, a resistividade elétrica do meio (eletrólito). Outros aspectos a serem considerados são: - a intensidade da corrente de proteção requerida; - correntes parasitas causando flutuações no potencial estrutura/solo que podem inviabilizar o uso de anodos galvânicos; - efeito de correntes de interferência oriundas do sistema de proteção catódica em estruturas adjacentes, que podem limitar o uso de sistema de proteção por corrente impressa; - disponibilidade de fontes de energia elétrica no local; - projetos futuros de expansão do sistema e; - custos de instalação e manutenção. c) Os fatores que devem ser levados em conta no projeto de um sistema de proteção catódica são: - os materiais utilizados nos anodos possuem diferentes taxas de deterioração, de acordo com o eletrólito onde está instalado. Assim, a vida útil do anodo vai depender do material de que é feito, do eletrólito onde está instalado, da massa dos anodos e do número de anodos instalados para uma determinada estrutura a ser protegida. Dados já existentes sobre o desempenho de anodos podem ser utilizados para se obter uma provável taxa de deterioração; - dados de dimensão, profundidade de instalação e configuração de anodos, combinados com a resistividade do eletrólito podem ser utilizados para cálculo da resistência existente entre o eletrólito e o leito de anodos. Fórmulas e gráficos relativos a estes fatores podem ser encontrados na literatura e no catálogo dos fabricantes; 4 27/11/02

7 Norma Técnica SABESP NTS 180 : o projeto de sistemas de proteção por anodos galvânicos deve considerar o potencial solo/estrutura, a resistividade do eletrólito, a saída de corrente e, em alguns casos, a resistência do fio de contato do anodo; - o desempenho de anodos galvânicos, em muitos casos, pode ser melhorado pelo uso de um material de preenchimento (backfill) adequado. Gesso, bentonita e sulfato de sódio anidro são materiais normalmente utilizados; - o número de anodos de um leito assim como a sua resistência ôhmica devem, além de contemplar a proteção da estrutura, adequar-se à capacidade nominal dos retificadores adotados como padrão pela SABESP (100V/30A, 50V/30A, 50V/50A e 50V/10A); - o número de anodos para um sistema de proteção por corrente impressa pode ser diminuído e sua vida útil aumentada pelo uso de material de preenchimento (backfill) adequado. Moinha de coque metalúrgico e moinha de petróleo calcinado, em conformidade com as especificações técnicas de granulometria e resistividade elétrica, são os materiais de preenchimento normalmente utilizados; - em um sistema de corrente impressa com anodos instalados a grandes distâncias, deve-se considerar as quedas de corrente e potencial ao longo do cabo de conexão do anodo. Em alguns casos, o objetivo do projeto é otimizar o comprimento, espaçamento e tamanho dos anodos assim como o tamanho do cabo, de forma a obter uma proteção catódica eficiente também nas extremidades da estrutura. d) Em relação às planilhas e especificações referentes ao projeto de proteção catódica devem ser levados em conta os seguintes aspectos: - plantas adequadas devem ser preparadas, de forma a apresentar toda a estrutura a ser protegida, assim como a localização de todos os itens significativos da estrutura tais como: pontos de teste, ligações elétricas, equipamentos de isolação elétrica e estruturas metálicas enterradas ou imersas; - um layout adequado deve ser preparado para cada sistema de proteção catódica por corrente impressa instalado, mostrando os detalhes de localização dos componentes do sistema de proteção catódica em função da estrutura a ser protegida, incluindo neste layout os principais pontos de referência do local de instalação. Este layout deve incluir informações sobre rodovias, vias férreas e similares; - a localização dos pontos de instalação dos anodos galvânicos deve ser apresentada em planta, com notas apropriadas apresentando o tipo de anodo, peso, espaçamento, profundidade e backfill; - devem ser preparadas especificações para todos os materiais e técnicas de instalação a serem utilizadas na construção do sistema de proteção catódica. 6 INSTALAÇÃO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA Neste item estão recomendados os procedimentos que irão resultar na instalação de um sistema de proteção catódica, de forma a projetar as estruturas de maneira eficaz. Assim as considerações de projeto apresentadas no item 5 devem ser seguidas. A instalação do sistema de proteção catódica deve ser realizada de acordo com as plantas e especificações do projeto. Estas plantas e especificações devem estar de acordo com o que foi recomendado no item 5 desta norma. A instalação do sistema de proteção catódica deve ser realizada sob a supervisão de pessoal técnico treinado e qualificado para a tarefa. A estes técnicos cabe verificar se a instalação está sendo feita de acordo com as plantas e especificações. Alterações só serão admitidas se aprovadas pela unidade responsável pela análise do projeto. Toda alteração nas especificações de construção deve ser anotada nas as-built. 27/11/02 5

8 NTS 180 : 2002 Norma Técnica SABESP 6.1 Sistemas de proteção por anodos de sacrifício a) A inspeção, o manuseio e o armazenamento dos anodos galvânicos devem ser feitos de acordo com as seguintes recomendações: - anodos empacotados devem ser inspecionados e medidas tomadas para se certificar de que, durante a instalação, o material do backfill está envolvendo completamente o anodo. O envelope que abriga o backfill e o anodo deve estar em perfeito estado. Se os pacotes de anodos forem fornecidos em embalagens à prova de água, estas devem ser removidas antes da instalação dos anodos. Durante o armazenamento, os pacotes de anodos devem ser armazenados em local seco; - os cabos devem estar seguramente conectados aos anodos. Estes cabos devem ser inspecionados para se verificar seus perfeitos estados; - outros tipos de anodos galvânicos, como os do tipo bracelete ou fita, devem ser inspecionados quanto a suas dimensões conforme especificado no projeto, garantindo que nenhum dano ocorrido durante o manuseio afete o funcionamento. b) A instalação dos anodos galvânicos deve ser feita de acordo com as seguintes recomendações: - os anodos devem ser instalados segundo as especificações de construção; - na instalação, os anodos empacotados devem ser envolvidos por material adequado. Deve-se tomar cuidado para que durante a instalação os cabos e as conexões não sejam danificados. Deve haver folga suficiente no cabo para que o mesmo não fique tensionado; - nos locais onde forem utilizados anodos do tipo abraçadeira (em geral, tubos), os revestimentos existentes devem estar livres de falhas (holidays). Deve-se cuidar para que na instalação deste tipo de anodo não ocorra dano do revestimento; - onde forem usados anodos do tipo fita, estes devem ser colocados paralelos à seção a ser protegida. 6.2 Sistemas de proteção por corrente impressa A inspeção e o manuseio do sistema que utiliza corrente impressa devem ser feitos de acordo com as seguintes recomendações: - o retificador ou outra fonte de energia a ser utilizada deve ser inspecionada para assegurar que as conexões estejam elétrica e mecanicamente seguras e que a unidade está livre de danos. A corrente aplicada deve estar de acordo com a especificação de construção; - os anodos para corrente impressa devem ser inspecionados conforme as especificações referentes ao material e tamanho do anodo, comprimento do cabo conector e integridade da selagem. Deve-se tomar cuidado para evitar fratura ou dano dos anodos durante o manuseio e a instalação, caso isso ocorra deve ser substituído; - todos os cabos devem ser cuidadosamente inspecionados de forma a detectar defeitos no isolamento e verificação da continuidade do sistema. Deve-se tomar cuidado para evitar danos no isolamento e/ou rompimento dos cabos. Defeitos detectados devem ser reparados; - o material utilizado como backfill deve estar conforme o especificado. Para a instalação dos sistemas de proteção catódica devem ser tomados os seguintes cuidados: - o retificador ou outra fonte de energia deve ser instalada de forma que a possibilidade de danos ou vandalismo seja evitada ou minimizada; - os cabos do retificador devem estar de acordo com as normas e os requerimentos da companhia elétrica responsável pelo fornecimento de energia. Deve-se instalar uma chave liga/desliga externa ao circuito de corrente alternada. A caixa do retificador deve ser adequadamente aterrada; 6 27/11/02

9 Norma Técnica SABESP NTS 180 : anodos de corrente impressa devem ser enterrados verticalmente, horizontalmente ou em leitos profundos, conforme indicado nas especificações de construção. O material do backfill deve ser colocado de forma a garantir que não se formem vazios entre os anodos. Deve-se tomar cuidado durante o preenchimento do backfill para evitar danos aos anodos ou ao cabo; - o cabo proveniente do pólo negativo do retificador deve estar conectado à estrutura conforme projeto aprovado pela Sabesp. Os cabos de conexão do retificador devem ser mecanicamente seguros garantindo a continuidade elétrica do sistema. Antes da fonte de energia ser ligada, deve-se certificar que o cabo negativo está conectado à estrutura a ser protegida e o cabo positivo conectado aos anodos adequadamente. Depois de ligado, devem-se realizar medidas para verificar se o sistema está funcionando corretamente; - emendas ou reparos no cabo positivo não serão permitidos. As conexões entre o cabo positivo e os cabos que saem dos anodos devem ser mecanicamente seguras garantindo a continuidade elétrica. Se enterradas ou imersas, estas conexões devem ser seladas de forma a prevenir penetração do eletrólito, de forma que o isolamento com o ambiente seja assegurado; - cuidados devem ser tomados na instalação de cabos enterrados ligados diretamente aos anodos, de forma a evitar danos no isolamento. Deve-se deixar espaço suficiente para evitar que os cabos dos anodos sejam tracionados. O material do backfill em volta dos anodos deve estar livre de pedras e outros materiais estranhos que possam causar danos ao isolamento; - se a integridade do isolamento em cabos imersos ou enterrados não for mantida, esses cabos podem vir a falhar devido à corrosão. 7 RECEBIMENTO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA Após a conclusão dos trabalhos, a contratada deve apresentar à unidade funcional da Sabesp medições preliminares e eventuais correções necessárias, passando para a fase de energização do sistema de proteção catódica que constará dos seguintes itens: - ajustes iniciais: ligações e ajustes dos retificadores, devendo manter a regulagem dos taps até que tenha atingido potenciais mínimos de proteção em toda a sua extensão; - medições finais: visa obter um bom funcionamento do sistema e fornecer subsídios ao pessoal encarregado da operação e manutenção. Documentação necessária: - desenhos de fabricação dos retificadores e os relatórios de testes, - desenhos de fabricação dos ânodos e os relatórios de testes, - desenhos as built do sistema de proteção catódica (quando houver leito de ânodos, cadastrar no mínimo 50%, sendo obrigatória a amarração do 1º e do último), Medir as resistências de aterramento dos ânodos e anotá-las no formulário D37 conforme Anexo A, Anotar as condições de operação dos retificadores, Emitir um relatório que contenha, no mínimo, as seguintes informações: - descrição dos procedimentos adotados durante a fase de pré-operação, - relação dos materiais para instalação e montagem do sistema, - relação de instrumentos e acessórios utilizados durante a fase de pré-operação, - as leituras de corrente e tensão de saída, dos ajustes e do horímetro dos retificadores, além da data e horário das medições, - os diversos valores dos potenciais durante as várias seqüências de ajustes. 27/11/02 7

10 NTS 180 : 2002 Norma Técnica SABESP Anexo A Desenhos padrões (resumo) Nº Desenho Sabesp Descrição A-7184-D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D41 Retificador Caixa Anodos Lista de materiais do anodo Ligação ao tubo em P.V. (sem escavação) Ligação ao tubo em P.V. (com escavação) Envelopes Aterramento para RE, MI e DR Caixa de medição e interligação para 3 entradas MI Dimensões Detalhes Detalhes Caixa com 9 entradas Furação Retificador Circuito Gaveta Lista de material do retificador Retificador Poste sem medição Entrada aérea Drenagem - Poste Drenagem Caixa Drenagem Circuito Gaveta Ponto de teste Supervisão e testes para cama de anodos Interligação de tubos de F F (ponta e bolsa) Interligação de tubos de aço (junta Alvenius) Obs.1: esses desenhos estão disponíveis na forma digitalizada na Intranet Sabesp (página CD desenho padrão) Obs. 2: a fim de preservar o sistema de proteção catódica implantado, é necessário o lançamento do as built nas plantas cadastrais das instalações a serem protegidas. 8 27/11/02

11 Norma Técnica SABESP NTS 180 : 2002 Sistemas de proteção catódica projeto e implantação Considerações finais: 1) Esta norma técnica, como qualquer outra, é um documento dinâmico, podendo ser alterada ou ampliada sempre que for necessário. Sugestões e comentários devem ser enviados à Divisão de Normas Técnicas CDGN. 2) Tomaram parte na elaboração desta norma: ÁREA UNIDADE DE NOME TRABALHO AA AANA Wagner Rigó AG AGOE Zacharias Elias Filho AM AME Antônio Marco Parlângelo IV IVOM Luiz Antônio Varela IV IVOM Tony Yossif Teixeira Darido LB LBSM Renato da Cruz Silva ME MEE Antônio Jun Ito ME MEE Sérgio Yoshima MN MNNA Agustin Gonzalez Garcia CD CDGN Marco Aurélio Lima Barbosa CD CDGN Maria Célia Goulart CS CSQQ Carlos Alberto Guia Pereira CS CSQQ Eduardo de Meneses 27/11/02

12 NTS 180 : 2002 Norma Técnica SABESP Sabesp - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo Diretoria de Gestão de Assuntos Corporativos - C Superintendência de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico - CD Divisão de Normas Técnicas - CDGN Rua Costa Carvalho, CEP São Paulo - SP - Brasil Telefone: (0xx11) / FAX: (0xx11) marcoabarbosa@sabesp.com.br - Palavras-chave: proteção catódica, anodo, corrosão, potencial - 8 páginas 27/11/02