PROTEÇÃO CATÓDICA PROGRAMAÇÃO

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1 PROTEÇÃO CATÓDICA EFETIVO COMBATE À CORROSÃO ELETROQUÍMICA PARTE 2: PROTEÇÃO CATÓDICA DE DUTOS TERRESTRES Este material contém informações classificadas como NP1 PROGRAMAÇÃO 1.Introdução: Projeto de dutos; 2.Levantamentos de campo para projeto de PC; 3.Componentes do sistema; 4.Inspeção.

2 PROJETO DE UM DUTO Atividades envolvidas: Definição do traçado; Estudo do escoamento do fluido e dimensionamento mecânico; Implantação da faixa de dutos; Proteção anticorrosiva. DEFINIÇÃO DA DIRETRIZ DE UM DUTO

3 SIMULAÇÃO DO ESCOAMENTO DO FLUIDO DIMENSIONAMENTO MECÂNICO

4 Geração de Plantas e Perfis; Sondagens; IMPLANTAÇÃO DA FAIXA Estudos hidrológicos; Estudos de travessias e cruzamentos. PROTEÇÃO ANTICORROSIVA REVESTIMENTO Coaltar 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%

5 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

6 REQUISITOS DE PROJETO DE PC 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. LEVANTAMENTOS PARA NOVOS PROJETOS DADOS DO DUTO 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, tuboscamisa e furos direcionais.

7 LEVANTAMENTOS PARA NOVOS PROJETOS CONDIÇÕES AMBIENTAIS 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 ADICIONAIS PARA UMA ESTRUTURA EXISTENTE Quando a estrutura já existe, é possível fazer um levantamento mais profundo: Medição de potencial natural; Pesquisa de correntes de interferência; Testes de corrente.

8 INICIANDO UM PROJETO DE PC Juntas isolantes Áreas de válvula Estação Comprimento; Revestimento; Cruzamentos/travessias; Faixa nova/existente. Estação CRUZAMENTOS Com linhas de transmissão

9 CRUZAMENTOS Com dutos de terceiros CRUZAMENTOS Com sistemas ferroviários ou rodoviários

10 TRAVESSIAS Rios, mangues VANDALISMOS

11 LEVANTAMENTO DA RESISTIVIDADE DO SOLO O levantamento da resistividade ao longo do duto é importante 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. Corrosividade 1 Função eletrólito

12 RESISTIVIDADES TÍPICAS MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE Equipamento: TERRÔMETRO

13 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 NBR7117. A técnica consiste em cravar no solo 4 hastes alinhadas e separadas pela mesma distância a, ligadas ao terrômetro.

14 MÉTODO DOS 4 PINOS OU DE WENNER R a = 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, dividindoo pela corrente imposta pelo aparelho nos terminais externos, fornecendo o valor da resistência Ra. A resistividade do solo a profundidade a é dada por: 2 a a R a

15 MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE SOIL BOX Este método é utilizado 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.

16 MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE SOIL BOX Medição da resistividade na soil box: [ m] RMedido[ ] 2 S[ m ] L[ m] Modelos comerciais geralmente dimensionam seus produtos para facilitar a medição. MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE Ao longo do duto (a cada 500 m Norma PETROBRAS N2298) 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.

17 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.

18 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.

19 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...

20 PREMISSAS DE PROJETO DE PC Exemplo: duto com aproximadamente 170 km Levantamento de regiões propícias à instalação do retificador e leito de anodos Estação A Estação B Estação C Km 0 Km Km 97 REPRESENTAÇÃO ELÉTRICA DA PC Desejável que o anodo fique em uma região de baixa resistividade

21 RESISTÊNCIA DE UM ANODO COM O SOLO Resistência de um anodo instalado verticalmente com a terra: R v, re 8L n 1 2 L d Onde: ρ: Resistividade elétrica do solo (Ωm); L: Comprimento do anodo; d: Diâmetro do anodo. RESISTÊNCIA DE N ANODOS COM O SOLO Resistência de vários anodos instalados verticalmente com a terra: 8L 2L R v, re n 1 n(0,656n) 2 NL d s Onde: ρ: Resistividade elétrica do solo (Ωm); L: Comprimento do anodo; d: Diâmetro do anodo; N: Número de anodos; s: Espaçamento entre anodos.

22 DEFININDO LOCAL PARA O LEITO DE ANODOS EXEMPLO 1 DEFININDO LOCAL PARA O LEITO DE ANODOS EXEMPLO 2

23 RETIFICADOR E LEITO DE ANODOS RETIFICADOR

24 RETIFICADOR RETIFICADOR Ajuste da saída Indicadores de tensão e corrente de saída Shunt Horímetro Disjuntor

25 RETIFICADOR Transformador Coluna retificadora RETIFICADOR Protetores de surtos Fusíveis Alimentação Saída

26 LEITO DE ANODOS LEITO DE ANODOS RASOS

27 CONEXÕES ELÉTRICAS MUFLAS LEITO DE ANODOS DETALHES Anodos em contato com o solo Desgaste aleatório; Solo nas adjacências fica ressecado; Alta resistência R ANODO ; Autocorrosão e a passivação dos anodos galvânicos.

28 LEITO DE ANODOS DETALHES Anodos em contato com o solo LEITO DE ANODOS DETALHES Anodos inertes Chapa fina de aço Moinha de coque metalúrgico ou coque calcinado de petróleo

29 LEITO DE ANODOS DETALHES Anodos galvânicos Saco de aniagem Gesso, bentonita e NaSO 4 RESISTÊNCIA DO ANODO Resistência de um anodo instalado verticalmente com a terra:

30 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. Estação A Estação B Estação C Km 0 Km Km 97

31 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.

32 LEITO DE ANODOS PROFUNDO Caixa de resistores: Localização: LEITO DE ANODOS PROFUNDO RESTRIÇÃO

33 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, levantase 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.

34 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 préoperação, devese atentar para possíveis interferências. DUTOS DA TRANSPETRO REGIÃO SE

35 JUNTA ISOLANTE A corrente de proteção é dimensionada para o trecho enterrado do duto, entre duas estações. JUNTA ISOLANTE Perda de corrente Como o duto está interligado à malha de aterramento das estações há uma perda de corrente de proteção catódica do duto. Perda de corrente

36 JUNTA ISOLANTE Para evitar a perda de corrente, instalase um isolamento elétrico nas extremidades do duto, logo após o afloramento do mesmo. TIPOS DE JUNTA ISOLANTE Tipo monobloco Os trechos verdes e vermelho (metálicos) estão eletricamente isolados.

37 TIPOS DE JUNTA ISOLANTE Tipo monobloco TIPOS DE JUNTA ISOLANTE Tipo em par de flanges

38 JUNTAS ISOLANTES Surtos de tensão Junta Duto Suportabilidade típica: 5 kv JUNTAS ISOLANTES Junta danificada

39 JUNTAS ISOLANTES Proteção contra surtos de tensão CENTELHADOR OU SUPRESSOR DE TRANSIENTES DUTO JUNTAS ISOLANTES Proteção contra surtos de tensão

40 INSPEÇÃO DO SISTEMA MEDIÇÃO DE POTENCIAL NBR ISO : 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 tubosolo, 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 (tuboscamisas); Juntas isolantes; Afloramentos.

41 PONTO DE TESTE DETALHE DA SOLDA Isolamento da solda para evitar o par galvânico aço/cobre e, conseqüentemente, a corrosão do duto.

42 SOLDA E ISOLAMENTO TRECHOS AÉREOS Evitar usar massa epóxi para isolar a conexão!

43 TRECHOS AÉREOS Alternativa: terminal olhal soldado e pintado. PONTOS DE TESTE

44 PONTOS DE TESTE PONTOS DE TESTE Soluções para faixas com alto vandalismo:

45 PONTOS DE TESTE Nova utilidade: Varal! MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF

46 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF V Voltímetro V Falha IR IR MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF V Voltímetro V Falha Solução: I=0 IR 0

47 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF Vcc (Cu/CuSO 4 ) 1,60 0,95 POTENCIAL ON POTENCIAL OFF POTENCIAL LOGO APÓS I = 0 RETIFICADOR LIGADO V ON = 1,60 Vcc V OFF = 0,95 Vcc I = 0 IR = 0 DESPOLARIZAÇÃO Tempo RETIFICADOR DESLIGADO

48 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF NBR ISO MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF Chaveamento automático do retificador: Chave ONOFF ou chave de sincronismo Display Ajuste tempo ONOFF Para o (+) retificador Para o leito de anodos

49 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF PT01 1,60 0,95 Potencial ON = 1,60 V Potencial OFF = 0,95 V

50 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF PT02 1,90 1,02 Potencial ON = 1,90 V Potencial OFF = 1,02 V MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF PT03 1,78 0,98 Potencial ON = 1,78 V Potencial OFF = 0,98 V

51 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF O QUE ACONTECE QUANDO O DUTO POSSUI MAIS DE UM RETIFICADOR? MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF O potencial OFF deve ser medido logo depois do desligamento simultâneo de todos os retificadores (e/ou leitos de anodos galvânicos), para que não haja nenhuma corrente no solo

52 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF CABO APROPRIADO Chave 1 Chave 2 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF Chave 1 Chave 2

53 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF PT12 2,10 0,89 Potencial ON = 2,10 V Potencial OFF = 0,89 V MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF Gráficos Reais:

54 MEDIÇÃO DE POTENCIAL ONOFF Atualmente, chaves eletromecânicas não são mais utilizadas... Perdem o sincronismo em alguns dias. Chave controlada por GPS ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA 1ª tentativa com I 1 = 5 A e I 2 = 5 A

55 ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA 2,85 2,6 2,35 2,1 1,85 1,6 1,35 1,1 0,85 0,6 1ª tentativa com I 1 = 5 A e I 2 = 5 A V (Cu/CuSO 4 ) DEPOIS DA POLARIZAÇÃO LA 1 LA ON OFF d (km) ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA 2ª tentativa com I 1 = 7 A e I 2 = 8 A

56 ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA 2,85 2,6 2,35 2,1 1,85 1,6 1,35 1,1 0,85 0,6 2ª tentativa com I 1 = 7 A e I 2 = 8 A V (Cu/CuSO 4 ) DEPOIS DA POLARIZAÇÃO LA 1 LA ON OFF d (km) 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!

57 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! 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA V (Cu/CuSO 4 ) I RET =600mA DEPOIS DA POLARIZAÇÃO RET 0,85 V ON OFF d (km)

58 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 ENERGIZAÇÃO DE UM SISTEMA V (Cu/CuSO 4 ) I RET =310mA DEPOIS DA POLARIZAÇÃO RET 0,85 V ON OFF d (km) NOVO RECURSO: CUPOM DE PROTEÇÃO CATÓDICA + VOLTÍMETRO PTE CHAVE ONOFF NÍVEL DO SOLO ELETRODO PORTÁTIL (Cu/CuSO 4 ) DUTO LINHA DE CENTRO DO DUTO CUPOM

59 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