1 TÉCNICAS PARA INSPEÇÃO SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA E REVESTIMENTOS DE TUBULAÇÕES 1. Generalidades 1.1. Corrosão Nada mais é, em seu princípio mais básico, do que o processo inverso da metalurgia onde estruturas metálicas enterradas ou submersas tendem a retornar ao seu estado mineral, ou seja, trata-se da deterioração de metais e ligas por ação química do meio ambiente (água ou solo). Desta forma, as estruturas metálicas submetidas a estes ambientes estarão sob severa ação de processos corrosivos trazendo com isso enormes prejuízos ambientais, econômicos e a imagem da empresa. 1.2. Corrosão Eletroquímica Entende-se por corrosão eletroquímica os processos de destruição que se desenvolvem, por meio de eletrólitos (água do mar, solo, soluções aquosas de ácidos, bases, sais, ar atmosférico com umidade, etc...), em contato com o metal. Dentre os vários tipos de corrosão de natureza eletroquímica, temos a Corrosão Galvânica. Ela é resultante do contato elétrico de materiais dissimilares presentes em um mesmo eletrólito e este tipo de corrosão será tão mais intenso quanto mais distantes forem os materiais na tabela de potenciais eletroquímicos. Quando isto ocorre, o metal que libera corrente para o eletrólito se corrói, tendo comportamento anódico, e é denominado anodo. O metal que recebe a corrente do eletrólito fica protegido e é chamado de catodo, por adquirir comportamento catódico.
2 1.3. Sobre as Técnicas de Prevenção Contra Corrosão Dados estatísticos mostram que a corrosão externa é uma das maiores causas de vazamentos em tubulações enterradas, assim, os dutos devem ser protegidos contra o processo corrosivo, o que pode ser feito mediante uma combinação entre Revestimentos Mecânicos e Sistemas de Proteção Catódica. Os mais atuais ensaios e técnicas de engenharia aceitam e recomendam, uma combinação de Revestimentos Mecânicos e Proteção Catódica, como a medida mais efetiva para prevenir e controlar os efeitos da corrosão externa sobre dutos enterrados. 1.3.1. Os Revestimentos Mecânicos Representam a primeira linha de defesa contra a corrosão externa e geralmente proporcionam uma excelente proteção. No entanto, todos eles são passíveis de deterioração com o tempo, devido à absorção de água, pressões e ou abrasões geradas pela compactação do solo, danos causados por raízes, ataques bacteriológicos e numerosas outras causas. Deteriorado ou danificado o revestimento, as superfícies de aço expostas ao meio eletrólito (terra ou água), estarão sujeitas à perda da massa metálica e, se esta condição se mantém por algum tempo, corrosão e vazamentos serão inevitáveis. 1.3.2. A Proteção Catódica Atuando como a segunda linha de defesa contra a corrosão externa, tem por objetivo proteger a tubulação nos locais onde haja falhas do revestimento, e sua função é a de inibir o processo de corrosão. Com base no mesmo princípio da corrosão eletroquímica (fluxo de corrente gerado pela diferença de potencial entre materiais), estudos de engenharia realizados mostram que é possível reduzir a níveis insignificantes o processo que deterioração do metal, injetando-se uma corrente elétrica de proteção na estrutura através do eletrólito, forçando uma situação em que seu potencial apresente valores mais negativos em relação ao meio circulante, assumindo assim um comportamento catódico. 1.3.2.1. Proteção Catódica por Corrente Impressa: Por sua eficiência e maior longevidade o método de Proteção por Corrente Impressa é o mais indicado para grandes estruturas. Os projetos elaborados pela SEMPRO prevêem vida útil média de vinte anos para um sistema, após isso os anodos deverão ser substituídos. Naturalmente a longevidade do sistema é diretamente proporcional a um procedimento de manutenção adequado.
3 Os componentes principais de um Sistema de Proteção Catódica por Corrente Impressa são: Unidade Retificadora - Converte a corrente alternada para corrente contínua que será drenada pelos anodos. Anodos Inertes Um projeto bem elaborado deverá dimensionar um leito de anodos (no caso de instalação no solo) determinando a massa anódica necessária para uma boa distribuição da corrente ao longo de toda a estrutura a ser protegida. Pontos de Medição ou Teste Desempenham um papel fundamental no procedimento de manutenção do sistema, pois permitem que seja monitorada a diferença de potencial entre a estrutura a ser protegida e o meio eletrólito. É através destes pontos que, por meio de Técnicas Especiais de Inspeção, podese garantir a Eficiência Operacional do sistema implementando-se correções e ou ajustes necessários. 2. Objetivo das Inspeções por Técnicas Específicas O fator determinante para a eficácia da combinação de métodos conforme descrevemos, é o controle de um delicado equilíbrio entre o estado em que se encontra o revestimento e os níveis de corrente injetados pelo Sistema de Proteção Catódica. Níveis efetivos de proteção serão atingidos se as diferenças de potenciais tubo/solo forem mantidas dentro de uma faixa delimitada por valores usualmente adotados e aceitos internacionalmente (entre 850mV e -1.140mV registrados com potencial OFF ). A partir deste conceito, deve-se então considerar uma ligeira queda dos potenciais tubo/solo desde os pontos de máximo potencial (próximas aos pontos de injeção de corrente) até os pontos de mínimo potencial (os mais distantes dos pontos de injeção de corrente). A intensidade da queda deste potencial vai depender fundamentalmente da condição e do estado em que se encontra o revestimento da tubulação ou estrutura protegida. É possível inspecionar e avaliar o revestimento e o Sistema de Proteção Catódica da tubulação aplicando-se uma combinação de técnicas que permitam determinar o real estado de equilíbrio entre ambos os Sistemas Anticorrosivos instalados, a saber: CIS Close Interval Survey (Passo a Passo) DCVG "Direct Current Voltage Gradient" (Gradiente de Tensão DC)
4 3. CIS ( Close Interval Survey ) ou Passo a Passo Esta técnica de inspeção foi desenvolvida para análises detalhadas de níveis de Proteção Catódica em dutos e consiste na medição contínua dos potenciais tubo/solo, medidos em espaços próximos. O operador caminha sobre a geratriz superior do duto estendendo um cabo ou fio muito fino, que deverá estar conectado no Ponto de Medição ou Ponto de Teste mais próximo. Um segundo cabo deve ser conectado a um par de semi-células de cobre sulfato de cobre e um Registrador SEMPRO RGD 512.1 V S20 com o qual se fará o armazenamento das leituras para posterior análise dos registros. Objetivando eliminar os erros de medição causados pelo fluxo de corrente entre a tubulação e as semi-células (queda de % IR ) os potenciais devem ser registrados com a injeção de corrente ligada (potenciais ON ) e desligada (potenciais OFF ). Assim, para se obter os potenciais OFF, devem ser instaladas Chaves Interruptoras de Correntes Sincronizadas via satélite modelo SEMPRO CIS em todos os retificadores que possam afetar o trecho de dutos que estão sendo inspecionados, inclusive possíveis fontes de interferência de outros sistemas de PC instalados nas proximidades se houver. A fim de se evitar efeitos de despolarização dos dutos, os ciclos de interrupção de corrente devem ser executados em uma relação de 4 para 1, quanto menor o intervalo de cada ciclo, mais precisas as leituras e maior a facilidade para interpretação técnica dos registros. Os dados registrados com potencial ON servem principalmente para indicar uma condição aproximada do estado de revestimento dos dutos, já que nos locais de boa qualidade de revestimento os perfis dos potenciais deverão se manter estáveis e, nos locais onde existirem defeitos, o registrador deverá indicar um pico de potencial. O pico será tão mais intenso quanto maior for o defeito do revestimento. Nos locais onde o revestimento estiver danificado em longos trechos, o perfil dos potenciais registrados será instável com inúmeros picos visíveis no gráfico gerado pelo SEMPRO RGD 512.1 e uma queda generalizada nos valores dos potenciais poderão ser observadas. Já os dados registrados com potencial Off servem para identificar os níveis exatos de polarização sobre os dutos e, se inferiores a 850mV indicam níveis inadequados de proteção e pode existir a possibilidade de corrosão. Se superiores a 1.140mV, indicam polarização excessiva, o que pode resultar em severos danos ao revestimento da tubulação nestes locais.
5 Em resumo a técnica CIS se aplica para: Identificar áreas de sub-proteção, indicando possibilidades de corrosão. Identificar áreas de super proteção, indicando possibilidades de danos ao revestimento. Avaliar a condição aproximada do revestimento dos dutos. Identificar possíveis interferências elétricas que estejam afetando os dutos. 4. DCVG (Direct Current Voltage Gradient) A técnica de DCVG foi desenvolvida objetivando avaliar defeitos no revestimento de tubulações enterradas e consiste em efetuar leituras e analisar os gradientes de potencial no eletrólito (terra) e determinando a direção do fluxo da corrente. Considerando que a Proteção Catódica gera um fluxo de corrente até os pontos do metal expostos da tubulação, os defeitos podem ser localizados individualmente e a grande sensibilidade dos instrumentos de DCVG permite localizar até os mais ínfimos pontos danificados no revestimento com uma precisão de 10 cm. Localizado o defeito, pode-se determinar sua importância seguindo-se 4 parâmetros: 4.1. Quanto à Extensão do Defeito. Medindo-se a diferença de potencial entre o epicentro do defeito e a terra referência (ponto longitudinal eqüidistante) pode-se obter um valor expresso por uma fração da mudança do potencial da tubulação (o incremento do potencial gerado pela injeção do Sistema de Proteção Catódica) para calcular um percentual chamado % IR. Os defeitos podem então ser classificados, segundo seus respectivos valores de percentual IR, em quatro distintas categorias, a saber: Categoria 1: (51-100%IR) São considerados críticos e recomenda-se reparo no mais curto prazo possível. A extensão do metal exposto ao meio eletrólito impede o funcionamento da proteção catódica de maneira eficiente aumentando assim, consideravelmente, o risco de corrosão. O inevitável aumento do consumo de corrente relacionado com estes defeitos certamente poderá ocasionar uma proteção inadequada às zonas mais distantes dos pontos de injeção de corrente do sistema.
6 Categoria 2: (36-50%IR) Recomenda-se para estes casos um cronograma de manutenção e reparo em médio prazo, pois, ainda que estejam adequadamente protegidos neste estágio, tais defeitos são sensíveis à variação da eficiência do Sistema de Proteção Catódica e ou à sua causalidade (deterioração bacteriológica, por exemplo), elevando-o à categoria A. Categoria 3: (16-35%IR) Nesta categoria pode-se classificar os reparos de médio em longo prazo, segundo os critérios de operação do duto. Categoria 4: (0-15%IR) De menor importância, não se recomenda reparos a esta categoria de defeitos uma vez que, com o Sistema de Proteção Catódica em boas condições de manutenção, tais pontos estariam bem protegidos por longos períodos. 4.2. Quanto à Forma e Características do Defeito. Inspetores qualificados e com larga experiência em DCVG estão capacitados para determinar a forma e a característica do defeito no revestimento mediante um exame minucioso dos gradientes de potencial em torno do defeito. Estes dados fornecem informações relevantes para determinar a amplitude das escavações, quantidade de materiais e recursos necessários para efetuar os reparos. 4.3. Quanto ao Estado de Corrosão do Defeito. Em algumas situações especificas o DCVG pode proporcionar informe adicional sobre o estado de corrosão de cada defeito. Mencionou-se anteriormente que a técnica é capaz de determinar a direção do fluxo de corrente pelo eletrólito que esta em volta da tubulação. Dado que a corrosão resulta em um fluxo de corrente a partir do defeito e que a proteção catódica resulta em um fluxo de corrente até o defeito, Torna-se possível estimar o grau de corrosão sobre a superfície do aço exposto ao eletrólito. 4.4. Quanto a Interferências de Outros Sistemas e Tubulações. Sabe-se que outros Sistemas de Proteção Catódica e outras tubulações ou estruturas metálicas podem gerar interferências recíprocas. Estudos podem ser realizados por operadores experientes em DCVG objetivando obter informes sobre tais interferências. A fim de facilitar o entendimento, vamos denominar DUTO A o duto que esta sendo inspecionado e DUTO B um outro duto qualquer. Interferências no DUTO B serão registradas nesses dutos com sinais de DCVG anódicos ( uma redução de potencial devido à injeção de corrente pelo Sistema de Proteção Catódica). Interferências a partir do DUTO B serão localizadas como defeitos anódicos no DUTO A e se registrarão sinais de DCVG catódicos no DUTO B.
7 Em resumo a técnica DCVG permite: Identificar a localização exata dos defeitos no revestimento do duto. Determinar o grau de importância destes mesmos defeitos. Avaliar a extensão dos defeitos localizados. Identificar e investigar interferências que possas estar afetando o duto Determinar a localização exata dos anodos instalados. 5. Uso Combinado das Técnicas de CIS e DCVG. A combinação das técnicas CIS DCVG possibilita uma inspeção que permite avaliar ambos os Sistemas Preventivos de Corrosão Externa (Revestimento e Proteção Catódica). A técnica CIS fornece informação exata sobre a eficiência do Sistema de Proteção Catódica e aproximada sobre a condição do revestimento do duto. A técnica DCVG fornece a condição exata do revestimento, determinando a localização, gravidade e extensão dos defeitos. Sendo empregada após um exame detalhado sobre as áreas problemáticas identificadas pelo CIS. Com os dados da inspeção CIS DCVG, o departamento de manutenção receberá uma planilha contendo as seguintes classificações por níveis de reparos: Nível A: Neste nível estarão as áreas de sub-proteção, onde os potenciais tubo/solo não cumprem os critérios para proteção do duto, em função dos defeitos no revestimento, que são analisados com DCVG. Nível B: Incluirá os defeitos de revestimento indicados na categoria A de % IR e os defeitos contínuos da categoria B de % IR determinados pelo DCVG. Para estes defeitos recomenda-se reparo a curto/médio prazo a fim de eliminar altos consumos de Corrente de Proteção Catódica nestas zonas e permitir uma melhor distribuição ao longo de todo o duto. Nível C: Aqui estarão inclusos os defeitos pontuais indicados na categoria B de % IR e os defeitos contínuos da categoria C de % IR. Para estes defeitos recomenda-se reparo a médio/longo prazo de acordo com a possibilidade operacional e critérios definidos pelos departamentos de manutenção e operação responsáveis pelo duto.
8 1 Metodologia de Trabalho em Campo. PROCEDIMENTO DE INSPEÇÃO 1.1 Utilizando-se um localizador se procederá a determinação do traçado do duto, sinalizando-o com estacas a cada 50 metros. 1.2 Serão localizados os Equipamentos de Proteção Catódica (Retificadores ou Unidades de Corrente Impressa) mais próximos da zona de inspeção e se fará a verificação de seu funcionamento. Caso os equipamentos estejam fora de operação deverão ser tomadas providências para sanar tal circunstância. É possível estabelecer um Sistema Temporário de Injeção de Corrente. 1.3 Em cada retificador será instalado uma Chave Eletrônica Temporizada ou Chaves Eletrônicas com Sincronização Via Satélite (para os casos de mais de um Retificador) com o objetivo de possibilitar a interrupção de corrente, estabelecendo o ciclo On e Off das fontes de energia. A interrupção dos Retificadores será efetuada com freqüências rápidas, na proporção de 4:1( 800 milesegundos On e 200 milesegundos Off ). Estes tempos poderão ser modificados nos casos em que as circunstâncias o aconselhem (tais modificações serão justificadas tecnicamente). 1.4 Serão localizados os marcos de identificação e sinalização do duto, bem como os Pontos de Teste, com base nos quais se verificarão as distâncias percorridas pelo Equipamento de Medição de Potenciais. 1.5 Serão executadas as medições de potenciais tubo/solo com o auxilio de um Voltímetro de alta precisão modelo DVM 3300. Uma conexão será feita no Ponto de Teste através de uma bobina de fio de cobre e outra conexão será feita a duas varas com Semi-células de cobre sulfato de cobre. Estas semi-células deverão estabelecer um bom contato com o solo a medida em que o operador avance passoa-passo, sobre o traçado da tubulação. Em se detectando variações significativas de potencial tubo/solo (superior a 25 mv), durante as tomadas de potencial, devido a uma elevada resistência de contato semi-célula/solo, deverá ser umedecido o solo nos pontos de contato. 1.6 Os dados obtidos em campo e registrados no DVM 3300 deverão ser transferidos diariamente a um computador portátil tipo Laptop quando se tomará o cuidado de efetuar cópias de segurança dos dados em disquetes ou CD s. 1.7 Nos casos em que se detectar anomalias dos potenciais, o monitoramento será completado pelo operador que executará os cálculos e o procedimento especifico de avaliação DCVG. Será interrompida uma das fontes de corrente com ciclos On de 300 milesegundos e Off de 700 milesegundos. As sondagens se farão em intervalos regulares segundo as falhas encontradas. Uma vês localizado o epicentro do defeito, se quantificará sua importância determinando o gradiente de potencial em relação a terra referência e comparando-o com os valores de referencia obtidos nos Pontos de Teste.
9 1.8 Nos pontos onde se verifiquem falhas significativas julgadas graves, se recomendará à abertura imediata para inspeção visual do revestimento e registro para relatório fotográfico. Estes dados deverão ser registrados em planilha especifica e em separado do estudo básico dos potenciais. 1.9 Todos os elementos de referência visualizados e ou identificados no campo (vias férreas, estradas ou ruas, rios, cruzamentos com outras tubulações, etc...) serão registrados de maneira tal que permitam identificação com os pontos referencias da inspeção e preferencialmente checados e comparados com os Desenhos do Projeto(As Built) da tubulação. 2 Relatórios. 2.1 Com os dados recolhidos no campo, serão gerados gráficos dos potenciais registrados, com indicações dos elementos referenciais. 2.2 Será fornecido um relatório final referente ao duto inspecionado, indicando os dados relevantes e uma planilha contendo um resumo de todas as falhas detectadas, bem como recomendações de ações corretivas cabíveis, apontadas pela inspeção. 2.3 Sempre que possível, nos casos em que se recomende escavação imediata para os casos de falhas significativas julgadas graves, um técnico da equipe da SEMPRO deverá ter acesso à sondagem para inclusão dos registros visuais em relatório fotográfico. Gráfico DCVG