2 - DUTOS TERRESTRES NOVA - Curso de Engenharia de...
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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
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• 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
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SIMULAÇÃO DO ESCOAMENTO DO FLUIDO
DIMENSIONAMENTO MECÂNICO
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• 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%
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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
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• 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
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• 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
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INICIANDO UM PROJETO DE PC
• Comprimento;• Revestimento;• Cruzamentos/travessias;• Faixa nova/existente.
Áreas de válvula
Estação Estação
Juntas isolantes
CRUZAMENTOS
Com linhas de transmissão
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CRUZAMENTOS
Com dutos de terceiros
CRUZAMENTOS
Com sistemas ferroviários ou rodoviários
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TRAVESSIAS
Rios, mangues
VANDALISMOS
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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
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RESISTIVIDADES TÍPICAS
MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE
Equipamento: TERRÔMETRO
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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...
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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
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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
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DEFININDO LOCAL PARA O LEITO DE ANODOS – EXEMPLO 1
DEFININDO LOCAL PARA O LEITO DE ANODOS – EXEMPLO 2
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RETIFICADOR E LEITO DE ANODOS
RETIFICADOR
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RETIFICADOR
RETIFICADOR
Indicadores de tensão e corrente de saída
Shunt
Disjuntor
Ajuste da saída
Horímetro
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RETIFICADOR
Transformador
Coluna retificadora
RETIFICADOR
Fusíveis
Protetores de surtos
Alimentação Saída
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LEITO DE ANODOS
LEITO DE ANODOS RASOS
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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.
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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
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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:
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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
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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.
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LEITO DE ANODOS PROFUNDO
Caixa de resistores: Localização:
LEITO DE ANODOS PROFUNDO - RESTRIÇÃO
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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.
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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
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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.
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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.
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TIPOS DE JUNTA ISOLANTETipo monobloco
TIPOS DE JUNTA ISOLANTE
Tipo em par de flanges
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JUNTAS ISOLANTESSurtos de tensão
Duto
Junta
Suportabilidade típica: 5 kV
JUNTAS ISOLANTES
Junta danificada
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JUNTAS ISOLANTES
Proteção contra surtos de tensão
DUTO
CENTELHADOR OU SUPRESSOR DE TRANSIENTES
JUNTAS ISOLANTES
Proteção contra surtos de tensão
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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.
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PONTO DE TESTE
Isolamento da solda para evitar o par
galvânico aço/cobre e, conseqüentemente, a
corrosão do duto.
DETALHE DA SOLDA
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SOLDA E ISOLAMENTO
Evitar usar massa epóxi para isolar a conexão!
TRECHOS AÉREOS
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TRECHOS AÉREOS
Alternativa: terminal olhal soldado e pintado.
PONTOS DE TESTE
![Page 44: 2 - DUTOS TERRESTRES NOVA - Curso de Engenharia de Dutossulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/Prot_Catodica_Parte2.pdf · • Atividades envolvidas: – Definição do traçado; – Estudo](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020317/5be3092209d3f288328cc68a/html5/thumbnails/44.jpg)
PONTOS DE TESTE
Soluções para faixas com alto vandalismo:
PONTOS DE TESTE
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Nova utilidade: Varal!
PONTOS DE TESTE
MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF
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MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF
IR
IRVV FalhaVoltímetro
MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF
IRVV FalhaVoltímetro 0
Solução: I=0
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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
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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
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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
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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
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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
![Page 52: 2 - DUTOS TERRESTRES NOVA - Curso de Engenharia de Dutossulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/Prot_Catodica_Parte2.pdf · • Atividades envolvidas: – Definição do traçado; – Estudo](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020317/5be3092209d3f288328cc68a/html5/thumbnails/52.jpg)
CABO APROPRIADO
Chave 1 Chave 2
MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF
Chave 1 Chave 2
MEDIÇÃO DE POTENCIAL ON-OFF
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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:
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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
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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
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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!
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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
![Page 58: 2 - DUTOS TERRESTRES NOVA - Curso de Engenharia de Dutossulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/Prot_Catodica_Parte2.pdf · • Atividades envolvidas: – Definição do traçado; – Estudo](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022020317/5be3092209d3f288328cc68a/html5/thumbnails/58.jpg)
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
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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