A proteção catódica dos dutos terrestres

Saiba quais são as recomendações para os levantamentos preliminares, projeto, materiais, equipamentos, instalação, pré-operação, operação, inspeção e manutenção de sistemas de proteção catódica para dutos terrestres.

catódica

Da Redação –

Os dutos terrestres são usados no transporte de gás, água, derivados de petróleo e minérios, etc. No subsolo, o material está frequentemente exposto a diversos agentes agressivos, como corrosão, interferências elétricas ou influências eletromagnéticas. Caso não exista a proteção adequada, podem ocorrer vazamentos ou outros acidentes que provocam danos às pessoas e ao meio ambiente.

A proteção catódica é um método bastante eficiente para manter a integridade de sistemas enterrados. É uma tecnologia que permite aos engenheiros garantir a proteção contra corrosão. E não somente de instalações no subsolo, mas também daquelas submersas, em especial, na água do mar.

A NBR ISO 15589-1 de 12/2016 – Indústrias de petróleo, petroquímica e gás natural – Proteção catódica de sistemas de transporte por dutos – Parte 1: Dutos terrestres especifica requisitos e fornece recomendações para os levan­tamentos preliminares, projeto, materiais, equipamentos, instalação, pré-operação, operação, ins­peção e manutenção de sistemas de proteção catódica para dutos terrestres, conforme definido na ISO 13623 ou EN 14161, para as indústrias de petróleo, petroquímica e gás natural; e na EN 1594 ou EN 12007-1 e EN 12007-3, usadas pelas indústrias de abastecimento de gás na Europa.

Todo o conteúdo desta parte da NBR ISO 15589 aplica-se aos dutos terrestres e sistemas de tubulações utilizados em outras indústrias e que transportam outros produtos, como gases industriais, águas ou minérios. Aplica-se aos dutos enterrados, aos trechos de dutos submarinos protegidos por instalações de proteção catódica terrestres e aos trechos imersos de dutos terrestres, tais como travessias de rios ou lagos.

Especifica requisitos para dutos de aço-carbono, aço inoxidável, aço fundido, aço galvanizado ou cobre. No caso de uso de outros materiais de duto, os critérios a serem aplicados são definidos sob a responsabilidade do operador do duto. Não se aplica aos dutos feitos de concreto armado, podendo ser aplicada, neste caso, a EN 12696. Eventualmente ocorrem condições especiais em que a proteção catódica é ineficaz ou apenas parcialmente eficaz, como blindagem (por exemplo, descolamento de revestimentos, revestimentos isolantes térmicos, solo rochoso etc.) e contaminantes incomuns no eletrólito.

A proteção catódica de um duto é obtida pelo fornecimento de uma corrente contínua suficiente para a superfície externa do tubo, de maneira que o potencial aço-eletrólito se reduza a valores em que a taxa de corrosão externa seja insignificante. A proteção catódica é normalmente usada em conjunto com um sistema de revestimento protetor adequado para proteger as superfícies externas de dutos de aço contra a corrosão.

É necessário que os usuários desta parte da NBR ISO 15589 estejam cientes de que requisitos adicionais ou diferentes podem ser necessários às aplicações específicas. Esta parte da não pretende inibir o uso de equipamentos ou soluções de engenharia alternativas para aplicações específicas. Isto pode ser particularmente aplicável onde houver tecnologia inovadora ou em desenvolvimento.

Quando uma alternativa é oferecida, é necessário que quaisquer mudanças em relação a esta parte da NBR ISO 15589 sejam identificadas e documentadas. O pessoal que executa o projeto, supervisão da instalação, pré-operação, supervisão da operação, medições, monitoração e supervisão da manutenção de sistemas de proteção catódica deve possuir um nível de competência adequado para os serviços realizados.

A EN 15257 ou o Programa de Treinamento e Certificação em Proteção Catódica da NACE constituem métodos adequados de avaliação e certificação da competência do pessoal de proteção catódica. Recomenda-se que a competência do pessoal de proteção catódica para o nível apropriado para os serviços realizados seja demonstrada por certificação em conformidade com os procedimentos de pré-qualificação, como os da EN 15257, do Programa de Treinamento e Certificação em Proteção Catódica da NACE ou qualquer outro sistema equivalente.

Deve-se evitar a aplicação da polarização catódica de 100 mV a temperaturas de operação acima de 40°C, em solos contendo BRS, quando puderem existir correntes de interferência, correntes compensadoras ou correntes telúricas ou quando houver risco de corrosão sob tensão. Além disso, o método da polarização catódica não pode ser usado no caso de dutos conectados ou constituídos de metais mistos.

Para a aplicação de proteção catódica, o duto ou o trecho do duto a ser protegido deve ser eletricamente contínuo. Recomenda-se que o duto seja revestido e eletricamente isolado de outras estruturas e sistemas de aterramento. Caso o duto não seja eletricamente isolado de outras estruturas e sistemas de aterramento, devem ser apresentadas as justificativas.

Os revestimentos são universalmente aplicados a dutos enterrados para fornecer proteção primária, enquanto a proteção catódica protege as áreas danificadas do revestimento. Os revestimentos reduzem as necessidades gerais de corrente de proteção catódica e, como consequência, o risco de interferências com estruturas enterradas adjacentes.

A resistência elétrica longitudinal do duto ou trecho do duto a ser protegido deve ser baixa e os componentes que podem aumentar essa resistência devem ser curto-circuitados, por exemplo, através de cabos ou ligações elétricas metálicas de baixa resistência com uma seção transversal adequada. Em dutos não soldados, a continuidade elétrica no trecho a ser protegido deve ser obtida por meio de interligações elétricas permanentes, usando-se conectores de alta resistência mecânica e conexões confiáveis.

A continuidade dos dutos não soldados deve ser verificada através da realização de medições de resistência e potencial. Eventualmente, pode ser necessário curto-circuitar dispositivos de isolamento para medições ou outras finalidades. Caso esta conexão elétrica seja permanente, convém que seja efetuada em um ponto de teste.

Contatos metálicos ou resistivos entre o duto e outras estruturas ou a ligação direta a sistemas de aterramento devem ser evitados; caso contrário, o risco de corrosão pode aumentar. Por esse motivo, é recomendável que dutos sejam isolados eletricamente de estruturas externas, incluindo estações de compressão, bombeamento, redução, medição e distribuição, instalações de bombeamento e armazenamento de água, áreas de poços, dutos e estruturas submarinas, terminais e instalações de processamento e nas interfaces com outros dutos.

O isolamento elétrico também pode ser utilizado para dividir o sistema em seções, como, por exemplo, em áreas sujeitas a correntes de interferência. Convém que o isolamento seja efetuado através de juntas isolantes (monolíticas ou conjuntos de flanges isolantes) ou trechos de dutos não condutores. Caso não seja possível o isolamento elétrico, o projeto de proteção catódica deve prever uma corrente suficiente e sua distribuição eficaz para garantir que o duto seja catodicamente protegido sem efeitos adversos sobre outras estruturas.

Caso haja contato entre o duto protegido e qualquer outra estrutura menos eletronegativa, a EN 14505 considera que eles constituem uma estrutura complexa e fornece recomendações neste caso. O projeto mecânico, materiais, dimensões e a construção das juntas isolantes devem atender aos requisitos das ISO 13623, EN 14161, EN 1594 ou EN 12007-3, conforme aplicável. Recomenda-se usar juntas isolantes do tipo monobloco sempre que possível.

Elas podem ser instaladas acima do solo, em um poço ou enterradas. Convém que juntas isolantes do tipo monobloco sejam eletricamente testadas antes da instalação. Os ensaios elétricos são propostos no Anexo F.

A instalação da junta isolante acima do solo oferece a vantagem de facilitar a inspeção visual, elétrica e ultrassônica. Por outro lado, juntas isolantes enterradas são menos expostas a riscos mecânicos ou de incêndio, danos voluntários ou involuntários, e podem impedir que o produto dentro do duto congele (às vezes denominado “aterramento à prova de congelamento”).

A instalação de uma junta isolante em um poço oferece as vantagens de uma junta isolante enterrada, porém há o risco adicional de aprisionamento de gás. Por esse motivo, regulamentos locais podem impedir sua utilização. Para um duto conectado a instalações aéreas, uma junta isolante acima do solo garante que a proteção catódica fique restrita a todo o trecho enterrado.

Se a junta isolante for enterrada, o operador do duto deve tomar medidas adicionais para a proteção anticorrosiva do trecho do duto isolado do sistema de proteção catódica. Se o duto transportar fluidos multifásicos contendo um percentual significativo de água, convém considerar a instalação da junta isolante em uma seção vertical ou em ângulo, para impedir que uma fase aquosa contínua dentro do duto se torne a fonte de corrosão interna.

Juntas isolantes enterradas devem ser externamente revestidas com materiais que sejam compatíveis com o revestimento aplicado no duto. Flanges isolantes estão sujeitos à degradação por intempéries, sujeira e entrada de umidade e devem ser protegidos com protetores de flange ou compostos viscoelásticos.

Uma das principais causas de falhas em flanges isolantes são procedimentos de instalação inadequados. Para reduzir esse risco, recomenda-se que sejam seguidas as instruções do fabricante ou que sejam usados conjuntos previamente montados.

Os principais erros de instalação são aperto excessivo de parafusos de flanges (flanges isolantes requerem um torque de aperto menor do que flanges sem juntas isolantes), alinhamento incorreto das faces do flange, e preparação inadequada da superfície de faces do flange. Os materiais de isolamento devem ser projetados para resistir às condições de serviço (por exemplo, fluido transportado, temperatura, pressão, tensão mecânica) e devem ter uma resistência dielétrica apropriada.

Outras propriedades importantes do conjunto do flange isolante são: mecânicas (por exemplo, resistência à flexão e à tração, etc.), eficiência do isolamento e absorção de água. Juntas isolantes devem ser instaladas de maneira a eliminar o risco de curtos-circuitos acidentais. Para evitar danos causados por surtos de tensões devido a descargas atmosféricas ou a curtos-circuitos em linhas de transmissão, devem ser considerados dispositivos de proteção (por exemplo, centelhador, dispositivo de proteção contra surtos e aterramento elétrico apropriado).

As juntas isolantes instaladas em áreas classificadas conforme a NBR IEC 60079-10-1 devem atender aos requisitos de certificação e operação da área. As juntas isolantes devem ser dotadas de pontos de teste acessíveis. Em dutos transportando fluidos com uma fase aquosa, existe risco de corrosão interna causada pela corrente saindo da superfície interna do duto próxima à junta isolante no lado com um potencial interno menos negativo (lado anódico).

Isso depende, principalmente, da condutividade do fluido e da tensão entre ambos os lados da junta isolante. Para evitar ou reduzir esse risco de corrosão interna, recomenda-se que um revestimento (interno com um material eletricamente isolante) seja aplicado no lado do duto com o potencial interno mais negativo (lado catódico).

O comprimento do trecho sendo revestido internamente aumenta com o aumento da condutividade do eletrólito, do diâmetro do duto e da tensão nos lados da junta isolante. Caso não se tenha conhecimento prévio de experiências anteriores, convém que o comprimento do revestimento interno seja determinado por cálculos ou testes.

O comprimento do revestimento interno pode ser determinado definindo-se a resistência ôhmica do fluido interno. Essa avaliação deve ser documentada e pode ser feita usando-se um software de simulação ou por cálculos (Lei de Ohm), e devem ser consideradas a resistividade do fluido, a queda de potencial entre cada parte da junta isolante e a ausência de falhas no revestimento externo no lado anódico do duto.

Com base no histórico e experiência, um valor de 100 Ω para a resistência ôhmica interna é comumente usado para a avaliação do comprimento do revestimento interno. Para longos comprimentos de revestimento, geralmente é usado um tubo inteiro revestido internamente em fábrica. Na prática, se ambos os lados das juntas isolantes forem internamente revestidos, o comprimento do revestimento interno no lado catódico deve ser no mínimo o trecho calculado.

Quando juntas isolantes customizadas revestidas assimetricamente são usadas, o risco incorrido pela instalação do revestimento interno mais comprido no lado errado das juntas isolantes pode ser significativo. Recomenda-se que o revestimento interno seja de um tipo que não se deteriore em contato com o fluido interno, especialmente no caso de um revestimento interno exposto à água salgada.

Uma alternativa ao revestimento interno é a instalação de um carretel de aço de sacrifício ao lado da junta isolante no lado que apresenta um potencial interno menos negativo (lado anódico do duto). Recomenda-se que o carretel seja periodicamente inspecionado para se monitorar o avanço da corrosão interna e que seja substituído a tempo de impedir um vazamento.

Para finalizar, pode-se dizer que o transporte por dutos tem como principais vantagens: a capacidade de atravessar as superfícies mais difíceis, como terrenos acidentados, corpos d’água, ambientes marinhos e costeiros e regiões urbanas; permite que grandes quantidades de produtos sejam deslocados de modo seguro, reduzindo o tráfego de cargas perigosas por caminhões, trens ou por navios e, consequentemente, diminuindo os riscos de acidentes ambientais, além de não ser poluente em relação aos citados permitindo uma melhoria da qualidade do ar nas grandes cidades; transporta continuamente 24 h todos os dias, e seu serviço não apresenta interferência significativa com relação às condições de tempo e congestionamento, garantindo maior confiabilidade; seu custo é reduzido, pois facilita a carga e descarga, dispensando armazenamento, e apresentando baixo custo de manutenção e operação; baixo consumo de energia; e a ocorrência é baixa de perdas e roubos dos produtos.

Mas, apresenta as seguintes desvantagens: devido aos direitos de acesso e servidão, construção, requisitos para controle das estações e capacidade de bombeio, o custo de sua implantação se torna alto; e ainda que seja feita a inspeção e manutenção regularmente, é impossível vigiar continuamente toda a extensão dos dutos, possibilitando a ocorrência de acidentes, contaminando o meio ambiente e expondo as pessoas ao risco de contaminações, incêndios e explosões.

Os riscos são intensificados devido às longas distâncias percorridas pelos dutos, onde estão sujeitas a atuações físico-químicas, influências do meio (vandalismo, variações térmicas e movimentações do solo). Além de, prejudicar economicamente a indústria petrolífera pela interrupção do processo, causando enormes transtornos operacionais.



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