anejo 2 - protección catódica

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Heymo Gasoducto Mérida - Miajadas Pág. 1

HEYMO

ESTUDIO PARA LA PROTECCIÓN CATÓDICA DEL

GASODUCTO MÉRIDA - MIAJADAS

2501-05.a JC/nm

Madrid, 17 de Marzo de 2005

2/501-05 JC/sl

Heymo Gasoducto Mérida-Miajadas Pág. 2

Í N D I C E

I INTRODUCCIÓN........................................................4

I.1 Objeto del Proyecto

I.2 Corrosión de tuberías enterradas

II CARACTERÍSTICAS DE LA TUBERÍA .....................8

II.1 Tubería

II.2 Revestimiento exterior

III TRABAJOS DE CAMPO ............................................10

III.1 Medida de resistividades

III.2 Influencia con otras instalaciones

III.3 Emplazamiento de equipos

III.3.1 Estaciones de Protección Catódica

III.3.2 Cajas de toma de potencial

III.3.3 Juntas aislantes

IV CÁLCULOS DE LOS LECHOS ANÓDICOS..............15

IV.1 Límite de protección

IV.2 Lechos anódicos

IV.3 Potencia de los rectificadores

IV.4 Características de las EPC’s

IV.4.1 Lecho anódico

IV.4.2 Electrodo permanente

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V APÉNDICE .................................................................19

V.1 Resistencia de los lechos anódicos. Lecho horizontal

V.2 Potencia de los rectificadores

VI VALORACIÓN............................................................23

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I INTRODUCCIÓN

I.1 Objeto del Proyecto

El presente documento tiene por objeto establecer los criterios de protección

catódica en fase de estudio, para la tubería enterrada que constituye el gasoducto

Mérida – Miajadas, y el ramal a Don Benito que sale del mismo.

I.2 Corrosión de tuberías enterradas

La tierra es un electrolito de mayor o menor contenido en agua y sales, con

resistencia específica que varía en función de estos contenidos, de tal manera

que será tanto más agresiva cuanto mayor contenido salino y más humedad

tenga.

El origen de la corrosión, de un metal que está en contacto con un electrolito, es la

formación de pilas galvánicas sobre su superficie, parte de la cual actuará como

ánodo, frente a otra parte que actuará como cátodo. Una vez establecidas estas

pilas, las zonas anódicas cederán electrones a las catódicas, quedando el metal

de las primeras en estado iónico, apto para reaccionar con el medio acuoso que le

rodea y formar el producto de corrosión correspondiente.

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La formación de las pilas de corrosión, puede establecerse entre pequeñas zonas

de superficie metálica, muy próximas entre sí (micropilas de corrosión) o entre

grandes zonas distantes (macropilas). Todas ellas contribuyen a la corrosión del

metal.

Para evitarla, empleamos dos métodos complementarios: Trataremos de eliminar,

en todo lo posible, el contacto del metal con el electrolito tierra, recubriendo la

superficie de la tubería con un material aislante, en este caso, con una

formulación a base de 2,5 mm. de polietileno extruido sobre la tubería.

Por muy buenas características que tenga un revestimiento, no es posible

conseguir con él, un aislamiento total del metal con el electrolito, quedando al

descubierto pequeñas zonas del metal por porosidad, grietas e impactos sobre el

revestimiento. Estas pequeñas zonas de metal descubierto, actuarán como

ánodos, frente al resto del metal cubierto, produciéndose en ellas un proceso de

corrosión muy rápido, que dará como resultado la pronta aparición de taladros en

la pared de la tubería.

Si logramos que toda la superficie metálica se convierta en cátodo de una

determinada pila, el metal no tendrá emigración de electrones y por lo tanto,

permanecerá inmune a la corrosión. Este concepto nos da idea de en qué

consiste el segundo método de combatir la corrosión, que es la PROTECCIÓN

CATÓDICA.

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Al unir eléctricamente dos metales de distinto potencial electroquímico, estando

estos sumergidos en un electrolito, se establecerá una pila galvánica en la que el

metal más electronegativo (ánodo), cederá electrones al más electropositivo

(cátodo), aumentando el potencial de aquél (haciéndose menos electronegativo) y

disminuyendo el potencial de éste (haciéndose más electronegativo). Los

electrones (cargas negativas) del ánodo, emigran hacia el cátodo, disminuyendo

las cargas negativas del ánodo y aumentando en el cátodo.

En el caso de una tubería enterrada, este proceso se realiza si de tramo en tramo

vamos conectándola a piezas de magnesio o cinc enterradas a poca distancia de

la tubería, cuyas piezas se denominarán ánodos de sacrificio, ya que se irán

disolviendo a expensas de suministrar al acero, la corriente de electrones

necesaria para mantenerlo inmune.

Este suministro constante de electrones al acero, puede hacerse desde una

fuente de corriente continua externa, la cual tendrá su polo negativo conectado a

la tubería que se pretende proteger y el polo positivo a un conductor eléctrico,

enterrado a distancia conveniente de la tubería. Con esta disposición, la corriente

continua pasa desde el conductor (ánodo) a la tubería a través del electrolito

tierra, produciendo semejante concentración de electrones sobre la superficie de

acero, que la obtenida con los ánodos de sacrificio. A este último procedimiento

se le denomina "Corriente impresa".

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En el proyecto que nos ocupa, el sistema de protección catódica definitivo a

emplear es el de corriente impresa, si bien el gasoducto, también dispondrá de un

sistema de protección provisional mediante ánodos de sacrificio, que mantendrá al

mismo protegido, desde el comienzo de su construcción hasta la instalación y

puesta en marcha de las EPC´s.

A lo largo del presente proyecto, se establecerán los criterios de protección,

cantidad de corriente para conseguirlo y definición de los elementos que

componen el sistema.

A tal efecto se han realizado las medidas de campo necesarias para obtener los

datos suficientes que permitan establecer la situación y dimensionado del equipo

y accesorios del sistema de protección catódica, y para prever interferencias o

influencias con otras estructuras.

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II CARACTERÍSTICAS DE LA TUBERÍA

II.1 Tubería

La tubería que nos ocupa tiene las siguientes características:

Diámetro (´´) Longitud (m) Espesor (mm.) Superficie (m2)

12” 73.760 7,1 (para cálculo) 75.078,52

El espesor de la tubería es variable a lo largo del trazado, considerándose en el

cálculo el de 7,1. La tubería será de acero al carbono, construida según la

norma API 5L, Grado X-42. La profundidad de enterramiento es de

aproximadamente 1 m.

II.2 Revestimiento exterior

La tubería irá revestida exteriormente, con el sistema tricapa de polietileno de alta

calidad, aplicado en taller por extrusión lateral, sobre el cual se habrán efectuado

los ensayos adecuados de adherencias, respuesta catódica y despegado por

evolución de hidrógeno. El espesor del revestimiento será el especificado en cada

caso.

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Los tubos saldrán del taller con sus extremos libres de revestimiento en 15 cm.,

para la posterior soldadura.

Una vez soldados los tramos, la junta de soldadura se deberá de proteger con

material termorretráctil o varias capas de cintas de polietileno autoadhesivas.

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III TRABAJOS DE CAMPO

El trabajo de campo, preliminar al de oficina, está encaminado a obtener los datos

numéricos necesarios para la confección del proyecto. Estos datos son:

Resistividades cada 1.000 a 2.000 m. (aprox.) a lo largo de la traza, a las

profundidades de 1,6 y 3,2 m.

Resistividad en lugares de ubicación de lechos anódicos, así como

disponibilidades de corriente.

Resistividades medidas a pie de poste de líneas de alta tensión.

Determinación de posibles interferencias con otras estructuras y

emplazamientos de equipos (cajas de toma de potencial, juntas aislantes

con sus correspondientes cajas de toma de potencial especial).

III.1 Medida de resistividades

La medida de resistividades del terreno tiene tres funciones: ver la agresividad del

terreno, buscar el emplazamiento idóneo de los lechos anódicos y calcular la

influencia que las líneas eléctricas aéreas puedan tener sobre la tubería.

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. Estas medidas, juntamente con la inspección visual del terreno, nos da idea de la

naturaleza del terreno ocupado por el trazado.

El sistema de medida, fue realizado con resistivímetro de cuatro picas, llamado

método Wenner Schlumberger, con el cual obtenemos una lectura de resistencia

R. Si la distancia entre las picas centrales es "a" cm. y entre éstas y las extremas

“b” cm., la resistividad del terreno vendrá dada por la fórmula:

Según criterios universalmente adoptados, la agresividad de corrosión de un

suelo, depende de la resistividad del mismo, habiéndose establecido la siguiente

relación:

Resistividad del suelo en ΩΩΩΩ ××××cm. Agresividad del suelo ______________________________________________________________ Hasta 500 Fuertemente agresivo De 500 a 2.000 Muy agresivo De 2.000 a 10.000 Normalmente agresivo Superior a 10.000 Moderadamente agresiva

... 2

2

cmenab

abRa ×Ω

+= πρ

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Esta relación entre la resistividad de un suelo y la corrosividad del mismo, se debe

de entender, para zonas de terreno uniformes, en las que van a estar enterradas

determinadas estructuras (tanque o su fondo, red de tuberías en una factoría,

etc.). Pero al tratarse de una tubería larga que va a atravesar terrenos de diversas

resistividades, es más interesante considerar el conjunto para entender las

numerosas pilas que podrían formarse por concentración diferencial y aireación.

III.2 Influencia con otras instalaciones

La tubería que nos ocupa podría estar influenciada por cruzamientos y

paralelismos con líneas eléctricas de alta tensión.

III.3 Emplazamiento de equipos

En los trabajos de campo, están incluidos el de elección del lugar idóneo para la

ubicación de la EPC o EPC´s, disponibilidades de corriente y medida de

resistividades para el cálculo y colocación del lecho anódico.

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III.3.1 Estaciones de Protección Catódica

Tal y como se detalla más adelante, el gasoducto que nos ocupa será protegido

mediante dos EPC´s, situadas en las posiciones a construirse en las posiciones

MR-MJ-03 y MR-MJ-06.

III.3.2 Cajas de toma de potencial

Irán colocadas en puntos accesibles a distancia aproximada entre 1.000 y 2.000

m., haciéndolas coincidir, en lo posible, con cruces de carreteras, caminos, ríos y

puntos especiales.

Cada 5 km aproximadamente, la caja correspondiente deberá llevar conectado un

electrodo probeta.

III.3.3 Juntas aislantes

Se instalarán juntas aislantes monoblock en los puntos donde sea necesario, para

garantizar el buen funcionamiento de la instalación de protección catódica.

Cada una de estas juntas aislantes irá controlada a través de cajas de toma de

potencial especial con descargadores de sobretensión y puesta a tierra, señaladas

en la colección de planos con TPE. En el caso de los cruces con el FFCC y de las

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posiciones intermedias, será necesario llevar un cable de by-pass, que

proporcione continuidad eléctrica entre los tramos aislados.

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IV CÁLCULO DE LOS LECHOS ANÓDICOS

Los cálculos que damos a continuación, están basados en las siguientes

premisas:

El revestimiento de las tuberías es de polietileno extruido, según se ha

mencionado en II.2.

La inspección del recubrimiento antes y durante el montaje, será muy

estricta, reparando defectos de manejo y transporte, debiendo de suponerse

que la eficiencia del mismo será superior al 98%.

El sistema definitivo de protección catódica a emplear es el de corriente

impresa.

IV.1 Límite de protección

Generalmente los límites de protección establecidos están basados en que el

potencial de la semipila formada por la tubería (electrodo), enterrada en terreno

normal (electrolito), medido respecto a la semipila Cu/SO4Cu, estuviera

comprendido entre -1 y -2 V. Este criterio se está aplicando posicionando la

semipila de referencia en la superficie del suelo y en la vertical al eje de la tubería,

posición del electrodo que será válida para medir potencial natural de la tubería,

antes de aplicar protección catódica, pero no lo es para la medida de potenciales

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de protección, con el sistema de protección energizado, circulando una corriente

de intensidad I.

Por lo tanto el criterio de protección debería de modificarse, exigiendo que los

potenciales tubería-suelo, respecto al electrodo Cu/SO4Cu estuvieran

comprendidos entre -1 y –1,5 V. medidos en el momento de la interrupción de

IV.2 Lechos anódicos

Si bien en las medidas de resistividades se obtuvieron fueron muy bajas, para el

cálculo de los lechos anódicos se han considerado unas resistividades del suelo

de 5.000 Ω x cm., para ambas posiciones.

Ambos lechos anódicos serán del tipo horizontal continuo, de 0,3 × 0,3 m. de

sección. En el párrafo V.1 se da el cálculo de su longitud, respecto a su

resistividad y tensión de salida de la fuente de corriente continua.

Los lechos anódicos llevarán en el centro del relleno de coque ánodos de Titanio

con activación MMO (Ti-MMO). La vida del lecho anódico será de 25 años.

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IV.3 Potencia de rectificadores

Según los cálculos del párrafo V (apéndice), los rectificadores de corriente alterna

deberán de tener una salida de corriente rectificada como mínimo de:

- 5 A a 35 V., para la EPC situada en la pos. MR-MJ-03

- 5 A a 35 V. para la EPC situada en la pos. MR-MJ-06

IV.4 Características de las EPC’s

Las EPC´s tendrán las siguientes características:

Lecho anódico Transforrectificador

Situación

ρρρρ de cálculo

en ΩΩΩΩ ×××× cm Clase Long.

activa mLong.

Total m Ánodos Nº V A Colocación

Posición MR-MJ-03 5.000 Horizontal 15 15

Pletina Ti-MMO

20x3x15003 35 5

Posición MR-MJ-06 5.000 Horizontal 15 15

Pletina Ti-MMO

20x3x15003 35 5

IV.4.1 Lecho anódico

Los lechos anódicos en ambas EPC´s estarán constituidos por 3 ánodos de

Titanio MMO, en pletinas de 20 x 3 x 1.500 mm, que irán situados en el centro de

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un relleno continuo de coque de petróleo calcinado de 0,3 × 0,3 m. de sección, y

15 y 30 m. de longitud respectivamente.

El lecho horizontal irá enterrado a 1,5 m. de profundidad.

IV.4.2 Electrodo permanente

- Los electrodos de referencia Cu/SO4Cu permanentes, serán de cuerpo

cerámico especial.

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V APENDICE

V.1 Resistencia de un Lecho Anódicos Horizontal

La hoja adjunta de ordenador, está basada en la fórmula:

En la que :

L = Longitud del lecho 15 m.

D = Diámetro equivalente del lecho de 0,3 × 0,3 m. de sección = 33,85 cm.

S = Profundidad de enterramiento 160 cm.

ρ = Resistividad del suelo de 5.000 Ω × cm.

Aplicando estos valores a la fórmula (1), obtenemos unas resistencias de lecho

de 2,99 Ω.

L2S + 2 -

SL +

D4L

L x x 2 = R lnln

πρ

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HEYMO INGENIERIA

MÉRIDA - MIAJADAS

Posición MR-MJ-03

RESISTENCIA DE UN LECHO ANÓDICO HORIZONTAL CONTINUO

Longitud del lecho L (en m) 15,00Sección (en cm) 30,00Diámetro equivalente D (en cm) 33,85Profundidad de enterramiento S (en cm) 160,00Resistividad del terreno en (WWWW x cm) 5.000,00Resistencia del lecho R (en WWWW) 2,99Resistencia total del circuito (en WWWW) 3,51Salida máxima de corriente (en A) 5,00Tensión máxima del rectificador (en V) 17,57Superficie activa del lecho (en m²) 18,00Densidad de corriente de trabajo del lecho (en mA/m²) 277,778Cantidad de coque (en Kg) 1.012,50Número de ánodos 3Clase de ánodos Ti-MMO

−++××

= 22ln4ln2 L

SSL

DL

LR

πρ

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MÉRIDA - MIAJADAS

Posición de MR-MJ-06

RESISTENCIA DE UN LECHO ANÓDICO HORIZONTAL CONTINUO

Longitud del lecho L (en m) 15,00Sección (en cm) 30,00Diámetro equivalente D (en cm) 33,85Profundidad de enterramiento S (en cm) 160,00Resistividad del terreno en (WWWW x cm) 5.000,00Resistencia del lecho R (en WWWW) 2,99Resistencia total del circuito (en WWWW) 3,51Salida máxima de corriente (en A) 5,00Tensión máxima del rectificador (en V) 17,57Superficie activa del lecho (en m²) 18,00Densidad de corriente de trabajo del lecho (en mA/m²) 277,778Cantidad de coque (en Kg) 1.012,50Número de ánodos 3Clase de ánodos Ti-MMO

−++××

= 22ln4ln2 L

SSL

DL

LR

πρ

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V.2 Potencia de los rectificadores

La resistencia del lecho arriba calculada puede representar el 85% de la

resistencia total del circuito, por tanto, para conducir los 5 A. en un circuito de

2,99 Ω la tensión sería de 17,57 V. Se instalará un rectificador de 5 A , 35 V.

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VI VALORACIÓN

Materiales de las E.P.C´s 10.325,83 E

Materiales de Línea 27.531,00 E

Montaje EPC 2.713,85 E

Puesta en marcha, regulación y confección de informe final 5.116,35 E

TOTAL 45.687,03 E

anejo 2 - protección catódica

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