proteccion catodica 1

MANTENIMIENTO A DUCTOSProtección Catódica

PEMEXEXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

MANTENIMIENTO A DUC

Protección Catódico

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CONSEJO EDITORIALAbelardo Córdova HernándezManuel Cruz PiñeiroJavier tara Segura

AUTORMarco Antonio Castillo Arvizu

REVISIÓN TÉCNICAAna Guadalupe Martínez Figueroa

COLABORACIÓNMerced García CobosGraciano Aguilar Cuevas

DISEÑO DIDÁCTICOInstituto Mexicano del Petróleo

PROCESAMIENTO DE TEXTOInstituto Mexicano del Petróleo

REVISIÓN DE ESTILOInstituto Mexicano del Petróleo

DISEÑO GRÁFICOInstituto Mexicano del Petróleo

EDICIÓNInstituto Mexicano del Petróleo

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•1 Prohibida la Reproducción Parcial o Total

de este Manual sin la Autorización por Escritode Petróleos Mexicanos y/o el Instituto

Mexicano del Petróleo.

**Registro en Trámite ante la DirecciónGeneral de Derechos de Autor.

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PRÓLOGO

OBJETIVOS

INTRODUCCIÓN

ÍNDICE

1. GENERALIDADES 151

1.1 Concepto de Protección Catódica 171.2 Tipos de Protección 181.3 instalación Sujetas a su Aplicación 19Evaluación 21

2. SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA. 23

2.1 Definición 252.1.1 Especificación y Localización del Punto de Instalación de

Protección Catódica (Rectificador) 322.1.2 Diseño del Sistema de Protección Catódica por Corriente

Impresa 332.2 Equipo Necesario 362.3 Programa de Mantenimiento Preventivo y Correctivo por Corriente

Impresa 372.3.1 Refaccionamiento 54

2.4 Verificación del Sistema de Protección Catódica por CorrienteImpresa 54

2.4.1 Ánodos de Grafito 562.4.2 Pasos Para Tomar Parámetros de un Rectificador 572.4.3 Partes de un Rectificador 592.4.4 Diagrama del Rectificador Monofásico Enfriado por Aire 612.4.5 Especificaciones 62

2.5 Dimensiones y Características más Importantes de los Gabinetes paraRectificador Enfriado por Aire 64

2.5.1 Problemas, Causas y Soluciones por Corriente Impresa 662.5.2 Funcionamiento del Rectificador 662.5.3 Ventajas y Desventajas de la Protección Catódica por Corriente

impresa 68

1Evaluación 69

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PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓNACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA

SECTOR MANTENIMIENTO Y LOGÍSTICAu

INDICE j

SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE SACRIFICIO 71

3 1 Especificación y Localización del Punto de Instalación de ProtecciónCatódica 73

3.2 Equipo Necesario 733.2.1 Tipos y Cantidad de Ánodos 743.2.2 Instalación por Medio de Ánodos de Sacrificio 753.2.3 Ventajas y Desventajas de os Ánodos de Magnesio 793.2.4 Gráficas de Perfiles de Potenciales 843.2.5 Celdas de Referencia Portátiles 863.2.6 Pruebas de Resistividad 87

3.3 Mantenimiento Preventivo y Correctivo de Protección Catódica 983.3.1 Monitoreo del Sistema de Protección Catódica 100

3.4 Juntas Aislantes 1143.5 Recubrimientos Anticorrosivos 1173.6 Recubrimientos de P-rotección Catódica 1173.7 Problemas, Causas y Soluciones de los Ánodos de Sacrificio 120Evaluación 121

GRABADOS PARA POSTES DE MEDICIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA Y PLACAS DESEÑALAMIENTO 123

4.1 Grabados para Postes de Medición de Protección Catódica 1254.2 Placas de Señalamiento de Protección Catódica 1264.3 Simbología de Protección Catódica 132Evaluación 133

ANEXOS 135

GLOSARIO 147

BIBLIOGRAFÍA 153

6PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓNACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA

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PRÓLOGO

PRÓLOGO

Este manual fue elaborado con el propósito de preparar un nuevo tipo de trabajadorpetrolero: más apto, versátil, con mentalidad positiva, que independientemente de losriesgos que la globalización presenta, logre que la industria pueda enfrentar el futuro conéxito.

En nuestra organización se necesita un cambio cultural que involucre a lostrabajadores, mandos medios y administradores; para ello, se requiere del desarrollo de unprograma de capacitación que considere los diferentes procesos en los que estáninvolucrados los trabajadores. Sólo así se garantizará el mínimo necesario de conocimientospara realizar la función que les fue encomendada, sin descuidar los aspectos de seguridadindustrial, dado que la vida humana es insustituible y nada es tan importante, que justifique laejecución de alguna actividad en condiciones inseguras.

La búsqueda de nuevas opciones para realizar el trabajo diario debe hacerse -a travésdel conocimiento, la experiencia y los recursos que cada actividad requiera.

Nadie que no pertenezca al Activo de Producción Poza Rica, debe saber más de lasactividades que ahí se desarrollan, que los propios trabajadores de esa área; por tal razónfue seleccionado un grupo de personas cuya trayectoria laboral se distinguió por suprofesionalismo, amor a la empresa y deseo de superación personal Este grupo fueasignado a tiempo completo para aportar su conocimiento y experiencia a las generacionesfuturas, a través de manuales operativos. Estos manuales, producto de vivenciasdesarrolladas durante muchos anos de servicio, les permitirán desarrollar su labor coneficiencia, seguridad y respeto al medio ambiente.


SECTOR MANTENIMIENTO Y LOGÍSTICA

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OBJETIVOS

OBJETIVOS

Que el trabajador le de importancia a los daños que son causados por la corrosión en lasdiferentes estructuras metálicas con que opera PETRÓLEOS MEXICANOS en el ACTIVO DEPRODUCCIÓN POZA RICA.

Sensibilizar al trabajador para que aplique adecuadamente las normas de seguridad paraevitar accidentes durante la realización del mismo.

3 Lograr que el trabajador conozca y aplique los diferentes tipos de protección catódica,ampliando de esta manera el criterio para decidir la adecuada aplicación de proteccióncatódica según las condiciones y requerimientos en que se presenta el problema decorrosión.


SECTOR MANTENIMIENTO Y LOGÍSTICA,

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INTRODUCCIÓN

Introducción

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INTRODUCCIÓN )

La corrosión de estructuras enterradas o acuosas son objeto de un continuo y enormeproceso destructivo, que anualmente causa daños valuados en muchos miles y millones depesos invertidos en el problema de la corrosión; el cual provoca pérdidas considerables encostos de mantenimiento, los cuales se incrementan aún más si se toma en cuenta el tiempoperdido por el paro de operación que se realiza para reparar los daños en ductos de altoriesgo; evitando con esto accidentes en los que se expone a la población y al personal de laempresa involucrado, en labores de producción y mantenimiento.

Las tuberías metálicas enterradas que se encuentran alojadas en nuestro país y quePETRÓLEOS MEXICANOS construye y opera, están expuestas a ser afectadas en suconstrucción por varios factores, uno de ellos es el fenómeno de la corrosión. En las zonasproductoras, el crudo tiene que ser recolectado y transportado por medio de ductos a lasrefinerías y posteriormente sus derivados son distribuidos a las zonas de consumo, toda estarecolección, transporte y distribución se hace mediante ductos metálicos que deben de serobjeto de constante mantenimiento de protección catódica, para que no sufran daños en suestructura, evitando con_ esto fugas del producto, las cuales son muy probables debido aque la tubería es una inmensa área metálica expuesta a la corrosión.

Para evitar lo anterior, se ha desarrollado en los últimos años una técnica para laaplicación de recubrimientos anticorrosivos en tuberías antes de su colocación, a base dealquitrán de hulla. Esta técnica se considera como exenta de fallas, pero las tuberías almomento de ser colocadas bajo tierra sufren flexiones que dañan el recubrimiento,ocasionando puntos corrosivos.

Las áreas afectadas serán mínimas, pero la velocidad de penetración puede ser rápiday como las tuberías están operando a altas presiones, una pequeña perforación puede sercausa de interrupción en el transporte del producto.

Existen otras formas de protección catódica, las cuales se realizan por ánodos desacrificio y por corriente impresa, y las dos son eficaces, pero ambos procesos tienendiferentes aplicaciones y reqúerimientos, los cuales veremos detalladamente en el presentemanual.

La protección catódica es muy eficaz contra la corrosión si es aplicada correctamente,por lo que el personal que la realice debe tener pleno conocimiento de la técnica, porquede no realizar dicha protección de manera adecuada, puede provocar serios daños a laempresa, al trabajador y al entorno ecológico; para evitar todo ello es que se elaboró elpresente manual, consta de cuatro capítulos donde se le indica al trabajador cómo aplicar laprotección catódica, los elementos que la componen y sus normas de seguridad en cadatipo de trabajo, además cómo se puede contrarrestar la corrosión por medio de sus dostipos, ya sea por corriente impresa o por medio de ánodos de sacrificio, estilizando estasdos formas podremos realizar trabajos efectivos, ya que PETRÓLEOS MEXICANOS requiereproteger sus instalaciones y tenerlas en condiciones óptimas para el transporte de sus fluidoscon un mínimo de fallas que no genere pérdidas considerables en derrames de aceite ofugas, y que le represente mucho dinero invertido en fallas que se pueden prevenir.



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GENERA DADES

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GENERALIDADES)

1.1 CONCEPTO DE PROTECCIÓN CATÓDICA

Se puede definir como una técnica que detiene o reduce la corrosión de un metal encontacto con un electrolito, cuyo objetivo se basa en á aplicación de una polarizaciónexterna sobre la estructura metálica a proteger, haciendo al metal un cátodo mediante elpaso de una corriente de electrones provenientes de un ánodo.

TEORÍA DE LA CORROSIÓN

La corrosión es básicamente un proceso electroquímico: Átomos metálicos se oxidanpara tomar iones positivos (cationes), mientras que otras especies químicas (por ejemplo 02,

H20 o cationes existentes) son residuos. Esto resulta en un flujo de electrones de un lugar enla superficie del metal a otro. Considérese una versión simplificada de la reacción corrosivadel hierro y el agua.

CONCEPTO DE CORROSIÓN

Se define como el deterioro dvn, que se produce generalmente en unmetal al reaccionar con su medio ambiente.

La protección catódica tiene su base en el hecho de que la corrosión de los metalesen la presencia de un electrolito, es de naturaleza electroquímica, esto es, las estructurasmetálicas (tubos) enterradas se corroen en forma de pilas sobre su superficie. Estas pilasestán constituidas por áreas anódicas, donde tiene lugar la disolución del metal y áreascatódicas donde ocurre la reducción de algún constituyente del electrolito.

Las dos reacciones se efectúan con interfaces metal-solución, con la consiguientetransferencia de electrones a través del metal y de iones a través de la solución.

Es fácil comprender que si toda la superficie de una estructura metálica se hace uncátodo, la estructura no se corroerá mientras se mantenga esa condición, como se muestraen las siguientes figuras. CIRCURO

CORRO9ON

ACERO(AN000)

TUBERk PROTEGIDA

Fig.1 Corrosión en una estructura próxima a otra que está protegida catódicamente

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PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN '‘ACTIVO DE PRODUCOON POZA RICA

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PELÍCULA DEHIDROGENO

coa[(CÁTOO)

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Fig.2 Protección catódica con ánodos galvánicos

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GENERALIDADES )

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1.2 TIPOS DE PROTECCIÓN

Protección Catódica con Ánodos Galvánicos

la explicación teórica del mecanismo de la protección catódica fue dada por Mears yBrown desde 1938; estos investigadores basaron su razonamiento en los conceptos deEvans sobre la naturaleza electroquímica de la corrosión y establecieron que "para obteneruna protección catódica completa de una estructura metálica, su potencial debe ser igual omenor que el potencial en círculo abierto del punto más an6dico".

Kuhn en 1933, estableció en forma empírica que si una tubería se mantenía con unpotencial de —0.85 y respecto a una celda de Cu/CuSO4 (Cobre/Sulfato de Cobre), elfenómeno de corrosión se frenaría totalmente. Ya más recientemente Schwerdtfeger yMedorman del laboratorio del National Burea of Standars, publicaron en el año de 1951 losresultados experimentales del criterio que se debe adoptar para poder tener proteccióncatódica de estructuras ferrosas enterradas.

Este estudio comprendió el comportamiento de probetas de acero enterradas endistintos tipos de suelo o terrenos, cuyo pH variaba entre 2.9 y 9.6; los ensayoscomprobaron que la intensidad de corrosión determinada por la pérdida de peso de lasprobetas disminuía regularmente desde su pH ácido al pH alcalino y que a partir del puntodonde la curva tenga valores de pH=9 y E=0.259 V respecto a un electrodo de hidrógeno,la pérdida de peso de las probetas era prácticamente nula.

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e ,41 ttfi y e:

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GENERALIDADES

1.3 INSTALACIONES SUJETAS A SU APLICACIÓN

Aplicación Práctica

La aplicación de la protección catódica está basada a que puede establecer uncircuito de electrólisis en el cual la estructura a proteger sea- un cátodo, es decir, elelectrodo del circuito sobre el cual se depositan las cargas positivas. Para que esto suceda,se requiere que toda la estructura esté en contacto con el electrolito. No obstante estalimitación, las estructuras metálicas enterradas o sumergidas y los recipientes de líquidosacuosos, constituyen un amplio campo de aplicación de esta técnica de protección.

La corriente de electrones necesaria para establecer un sistema de proteccióncatódica puede obtenerse formando una pila eléctrica espontánea, usando ánodos demetales más activos como el Zinc, Aluminio y Magnesio, que son los más usuales; o también,mediante la aplicación de la corriente impresa (Rectificadores) por medio de una fuenteexterna de energía, usando un rectificador de corriente alterna con diodos de selenio osilicio, que se describirán con mayor amplitud más adelante.

En el primer caso, la protección catódica recibe el nombre de "Protección Catódicapor medio de ánodos de sacrificio", mientras en el segundo caso se le conoce como"Protección Catódica por corriente impresa"; ambos métodos son útiles para la proteccióncatódica según las condiciones en que se encuentren y sus características de comparación.Como se muestra en la siguiente tabla:

Ánodos de Sacrificio Corriente Impresa

1) No requiere potencia externa (corriente). 1) Requiere potencia externa.

2) Tiene voltaje de aplicación fija (1.69 volts, 1.80 volts,etc).

2) Voltaje de aplicación variable.

3) Amperaje variable.3) Amperaje limitado.

4) Útil para el diseño de cualquier requerimiento4) Aplicación para casos de requerimientos pequeños. , de corriente.

Adir 5) Aplicable a cualquier resistividad.5) Útl en medios de baja resistividad (tipo de suelo).

6) Es necesario tomar en cuenta las estructuras6) La interferencia de estructuras vecinas

es prácticamente rechazada.enterradas para la interferencia queprovocan.

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GENERALIDADES )

Ánodos Galvánicos (Ánodos de Sacrificio)

Cabe mencionar que para aplicar cualquiera de estos dos métodos para la proteccióncatódica a ductos, es conveniente llevar a cabo una serie de trabajos de campo, tales como:medición de resistividades, donde se encuentra ubicada la tubería, determinaciones de losrequerimientos de corriente y verificación de la resistencia de los aislamientos eléctricos.

Efectos de la Protección Catódica sobre otras Estructuras.

Al efectuar un diseño de protección catódica para determinada estructura se presentael caso de otra linea protegida que origine efectos adversos en otras tuberías próximas ovecinas que no hayan sido protegidas, esto causaría que estas últimas fueran afectadas conuna corrosión acelerada.

Problemas de este tipo pueden ser frecuentes en tuberías enterradas comoconsecuencia de la falta de protección catódica en otras tuberías; es el resultado de unaforma de electrólisis por corrientes parásitas. Esta forma de daño por corrientes parásitas esmás frecuente cuando el sistema de protección catódica es a base de corriente impresa(rectificador), que cuando es con ánodos galvánicos, como se muestra en la siguiente figura:

CORROSIÓN

Fig.3 Corrosión en una estructura que cruza a la tubería protegida catódicamente

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EVA LUACIÓN )

EVALUACIÓN 1

I. INSTRUCCIÓN: Escriba dentro del paréntesis la letra que corresponda a la opcióncorrecta.

1. Es el concepto de Protección Catódica: b )

Técnica que se emplea para la instalación de ánodos.Técnica que retiene o reduce la corrosión de un metal.

c) Son componentes de Backfill.

4. La explicación téorica del mecanismo de la protección catódica fuehecha por: ( C )

KunhSchwerdtfeger y Medorman

c) Mears y Brown.

3. ¿Cuántos tipos de protección catódica hay? ( b )3

c) 5

4. Son los tipos de protección catódica: ( 12 )

Puntas Aislantes y Ánodos de Sacrificio.Ánodos de Sacrificio y Corriente Impresa.

c) Postes de medición.

5. Es una característica de los Ánodos de Sacrificio: ( b )

Amperaje variable.No requiere potencia externa.

c) Requiere de potencia externa.

6. Es una característica de Corriente Impresa: (b)

Tiene voltaje de aplicación fija.Amperaje variable.

c) Útil en los medios de baja resistividad.

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SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA

Sislenia e ProtecciónCatódico por CorrienteImpresa



SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA

2. 1 DEFINICIÓN

Rectificador:

Es un dispositivo que convierte a la Corriente Alterna (CA), en Corriente Directa (C.D.),en sistemas de protección- catódica a partir de Corriente Impresa (rectificador); estaconversión de la corriente es necesaria para proteger las estructuras.

Considerando que en la protección catódica se utilizan ánodos galvánicos (zinc,aluminio y magnesio), se muestra claramente que el tipo de corriente formada en la pila

.ánodo galvánico-electrolito (o medio agresivo) y cátodo (estructura por proteger), es deltipo denominado Corriente Directa, es decir, que siempre fluye en un solo sentido.

La pila formada puede ser sustituida con ventaja en algunos casos utilizando la técnicaque se conoce como "Protección Catódica por Corriente Impresa" (rectificador), queconsiste en energizar los ánodos por medio de una Corriente Directa. "

En este tipo de protección catódica los ánodos se instalan en el electrolito y seconectan en el polo positivo de la fuente externa de Corriente Directa, mientras que laestructura (tubo) que se requiere proteger se conecta a la terminal negativa de la mismafuente (ver figuras 4 y 5).

La fuente externa de Corriente Directa es un Rectificador de Corriente Alterna quetransforma a ésta en Corriente Directa, que es la única forma en que puede seradecuadamente utilizada en procesos electrolíticos como en el caso de la corrosión.

Los ánodos energizados en la Protección Catódica por Corriente Impresa,generalmente son de grafito o fierro fundido (chatarra), con alto contenido de Silicio.

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