PROYECTO DE GAS NATURAL PROTECCIÓN CATÓDICA 6.pdf
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FICHA DE IDENTIFICACIÓN DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: (3) Jaritha Gema Trujillo Céspedes Fecha: 02/junio/2016 Código de estudiante: Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo Asignatura: Gas Natural Grupo: A Docente: José Lopez Cuno Periodo Académico: Semestre 07/ 2016 Subsede: Cochabamba Copyright © (2016) por (Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces). Todos los derechos reservados.
Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
RESUMEN: La protección catódica no es más que un proceso electroquímico para proteger las estructuras metálicas, contra la corrosión corrosión exterior el cual consiste consiste en establecer una diferencia diferencia de potencial para que convierta a las estructuras en cátodo, mediante el paso de d e corriente eléctrica directa proveniente del sistema de protección seleccionado puede ser ánodos de sacrificio o corriente impresa. Actualmente el sistema de protección catódica en los tramos críticos, presenta falencias, como también en ciertos tramos falta un sistemas de protección, poniendo en riesgo la integridad del ducto o proporcionalmente las operaciones de transporte de los productos terminados hasta sus respectivos destinos. De persistir persistir la falta de implementación implementación de un sistema de protección protección catódica a la tubería, podría presentarse posibles posibles problemas como: Desgaste de las paredes del ducto • Perdida del producto • Aumento del riesgo de contaminación ambiental • Paros de operación • Elevados costos de reparación. •
Palabras clave: cátodo, corrosión, electroquímico, ductos, ingeniería, reparación, producto, protección, transporte, desgaste. ABSTRACT: (Traducido con Google Translate) Cathodic protection is only an Electrochemical to protect metal structures process, against external corrosion which consists of establishing a potential difference to convert structures in cathode by passing direct electrical current from the protection system can be selected sacrificial anodes or impressed current. Currently the cathodic protection system at critical sections, has shortcomings, as well as in certain sections needed protection systems, jeopardizing the integrity of the product or transport operations proportion of finished products to their respective destinations. Of persistent lack of implementation of a system to the pipeline cathodic protection, potential problems problems could be presented as: • Wear of duct walls • Loss Product • Increased risk of environmental pollution • Operating Paros • High costs of repair.
Key words: cathode, corrosion, electrochemical, ducts, engineering, repair, product, protection, transportation, wear.
Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
TABLA DE CONTENIDOS Capítulo 1: Introducción ....................................................... ........................................................................................................... ....................................................... ... 6 Capítulo II: Marco Mar co teórico .................................................... ........................................................................................................ ....................................................... ... 7 1. CORROSION. ............................................... ................................................................................................... .......................................................................... ...................... 7 1.1. Definición Def inición ............................................... ................................................................................................... .......................................................................... ...................... 7 1.2. Como evitar la corrosión ............................................................................................... ... 7 1.3. Tipos de corrosión según sus causas ................................................. .............................................................................. ............................. 8 1.3.1. La corrosión por acción electroquímica ....................................................................... 8 1.3.2 Corrosión galvánica .............................................. .................................................................................................... ......................................................... ... 9 1.3.3. Corrosión electroquímica .............................................. ............................................................................................. ............................................... 9 1.3.4 Corrosión en suelos ............................................... ..................................................................................................... ......................................................... ... 9 2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSION. ..................................................... ....................................................... 10 3. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION PROTECC ION CONTRA LA CORROSION. .......................... ......................... . 11 3.1. Protección por recubrimientos metálicos. ................................................... ..................................................................... .................. 11 3.2 Recubrimientos por electrolisis. .................................................. ...................................................................................... .................................... 12 3.3. Recubrimientos por inmersión en baño de metal fundido. .......................................... 12 3.4. Recubrimiento por metalización. ..................................................... ................................................................................ ........................... 13 3.5. Recubrimiento por cementación................................................................................... cementación................................................................................... 13 3.6. Recubrimientos por chapado. ................................................ .................................................................................... .................................... 13 3.7. Protección catódica......................................................................................................... 14 3. 8 . Ánodos de sacrificio. sacrificio. ............. .................... .............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ......... ... 14 3.9 Corrientes impresas. ................................................ ...................................................................................................... ........................................................ 14 4. CINETICA DE CORROSION. .............................................. ........................................................................................... ............................................. 15 4.1. Oxidación. ............................................. ................................................................................................. ........................................................................ .................... 15 4.2. El óxido como protector del metal..................................................... ............................................................................... ........................... 15 5. SOLUCIONES CONTRA LA CORROSIÓN .................................................... ...................................................................... .................. 15 6. PROTECCIÓN CATÓDICA ................................................................................................ ................................................................... ............................. 17 6.1. Definición Def inición ............................................... ................................................................................................... ........................................................................ .................... 17 7. TIPOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA ................................................... .............................................................................. ........................... 18 7.1. CP galvánica .................................................... ......................................................................................................... ............................................................... .......... 18 7.2. CP por corriente forzada ................................................................................................ 18 8. PROBLEMAS ............................................... ................................................................................................... ........................................................................ .................... 19 8.1. Apantallamiento Catódico ................................................. .............................................................................................. ............................................. 19 9. NORMAS ...................................................... .......................................................................................................... ........................................................................ .................... 20 Capítulo III: Definición del Problema ................................................... ....................................................................................... .................................... 20 Capítulo IV: Objetivos de d e la Investigación ............................................................................... .............................................................................. . 21 4. Objetivos: .......................................................................................................................... ............................................................................. ............................................. 21 4.1. Objetivos generales ........................................................................................................ 21 4.2. Objetivos Ob jetivos específicos específico s............................................... ..................................................................................................... ........................................................ 21 Capítulo V: Metodología ...................................................... .......................................................................................................... ...................................................... 21 Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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Capítulo VI: Resultados ............................................................................................................ 22 6.1. Cuantificación de datos calificativos .............................................................................. 22 6.2 Cuantificación de datos cuantitativos .............................................................................. 25 6.3. Medidas de localización y tendencia central .................................................................. 30 CALCULOS: ............................................................................................................................. 30 Capítulo VII: Conclusiones ....................................................................................................... 33 Capítulo VIII: Recomendaciones .............................................................................................. 33 Bibliografía................................................................................................................................ 34
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
ÍNDICE DE GRÁFICOS Grafico 1 Diagrama de barras de las corrosiones en tuberías ................................................... 22 Grafico 2 Diagrama de pastel de las corrosiones en tuberías .................................................... 23 Gráfico 3 Diagrama de barras de protección a la corrosión ...................................................... 24 Gráfico 4 Diagrama de pastel de protección a la corrosión ...................................................... 24 Gráfico 5 Histograma de tramos de mayor alcalinidad ............................................................. 25 Gráfico 6 Polígono de frecuencias de tramos de alcalinidad .................................................... 26 Gráfico 7 Ojiva menor de tramos de mayor alcalinidad ........................................................... 26 Gráfico 8 Ojiva mayor de tramos de mayor alcalinidad ........................................................... 27 Gráfico 10 Polígono de frecuencia del índice de PH elevado ................................................... 28 Gráfico 11 Ojiva menor del PH elevado ................................................................................... 29 Gráfico 12 Ojiva mayor del PH elevado ................................................................................... 29
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
Capítulo 1: Introducción El presente estudio trata sobre la importancia de las tuberías en toda empresa vinculada a la producción, transporte, distribución de líquidos, gases y productos químicos que se considera como el mayor valor económico entre sus activos. Para mantener la integridad segura de las tuberías se tienen diversos factores a tomar en cuenta como ser: inspecciones periódicas, mantenimiento del ducto, protección catódica, señalización, pintura, etc. El proyecto a desarrollar es la protección catódica que se enmarca en uno de los factores necesarios para mantener integro la tubería. La protección catódica no es más que un proceso electroquímico para proteger las estructuras metálicas, contra la corrosión exterior el cual consiste en establecer una diferencia de potencial para que convierta a las estructuras en cátodo, mediante el paso de corriente eléctrica directa proveniente del sistema de protección seleccionado puede ser ánodos de sacrificio o corriente impresa. Se entiende por corrosión a la interacción de un metal con el medio que lo rodea produciendo un deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. La característica principal de este fenómeno es que solo ocurre con la presencia de un electrolito ocasionando regiones plenamente identificadas llamadas anódicas y catódicas. La corrosión causa grandes problemas como ser: desgaste de las paredes de la tubería que tienen como consecuencia derrames del producto, reemplazo de materiales, reparación de los equipos, contaminación del producto con residuos de corrosión, entre otros , estos que pueden causar explosiones y podrían incurrir un gasto elevado.
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Capítulo II: Marco teórico 1.CORROSIÓN. 1.1. Definición
Se define la corrosión, en general, como la destrucción lenta y progresiva de un metal por la acción de un agente exterior. Uno de los factores que limitan la vida de las piezas metálicas en servicio es el ataque químico o físico-químico que sufren en el medio que les rodea. Los metales están continuamente expuestos a la acción atmosférica, que, como ya se ha dicho, está compuesta principalmente de 79 partes de nitrógeno y 21 partes de oxígeno. También sabemos que el nitrógeno es un gas prácticamente inerte, por lo que la acción atmosférica depende prácticamente del oxígeno. Los metales son por lo general bastante estables por lo que sin colaboración de otro agente la acción del oxígeno sobre estos es muy débil. Los agentes colaboradores del oxígeno son principalmente dos: el calor y la humedad. El oxígeno con el calor produce la oxidación de los metales. Y el oxígeno con la humedad produce la corrosión.
1.2. Como evitar la corrosión
Debido a su grado relativamente alto de resistencia, el acero tiene muchas ventajas como material de construcción, por lo que los productos de acero se han utilizado en una gran variedad de aplicaciones. Por lo tanto, para una utilización más efectiva de acero es necesario poseer algunos conocimientos de los fenómenos de corrosión y sobre los métodos existentes de protección contra los mismos. Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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1.3. Tipos de corrosión según sus causas
La corrosión es un fenómeno muy complejo, cuyas verdaderas causas y forma de actuar no se han aclarado por completo. Actualmente, sin embargo, se admite que la corrosión se produce por dos clases de acciones fundamentales: por acción electroquímica y por acción exclusivamente química.
1.3.1. La corrosión por acción electroquímica
Es la que tiene lugar sobre los metales expuestos a la atmósfera húmeda, o sumergidos en agua, o enterrados. Este tipo de corrosión se refiere, principalmente, a los casos en que el metal es atacado por el agente corrosivo en presencia de un electrolito. Esta clase de corrosión puede producirse sin fuerza electromotriz exterior, constituyendo la corrosión galvánica, y por la acción además, de una fuerza electromotriz exterior, constituyendo la corrosión electroquímica, propiamente dicha.
Corrosión química Es la producida por los ácidos y álcalis, y tiene interés para la construcción de aparatos resistentes a la corrosión de los productos químicos que intervienen en el proceso de fabricación.
Corrosión bioquímica Producida por bacterias, suele tener lugar en objetos metálicos enterrados. Es específica de cada metal o aleación. Las bacterias no atacan directamente a los metales; sin embargo, pueden estimular reacciones que destruyen capas protectoras de la corrosión. Así, en las tuberías de hierro, la pared interior se recubre de una fina película de hidróxido de hierro Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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calcáreo, que le protege, pero ciertas bacterias aerobias, como la gallionella ferruginea, oxidando los iones ferrosos a férricos se provee de la energía necesaria para asimilar el CO2 y formar su materia orgánica, al mismo tiempo que disminuye el pH e impiden la formación de la película protectora, con lo que se produce una corrosión localizada.
1.3.2 Corrosión galvánica
También conocida como corrosión bimetálica. Ocurre cuando dos metales diferentes se acoplan electrolíticamente en presencia de un ambiente corrosivo. Uno de ellos se corroe preferentemente mientras el otro es protegido de dicha corrosión. Cualquier metal se corroe cuando se acopla con otro con un potencial más positivo o más noble en la serie galvánica. Al mismo tiempo, el metal más noble se protege de la corrosión.
1.3.3. Corrosión electroquímica
En los casos de corrosión electroquímica hasta ahora considerados, ha sido el propio metal o dos metales en contacto o muy próximos los que han proporcionado la fuerza electromotriz para la corrosión electroquímica. Por esto la velocidad de ataque, y por tanto la corrosión, esta forzosamente limitada.
1.3.4 Corrosión en suelos
La corrosión
en
suelos,
es también
de
carácter
electroquímico
y
depende
principalmente de la composición y la heterogeneidad del metal y el suelo. Considerando que el suelo es la capa superior de la corteza terrestre, las propiedades que tendrá dependerán de:
Origen geológico y localización
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Condiciones climáticas durante su formación
Condiciones climáticas durante su existencia
Actividad animal o vegetal
Las características más relevantes de los suelos en relación a la corrosión son: humedad, aireación diferencial, acidez (pH), presencia de sales, presencia de microorganismos (bacterias sulfato-reductoras), resistividad y las corrientes de interferencia. En cuanto a la humedad, dependiendo de la cantidad de agua existente, el sistema se comportará como en la corrosión en medio líquido o en forma cíclica como en el caso 2. FACTORES
QUE INFLUYEN EN LA CORROSION.
Los principales factores que se deben considerar en el estudio de las protecciones contra la oxidación y la corrosión son los siguientes:
a) Clase y estado del metal.- Evidentemente hay que tener en cuenta, en primer lugar, la clase de metal y el estado en que se encuentra. Para esto hay que conocer su composición química, su constitución, estructura, impurezas que contiene, procedimientos de elaboración, tratamientos térmicos a que ha sido sometido, tratamientos mecánicos, etc.
b) Estado de la pieza.-
Destaca el estado de la superficie (los surcos de
mecanizado, rayas, grietas, orificios, etc., favorecen la corrosión; por el contrario, un pulido perfecto la dificulta), su radio de curvatura y orientación con relación a la vertical, naturaleza de las piezas en contacto y esfuerzos a que está sometida (los de tracción la favorecen).
c) Medio en que se encuentra.- El ataque al metal partirá del medio en que se encuentra, y, por tanto, cuanto mejor lo conozcamos, más fácilmente será prever la clase de corrosión que se puede producir y los medios de evitarla. Sobre el medio conviene conocer su naturaleza química, su concentración, el porcentaje de oxígeno disuelto, el índice de acidez
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(PH), presión, temperatura, etc.
d) Clase de contacto entre el metal y el medio en que se encuentra.- El contacto entre el metal y el medio en que se encuentra queda definido por la forma de la pieza, estado de la superficie, condiciones de inmersión, etc. 3.
PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION CONTRA LA CORROSION. La lucha contra la corrosión es un problema muy complejo, debido al gran número de
factores que entran en juego; por tanto, cada caso específico requiere un tratamiento particular y no es posible encontrar soluciones generales. Se procurará proyectar la estructura de manera que por su forma o el ambiente en que se encuentre no se favorezcan las circunstancias corrosivas. Los procedimientos generalmente aplicados para la protección contra la oxidación y la corrosión pueden clasificarse en seis grupos principales:
1º Protección por recubrimientos metálicos. 2º Protección por recubrimientos no metálicos. 3º Protección por el empleo de inhibidores. 4º Protección por el empleo de pasiva dores. 5º Protección catódica. 6º Protección por el empleo de metales auto protectores. 3.1. Protección por recubrimientos metálicos.
Uno de los procedimientos más empleados contra la oxidación y corrosión es el recubrir la superficie que se desea proteger con una capa de metal auto protector lo más compacta y adherente posible. Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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3.2 Recubrimientos por electrolisis. Se obtienen películas de metal protector utilizando este como ánodo, y las piezas que se desea recubrir, como cátodos, y empleando un electrolito de una solución del metal que se ha de depositar en forma de sulfatos o cianuros con adición de algunas sustancias orgánicas.
La pieza actúa de cátodo en una cuba electrolítica y sobre ella se deposita el metal protector. Ejemplo: niquelado, cobreado, cromado, dorado, plateado, etc.
3.3. Recubrimientos por inmersión en baño de metal fundido.
Consiste este método en sumergir la pieza que se desea proteger, durante breve tiempo, en un baño de metal protector fundido. A la salida del baño se somete a la pieza a una especie de “enjuagado” que disminuye y, sobre todo, uniformiza el espesor de la capa del metal adherido.
Los recubrimientos de este tipo más utilizados son el galvanizado y el estañado. •
GALVANIZADO.El galvanizado es el recubrimiento del acero con cinc. El hierro es catódico
respecto al cinc; por lo tanto, quedara protegido aunque se produzca un poro o fisura en la capa protectora, pero a costa del cinc, que sufrirá la corrosión. Por esto debe ser la capa de cinc gruesa, por lo menos de 0,05 gramos por centímetro cuadrado de superficie, si se quiere que la protección sea efectiva. •
ESTAÑADO.El estañado es un procedimiento de protección de los metales por inmersión en un baño
de estaño fundido. El estaño se aplica preferentemente para la fabricación de hojalata, que es acero suave calmado, con una película de estaño en cada cara, de unos 0,005 milímetros. Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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El estaño es catódico con respecto al acero, y, por tanto, en los poros o fisuras del recubrimiento se producirá una corrosión del metal base más intensa que si estuviese el metal desnudo. Sin embargo, en las conservas de frutas, los jugos cambian la polaridad electrolítica y el acero resulta generalmente catódico, por lo que se pierden pocos botes de conserva por corrosión. Algunos en cambio, se rompen por la presión del hidrogeno desprendido en el cátodo.
3.4. Recubrimiento por metalización.
La metalización, o sea, la proyección de un metal fundido con una pistola de metalizar, es un procedimiento de tratamiento superficial de los metales. La metalización tiene la ventaja de que se puede aplicar, a pie de obra, a objetos de todas las formas y tamaños, como gasómetros, vagones de ferrocarril, turbinas hidráulicas, barcos, etc.
3.5. Recubrimiento por cementación.
La cementación empleada para la protección contra la corrosión no debe confundirse con el tratamiento térmico de este nombre, aunque la operación es similar, pues se trata de alear la capa superficial del metal con otro más noble y resistente a la corrosión.
3.6.
Recubrimientos por chapado.
El chapado o plaqueado consiste en superponer placas de un metal noble por una o las dos caras del metal que se desea proteger. La operación se realiza laminando las chapas de acero junto con las del metal protector, produciéndose una difusión de los metales en la zona de contacto. Los recubrimientos no metálicos empleados en la protección de la Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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corrosión se pueden clasificar principalmente en:
fosfatacion.
oxidación superficial.
esmaltado.
3.7. Protección catódica.
La protección catódica consiste en incluir la pieza que se desea proteger en un circuito eléctrico con fuerza electromotriz exterior aplicada, o sin ella de manera que el metal haga de cátodo. Protección catódica sin suministro de energía eléctrica exterior de una tubería de hierro por medio de un ánodo de magnesio.
3. 8 . Ánodos de sacrificio.
Se trata de unir la estructura a proteger a un metal más electronegativo que actúa como ánodo y se corroe. Ejemplos: La protección de las tuberías subterráneas de acero se lleva a cabo uniéndolas mediante un conductor a placas de Zn o Mg.
3.9 Corrientes impresas.
Se hace circular una corriente continua, producida por un generador exterior, a través del medio corrosivo, entre un ánodo muy resistente a la corrosión y la pieza que actúa de cátodo. Los oleoductos y tuberías subterráneas se protegen por este procedimiento. Consiste en conectar el metal a proteger al polo negativo (cátodo) de una fuente de alimentación de corriente continua, y el positivo al ánodo (electrolito auxiliar, chatarra). Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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4. CINETICA DE CORROSION. En este sentido hay que tener en cuenta dos factores: la tendencia del metal a oxidarse y, una vez comenzada la capa de óxido, su velocidad de crecimiento.
4.1. Oxidación.
La oxidación directa, sin intervención del calor, se produce en casi todos los metales debido a dos causas: a la acción del oxígeno en estado atómico, que siempre existe en la atmósfera, y a la menor estabilidad de los átomos superficiales de los metales, que están enlazados menos enérgicamente que los del interior.
4.2. El óxido como protector del metal.
Los principales factores de que dependerá si el óxido va a proteger el metal son: -El porcentaje de volumen de óxido respecto al metal debe ser un valor cercano a la unidad (1%) (Índice PB).
La película de óxido que se forma debe tener buena adherencia.
El punto de fusión del óxido debe ser alto.
5. SOLUCIONES CONTRA LA CORROSIÓN Hay cinco soluciones posibles para proteger a los productos de acero contra los efectos de la corrosión:
Utilice acero inoxidable en lugar de acero normal.
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Acero inoxidable es acero normal mezclado con otros metales como níquel y cromo. Sin embargo, el coste del acero inoxidable hace que éste no sea práctico para un uso diario, excepto para pequeños elementos de ajuste como pernos y tuercas.
Recubra el acero normal con zinc. El recubrimiento de acero con zinc, que es otro metal, es un procedimiento que se conoce generalmente como galvanizado y es la forma más normal de proteger pequeños objetos fabricados como anillas de amarre, bolardos fabricados con tubos, pernos, mordazas, cadenas, grilletes, tuberías de agua, etc Los materiales a recubrir se sumergen normalmente en un baño de zinc fundido en talleres especializados. Una vez un objeto se ha sumergido en zinc en caliente no se debe realizar ningún trabajo de soldado, corte o taladrado, ya que esto destruiría la integridad del recubrimiento de protección.
Recubra el acero normal con plásticos especiales. El recubrimiento del acero con plásticos especiales resistentes al desgaste constituye otra forma de protección contra la corrosión; sin embargo, el alto coste que implica el proceso de recubrimiento (en talleres especializados) hace que este método no sea práctico para uso diario.
Pinte el acero normal con pinturas especiales. El pintar el acero utilizando pinturas especiales es el método más común de proteger grandes estructuras de acero. Las superficies que se van a pintar se deberán limpiar cuidadosamente con un cepillo de acero (o preferiblemente mediante un chorro de arena). La
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capa inferior deberá consistir en un imprimador basado en zinc. La segunda y tercera capas deberán consistir en una pintura de epoxi sobre base de brea. Al pintar el acero, se deberán tener en cuenta los siguientes puntos: Las pinturas caseras normales no son adecuadas para el entorno marino debido a que, al igual que algunos plásticos, envejecen con mucha rapidez cuando están expuestas a los rayos del sol. El diesel, queroseno y la gasolina no son químicamente compatibles con las pinturas marinas; habrá de utilizarse el diluyente de pintura apropiado. Se deberán utilizar guantes siempre que se manipulen pinturas basadas en epoxi.
Proteja el acero con ánodos de zinc (protección catódica). Los ánodos de zinc se utilizan para prolongar más aún la vida útil de estructuras de acero sumergidas en agua del mar como, por ejemplo, pilones de acero, pontones, flotadores metálicos, etc. Los elementos de aluminio, en contacto con acero húmedo, quedan expuestos también a la corrosión galvánica.
6. PROTECCIÓN CATÓDICA 6.1. Definición
La protección catódica (CP) es una técnica para controlar la corrosión galvánica de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica.1 El método más sencillo de aplicar la CP es mediante la conexión del metal a proteger con otro metal más fácilmente corrosible al actuar como ánodo de una celda electroquímica. Los sistemas de protección catódica son los que se usan más comúnmente para proteger acero, el agua o de
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combustible el transporte por tuberías y tanques de almacenamiento, barcos, o una plataforma petrolífera tanto mar adentro como en tierra firme. La protección catódica (CP) puede, en bastantes casos, impedir la corrosión galvánica.
7. TIPOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA 7.1. CP galvánica
Actualmente, el ánodo galvánico o ánodo de sacrificio se realiza en diversas formas con aleación de zinc, magnesio y aluminio. El potencial electroquímico, la capacidad actual, y la tasa de consumo de estas aleaciones son superiores para el aluminio que para el hierro. ASTM International publica normas sobre la composición y la fabricación de ánodos galvánicos. Los ánodos galvánicos son diseñados y seleccionados para tener una tensión más "activa" (potencial electroquímico más negativo) que el metal de la estructura (en general acero). Para una CP eficaz, el potencial de la superficie de acero ha de estar polarizado más negativo hasta que la superficie tenga un potencial uniforme. En este momento, la fuerza impulsora para la reacción de corrosión se elimina. El ánodo galvánico se sigue corroyendo, se consume el material del ánodo hasta que finalmente éste debe ser reemplazado. La polarización es causada por el flujo de electrones del ánodo en el cátodo. La fuerza impulsora para el flujo de CP actual es la diferencia de potencial electroquímico entre el ánodo y el cátodo.
7.2. CP por corriente forzada
Para estructuras más grandes, los ánodos galvánicos no pueden suministrar económicamente suficiente corriente para proporcionar una protección completa. Protección de corriente catódico forzado (CIPC) utiliza un sistema de ánodos conectados a un CC (o rectificador de protección catódica). Los ánodos para los sistemas CIPC son Asignatura: Gas Natural – Grupo A Carrera: Ingeniería en Gas y Petróleo
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tubulares y sólidos en forma de barras o cintas continuas de diversos materiales especializados.
Estos
incluyen
el silicio hierro
fundido, grafito, mixta
de
óxido
metálico, platino y niobio recubiertos con alambre y otros.
Acero galvanizado El galvanizado generalmente se refiere a galvanizado en caliente, que es una forma de recubrimiento de acero con una capa de zinc metálico. Los recubrimientos galvanizados son muy duraderos en la mayoría de entornos, ya que combinan las propiedades de barrera de la capa con algunos de los beneficios de la protección catódica. Si la capa de zinc está rayada o dañada a nivel local y el acero está expuesto, cerca de recubrimiento de zinc forma una pila galvánica con el acero expuesto y lo protege de la corrosión. Esta es una forma de protección catódica localizada - el zinc actúa como un ánodo de sacrificio.
8. PROBLEMAS 8.1. Apantallamiento Catódico
La efectividad en los sistemas de protección catódica en tuberías de metal puede ser discapacitada por el uso de recubrimientos dieléctricos de película sólida como las cintas de polietileno, mantas termo contraíbles, y recubrimientos sencillos o múltiples de película sólida aplicados en fábrica. Este fenómeno ocurre debido a la alta resistividad eléctrica en estos recubrimientos. La corriente eléctrica protectora del sistema de protección catódica es bloqueada o apantallada de poder alcanzar el metal que está por debajo del recubrimiento debido a la alta resistividad de la película sólida. El apantallamiento catódico fue primeramente definido en los años 1980 como un problema y fichas técnicas en el tema han sido regularmente publicadas desde entonces.
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
En 1999 se publicó un reporte sobre un derrame de 20,600 barriles (3,280 m3) de una línea de petróleo en Saskatchewan, Canadá, que contenía una definición excelente sobre el problema de apantallamiento catódico.
9. NORMAS
49 CFR 192.112 - Requisitos de control de la corrosión - Transporte de gas natural por gasoducto y otros: normas mínimas de seguridad federales
ASME B31Q 0.001-0191
ASTM G-8, G 42 - Evaluación de la resistencia catódica desprendimiento de los revestimientos
DNV-RP-B401 - Diseño de protección catódica - Det Norske Veritas
A 12499:2003 - Interior de protección catódica de estructuras metálicas
A 12696:2000 - La protección catódica del acero en el hormigón
A 12954:2001 - La protección catódica de enterrados o inmersos estructuras metálicas. Principios generales y aplicación para las tuberías
A 13636:2004 - La protección catódica de tanques metálicos enterrados y relacionados con las tuberías
A 50162:2004 - Protección contra la corrosión por corrientes parásitas de sistemas de corriente
Capítulo III: Definición del Problema Para este proyecto de investigación se estable la siguiente pregunta de investigación: ¿Cómo mejorar la protección catódica en tramos críticos de ductos para evitar desgaste de las paredes del ducto, pérdida del producto, riesgo ambiental, paros de operación y elevados costos de operación?
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
Capítulo IV: Objetivos de la Investigación 4. Objetivos: 4.1. Objetivos generales Mejorar la protección catódica en tramos críticos de ducto.
4.2. Objetivos específicos
Realizar un estudio exhaustivo sobre lo que es la corrosión.
Analizar las posibles causas para que se dé una corrosión.
Seleccionar el sistema de protección catódica adecuada para un tramo crítico en función a costos de instalación de mantenimiento y consumo de energía.
Investigar sobre los tipos de recubrimiento que puede existir.
Investigar los tipos de protección catódica.
Capítulo V: Metodología En el presente trabajo utilizamos la técnica de la encuesta mediante el instrumento del cuestionario el cual nos generó datos aproximados para nuestra posterior evaluación y realización del proyecto.
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________ Capítulo VI: Resultados
6.1. Cuantificación de datos calificativos Tabla 1 corrosiones en las diferentes tuberías Tipos tuberías
Ni
Ni
hi
Hi%
Acero
28
28
56
56
Polietileno
10
38
20
76
Galvanizado
12
50
24
100
Total
50
100
Fuente: elaboración propia Grafico 1 Diagrama de barras de las corrosiones en tuberías
30 25 20 Series1
15 10 5 0 a
p
g
Fuente: Elaboración propia
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
Grafico 2 Diagrama de pastel de las corrosiones en tuberías a
p
g
24%
56% 20%
Fuente: Elaboración propia Tabla 2 modelos de protección a la corrosión Protección a la corrosión Catódica electroquímica Total
ni
Ni
hi
Hi%
34 16 50
34 50
68 32 100
68 100
Fuente: elaboración propia
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
Gráfico 3 Diagrama de barras de protección a la corrosión
35 30 25 20
Series1
15 10 5 0 catodica
electroquimica
Fuente: Elaboración propia Gráfico 4 Diagrama de pastel de protección a la corrosión catodica
electroquimica
32%
68%
Fuente: Elaboración propia
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
6.2 Cuantificación de datos cuantitativos Tabla 1 tramos de mayor alcalinidad Yinf-Ysup
ni
Ni
hi
Hi%
Hi*
0-108.7
22
22
44
44
100
108.7-
9
31
18
62
56
177.03-225
11
42
22
84
38
225-272
3
45
6
90
16
272-304
4
49
8
98
10
304-362
1
50
2
100
2
177.3
TOTAL
50
100
Fuente: Elaboración propia Gráfico 5 Histograma de tramos de mayor alcalinidad 25 20 e j e l e d o l u t í T
15 10 5 0
Título del eje
Fuente: Elaboración propia
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Gráfico 6 Polígono de frecuencias de tramos de alcalinidad 25 20 e j e l e d o l u t í T
15 10 Series1 5 0
Fuente: Elaboración propia Gráfico 7 Ojiva menor de tramos de mayor alcalinidad 120 100 e j e l e d o l u t í T
80 60 40
Series1
20 0
Fuente: Elaboración propia
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Título: PROTECCIÓN CATÓDICA EN TRAMOS CRÍTICOS DE DUCTO Autor: Jaritha Gema Trujillo Céspedes-Mariela Rodríguez Arispe-Juana Maira Meneces __________________________________________________________________________________________________________
Gráfico 8 Ojiva mayor de tramos de mayor alcalinidad 120 100 e j e l e d o l u t í T
80 60 Series1
40 20 0
Fuente: Elaboración propia Tabla 2 índice de PH elevado Yin-Ysup
ni
Ni
hi
Hi%
Hi*
0-25
8
8
16
16
100
25-50
23
31
46
62
84
50-75
12
43
24
86
38
75-100
7
50
14
100
14
TOTAL
50
100
0
Fuente: elaboración propia
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Gráfico 9 Histograma de índice de PH elevado
25 20 e j e l e d o l u t í T
15 10 5 0 0-25
25-50
50-75
75-100
Título del eje
Fuente: elaboración propia Gráfico 10 Polígono de frecuencia del índice de PH elevado 25
20
e j e l e d o l u t í T
15 Series1 10
5
0 Yin
0-25
25-50
50-75
75-100
Fuente: elaboración propia
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Gráfico 11 Ojiva menor del PH elevado 120 100
e j e l e d o l u t í T
80 60
Series1
40 20 0 0-25
25-50
50-75
75-100
Fuente: elaboración propia Gráfico 12 Ojiva mayor del PH elevado 120 100
e j e l e d o l u t í T
80 60
Series1
40 20 0 0-25
25-50
50-75
75-100
Fuente: elaboración propia
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6.3. Medidas de localización y tendencia central
Yin-Ysup
Yi
ni
Ni
hi
Yi * ni
ni / Yi
ni *
0-108.7
54,35
22
22
44
1195.7
0.40
64986.3
108.7-177.3 142.9
9
31
18
1286.1
0.06
183783.7
177.3-225
201.01
11
42
22
2211.11
0.05
444455.2
225-272
248.5
3
45
6
745.5
0.01
185256.75
272-304
288
4
49
8
1152
0.01
331776
304-362
333
1
50
2
333
3.003
110889
100
=6923.41
=3.533
1321146.9
TOTAL
50
Fuente: elaboración propia CALCULOS: m=7
c=52
Media aritmética: My =
138.47 m =
Media geométrica: Mg= √ Mg= 100.79 m
Media armónica: MH=
14.15m =
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Mediana:
[ ]
Me= 108.7+52 Me= 126.03 m
Varianza: V (y) =
V (y)= 26422.9419173.94 V (y)= 7249
Tabla 2 Yin-Ysup
Yi
ni
Ni
hi
Yini
ni/Yi
Ni *
0-25
12.5
8
8
16
100
0.64
1250
25-50
37.5
23
31
46
862.5
0.61
32343.8
50-75
62.5
12
43
24
750
0.19
46875
75-100
87.5
7
50
14
612.5
0.08
53593.8
100
2325
1.52
134062.55
TOTAL
50
Fuente: elaboración propia Cálculos: m=7
c = 14,3
Media aritmética: My =
= 46.5 m
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Media geométrica: Mg = √ Mg = 40.04 m
Media armónica: MH =
32.9 m =
Mediana:
[ ]
Me= 25+14.3
Me = 35.56 m
Moda:
[ ]
Mo= 25+14.3 Mo = 33.25m
Varianza: V (y) =
V (y)= 2681.252162.25 V (y)= 519
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Capítulo VII: Conclusiones Con la conclusión final podemos indicar que el proyecto realizado y detenidamente estudiado pudimos recolectar y estudiar las diferentes problemáticas que se puedo observar en este proyecto ya desarrollado en las cuales se dio a conocer y a entender las causas, motivos, por lo cual se da las corrosiones en tuberías subterráneas . Las tuberías de acero son las que más presentan corrosión respecto a las galvanizadas u otras estas tuberías de acero presentan un 56% de corrosión. La protección que más se utiliza en tuberías en tramos críticos es la protección catódica, los tramos de mayor alcalinidad son entre 304-362 y los tramos de índice de PH más elevado esta entre 25-50.
Capítulo VIII: Recomendaciones Como recomendación podemos decir que el estudio recolectado en este proyecto les pueda ayudar a tomar más conciencia sobre los tramos críticos en ductos subterráneos. Encuesta hecha a estudiantes de noveno semestre e ingenieros para tener una información más acertada la cual nos ayudara a tener resultados más óptimos.
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