Inspeção de Revestimentos em Tubulações

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TECNOLOGIA EM SISTEMAS ANTI-CORROSIVOS
TÉCNICAS PARA INSPEÇÃO
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA E REVESTIMENTOS DE
TUBULAÇÕES
1. Generalidades
1.1. Corrosão
Nada mais é, em seu princípio mais básico, do que o processo inverso da
metalurgia onde estruturas metálicas enterradas ou submersas tendem a retornar ao
seu estado mineral, ou seja, trata-se da deterioração de metais e ligas por ação
química do meio ambiente (água ou solo). Desta forma, as estruturas metálicas
submetidas a estes ambientes estarão sob severa ação de processos corrosivos
trazendo com isso enormes prejuízos ambientais, econômicos e a imagem da
empresa.
1.2. Corrosão Eletroquímica
Entende-se por corrosão eletroquímica os processos de destruição que se
desenvolvem, por meio de eletrólitos (água do mar, solo, soluções aquosas de ácidos,
bases, sais, ar atmosférico com umidade, etc...), em contato com o metal.
Dentre os vários tipos de corrosão de natureza eletroquímica, temos a Corrosão
Galvânica. Ela é resultante do contato elétrico de materiais dissimilares presentes em
um mesmo eletrólito e este tipo de corrosão será tão mais intenso quanto mais
distantes forem os materiais na tabela de potenciais eletroquímicos.
Quando isto ocorre, o metal que libera corrente para o eletrólito se corrói, tendo
comportamento anódico, e é denominado anodo. O metal que recebe a corrente do
eletrólito fica protegido e é chamado de catodo, por adquirir comportamento catódico.
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1.3. Sobre as Técnicas de Prevenção Contra Corrosão
Dados estatísticos mostram que a corrosão externa é uma das maiores causas de
vazamentos em tubulações enterradas, assim, os dutos devem ser protegidos contra o
processo corrosivo, o que pode ser feito mediante uma combinação entre
Revestimentos Mecânicos e Sistemas de Proteção Catódica.
Os mais atuais ensaios e técnicas de engenharia aceitam e recomendam, uma
combinação de Revestimentos Mecânicos e Proteção Catódica, como a medida mais
efetiva para prevenir e controlar os efeitos da corrosão externa sobre dutos
enterrados.
1.3.1. Os Revestimentos Mecânicos
Representam a primeira linha de defesa contra a corrosão externa e geralmente
proporcionam uma excelente proteção. No entanto, todos eles são passíveis de
deterioração com o tempo, devido à absorção de água, pressões e ou abrasões
geradas pela compactação do solo, danos causados por raízes, ataques
bacteriológicos e numerosas outras causas.
Deteriorado ou danificado o revestimento, as superfícies de aço expostas ao meio
eletrólito (terra ou água), estarão sujeitas à perda da massa metálica e, se esta
condição se mantém por algum tempo, corrosão e vazamentos serão inevitáveis.
1.3.2. A Proteção Catódica
Atuando como a segunda linha de defesa contra a corrosão externa, tem por
objetivo proteger a tubulação nos locais onde haja falhas do revestimento, e sua
função é a de inibir o processo de corrosão.
Com base no mesmo princípio da corrosão eletroquímica (fluxo de corrente
gerado pela diferença de potencial entre materiais), estudos de engenharia realizados
mostram que é possível reduzir a níveis insignificantes o processo que deterioração do
metal, injetando-se uma corrente elétrica de proteção na estrutura através do eletrólito,
forçando uma situação em que seu potencial apresente valores mais negativos em
relação ao meio circulante, assumindo assim um comportamento catódico.
1.3.2.1.
Proteção Catódica por Corrente Impressa:
Por sua eficiência e maior longevidade o método de Proteção por Corrente
Impressa é o mais indicado para grandes estruturas. Os projetos elaborados pela
SEMPRO prevêem vida útil média de vinte anos para um sistema, após isso os
anodos deverão ser substituídos. Naturalmente a longevidade do sistema é
diretamente proporcional a um procedimento de manutenção adequado.
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Os componentes principais de um Sistema de Proteção Catódica por Corrente
Impressa são:
Unidade Retificadora - Converte a corrente alternada para corrente contínua
que será drenada pelos anodos.
Anodos Inertes – Um projeto bem elaborado deverá dimensionar um leito de
anodos (no caso de instalação no solo) determinando a massa anódica
necessária para uma boa distribuição da corrente ao longo de toda a estrutura a
ser protegida.
Pontos de Medição ou Teste – Desempenham um papel fundamental no
procedimento de manutenção do sistema, pois permitem que seja monitorada a
diferença de potencial entre a estrutura a ser protegida e o meio eletrólito. É
através destes pontos que, por meio de Técnicas Especiais de Inspeção, podese garantir a Eficiência Operacional do sistema implementando-se correções e
ou ajustes necessários.
2. Objetivo das Inspeções por Técnicas Específicas
O fator determinante para a eficácia da combinação de métodos conforme
descrevemos, é o controle de um delicado equilíbrio entre o estado em que se
encontra o revestimento e os níveis de corrente injetados pelo Sistema de Proteção
Catódica. Níveis efetivos de proteção serão atingidos se as diferenças de potenciais
tubo/solo forem mantidas dentro de uma faixa delimitada por valores usualmente
adotados e aceitos internacionalmente (entre –850mV e -1.140mV registrados com
potencial “OFF”). A partir deste conceito, deve-se então considerar uma ligeira queda
dos potenciais tubo/solo desde os pontos de máximo potencial (próximas aos pontos
de injeção de corrente) até os pontos de mínimo potencial (os mais distantes dos
pontos de injeção de corrente). A intensidade da queda deste potencial vai depender
fundamentalmente da condição e do estado em que se encontra o revestimento da
tubulação ou estrutura protegida. É possível inspecionar e avaliar o revestimento e o
Sistema de Proteção Catódica da tubulação aplicando-se uma combinação de
técnicas que permitam determinar o real estado de equilíbrio entre ambos os Sistemas
Anticorrosivos instalados, a saber:
CIS
“ Close Interval Survey “
(Passo a Passo)
DCVG
"Direct Current Voltage Gradient"
(Gradiente de Tensão DC)
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3. CIS ( Close Interval Survey ) ou Passo a Passo
Esta técnica de inspeção foi desenvolvida
para análises detalhadas de níveis de
Proteção Catódica em dutos e consiste na
medição contínua dos potenciais tubo/solo,
medidos em espaços próximos.
O operador caminha sobre a geratriz
superior do duto estendendo um cabo ou fio
muito fino, que deverá estar conectado no
Ponto de Medição ou Ponto de Teste mais
próximo. Um segundo cabo deve ser
conectado a um par de semi-células de cobre
– sulfato de cobre e um Registrador
SEMPRO RGD 512.1 V S20 com o qual se
fará o armazenamento das leituras para
posterior análise dos registros.
Objetivando eliminar os erros de medição causados pelo fluxo de corrente entre a
tubulação e as semi-células (queda de % “IR”) os potenciais devem ser registrados
com a injeção de corrente ligada (potenciais “ON”) e desligada (potenciais “OFF”).
Assim, para se obter os potenciais “OFF”, devem ser instaladas Chaves Interruptoras
de Correntes Sincronizadas via satélite modelo SEMPRO CIS em todos os
retificadores que possam afetar o trecho de dutos que estão sendo inspecionados,
inclusive possíveis fontes de interferência de outros sistemas de PC instalados nas
proximidades se houver.
A fim de se evitar efeitos de despolarização dos dutos, os ciclos de interrupção de
corrente devem ser executados em uma relação de 4 para 1, quanto menor o intervalo
de cada ciclo, mais precisas as leituras e maior a facilidade para interpretação técnica
dos registros.
Os dados registrados com potencial “ON” servem principalmente para indicar uma
condição aproximada do estado de revestimento dos dutos, já que nos locais de boa
qualidade de revestimento os perfis dos potenciais deverão se manter estáveis e, nos
locais onde existirem defeitos, o registrador deverá indicar um “pico” de potencial. O
pico será tão mais intenso quanto maior for o defeito do revestimento.
Nos locais onde o revestimento estiver danificado em longos trechos, o perfil dos
potenciais registrados será instável com inúmeros “picos” visíveis no gráfico gerado
pelo SEMPRO RGD 512.1 e uma queda generalizada nos valores dos potenciais
poderão ser observadas.
Já os dados registrados com potencial “Off” servem para identificar os níveis
exatos de polarização sobre os dutos e, se inferiores a –850mV indicam níveis
inadequados de proteção e pode existir a possibilidade de corrosão. Se superiores a –
1.140mV, indicam polarização excessiva, o que pode resultar em severos danos ao
revestimento da tubulação nestes locais.
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Em resumo a técnica “CIS” se aplica para:
Identificar áreas de sub-proteção, indicando possibilidades de corrosão.
Identificar áreas de super proteção, indicando possibilidades de danos ao
revestimento.
Avaliar a condição aproximada do revestimento dos dutos.
Identificar possíveis interferências elétricas que estejam afetando os dutos.
4. DCVG (Direct Current Voltage Gradient)
A técnica de DCVG foi desenvolvida
objetivando avaliar defeitos no revestimento de
tubulações enterradas e consiste em efetuar leituras
e analisar os gradientes de potencial no eletrólito
(terra) e determinando a direção do fluxo da
corrente.
Considerando que a Proteção Catódica gera
um fluxo de corrente até os pontos do metal
expostos da tubulação, os defeitos podem ser
localizados individualmente e a grande sensibilidade
dos instrumentos de DCVG permite localizar até os
mais ínfimos pontos danificados no revestimento
com uma precisão de 10 cm.
Localizado o
parâmetros:
defeito,
pode-se
determinar sua importância seguindo-se 4
4.1. Quanto à Extensão do Defeito.
Medindo-se a diferença de potencial entre o epicentro do defeito e a terra
referência (ponto longitudinal eqüidistante) pode-se obter um valor expresso por
uma fração da mudança do potencial da tubulação (o incremento do potencial
gerado pela injeção do Sistema de Proteção Catódica) para calcular um percentual
chamado % IR.
Os defeitos podem então ser classificados, segundo seus respectivos valores
de percentual IR, em quatro distintas categorias, a saber:
Categoria 1: (51-100%IR)
São considerados críticos e recomenda-se reparo no mais curto prazo
possível. A extensão do metal exposto ao meio eletrólito impede o funcionamento
da proteção catódica de maneira eficiente aumentando assim, consideravelmente,
o risco de corrosão. O inevitável aumento do consumo de corrente relacionado com
estes defeitos certamente poderá ocasionar uma proteção inadequada às zonas
mais distantes dos pontos de injeção de corrente do sistema.
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Categoria 2: (36-50%IR)
Recomenda-se para estes casos um cronograma de manutenção e reparo em
médio prazo, pois, ainda que estejam adequadamente protegidos neste estágio,
tais defeitos são sensíveis à variação da eficiência do Sistema de Proteção
Catódica e ou à sua causalidade (deterioração bacteriológica, por exemplo),
elevando-o à categoria “”A””.
Categoria 3: (16-35%IR)
Nesta categoria pode-se classificar os reparos de médio em longo prazo,
segundo os critérios de operação do duto.
Categoria 4: (0-15%IR)
De menor importância, não se recomenda reparos a esta categoria de defeitos
uma vez que, com o Sistema de Proteção Catódica em boas condições de
manutenção, tais pontos estariam bem protegidos por longos períodos.
4.2. Quanto à Forma e Características do Defeito.
Inspetores qualificados e com larga experiência em DCVG estão capacitados
para determinar a forma e a característica do defeito no revestimento mediante um
exame minucioso dos gradientes de potencial em torno do defeito. Estes dados
fornecem informações relevantes para determinar a amplitude das escavações,
quantidade de materiais e recursos necessários para efetuar os reparos.
4.3. Quanto ao Estado de Corrosão do Defeito.
Em algumas situações especificas o DCVG pode proporcionar informe
adicional sobre o estado de corrosão de cada defeito. Mencionou-se anteriormente
que a técnica é capaz de determinar a direção do fluxo de corrente pelo eletrólito
que esta em volta da tubulação. Dado que a corrosão resulta em um fluxo de
corrente a partir do defeito e que a proteção catódica resulta em um fluxo de
corrente até o defeito, Torna-se possível estimar o grau de corrosão sobre a
superfície do aço exposto ao eletrólito.
4.4. Quanto a Interferências de Outros Sistemas e Tubulações.
Sabe-se que outros Sistemas de Proteção Catódica e outras tubulações ou
estruturas metálicas podem gerar interferências recíprocas. Estudos podem ser
realizados por operadores experientes em DCVG objetivando obter informes sobre
tais interferências.
A fim de facilitar o entendimento, vamos denominar “”DUTO A”” o duto que
esta sendo inspecionado e “”DUTO B”” um outro duto qualquer. Interferências no
“”DUTO B”” serão registradas nesses dutos com sinais de DCVG anódicos ( uma
redução de potencial devido à injeção de corrente pelo Sistema de Proteção
Catódica). Interferências a partir do “”DUTO B”” serão localizadas como defeitos
anódicos no “”DUTO A”” e se registrarão sinais de DCVG catódicos no “”DUTO B””.
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Em resumo a técnica “DCVG” permite:
Identificar a localização exata dos defeitos no revestimento do duto.
Determinar o grau de importância destes mesmos defeitos.
Avaliar a extensão dos defeitos localizados.
Identificar e investigar interferências que possas estar afetando o duto
Determinar a localização exata dos anodos instalados.
5. Uso Combinado das Técnicas de “”CIS”” e “”DCVG””.
A combinação das técnicas CIS – DCVG possibilita uma inspeção que permite
avaliar ambos os Sistemas Preventivos de Corrosão Externa (Revestimento e Proteção
Catódica).
A técnica “CIS” fornece informação exata sobre a eficiência do Sistema de
Proteção Catódica e aproximada sobre a condição do revestimento do duto.
A técnica “DCVG” fornece a condição exata do revestimento, determinando a
localização, gravidade e extensão dos defeitos. Sendo empregada após um exame
detalhado sobre as áreas problemáticas identificadas pelo “CIS”.
Com os dados da inspeção “CIS – DCVG”, o departamento de manutenção
receberá uma planilha contendo as seguintes classificações por níveis de reparos:
Nível A: Neste nível estarão as áreas de sub-proteção, onde os potenciais tubo/solo não
cumprem os critérios para proteção do duto, em função dos defeitos no revestimento, que
são analisados com DCVG.
Nível B: Incluirá os defeitos de revestimento indicados na “categoria A” de % IR e os
defeitos contínuos da “categoria B” de % IR determinados pelo DCVG. Para estes defeitos
recomenda-se reparo a curto/médio prazo a fim de eliminar altos consumos de Corrente
de Proteção Catódica nestas zonas e permitir uma melhor distribuição ao longo de todo o
duto.
Nível C: Aqui estarão inclusos os defeitos pontuais indicados na “categoria B” de % IR e
os defeitos contínuos da “categoria C” de % IR. Para estes defeitos recomenda-se reparo
a médio/longo prazo de acordo com a possibilidade operacional e critérios definidos pelos
departamentos de manutenção e operação responsáveis pelo duto.
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PROCEDIMENTO DE INSPEÇÃO
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Metodologia de Trabalho em Campo.
1.1
Utilizando-se um localizador se procederá a determinação do traçado do duto,
sinalizando-o com estacas a cada 50 metros.
1.2
Serão localizados os Equipamentos de Proteção Catódica (Retificadores ou
Unidades de Corrente Impressa) mais próximos da zona de inspeção e se fará a
verificação de seu funcionamento. Caso os equipamentos estejam fora de operação
deverão ser tomadas providências para sanar tal circunstância. É possível
estabelecer um Sistema Temporário de Injeção de Corrente.
1.3
Em cada retificador será instalado uma Chave Eletrônica Temporizada ou Chaves
Eletrônicas com Sincronização Via Satélite (para os casos de mais de um
Retificador) com o objetivo de possibilitar a interrupção de corrente, estabelecendo o
ciclo “On” e “Off” das fontes de energia. A interrupção dos Retificadores será
efetuada com “freqüências rápidas”, na proporção de 4:1( 800 milesegundos “On” e
200 milesegundos “Off”). Estes tempos poderão ser modificados nos casos em que
as circunstâncias o aconselhem (tais modificações serão justificadas tecnicamente).
1.4
Serão localizados os marcos de identificação e sinalização do duto, bem como os
Pontos de Teste, com base nos quais se verificarão as distâncias percorridas pelo
Equipamento de Medição de Potenciais.
1.5
Serão executadas as medições de potenciais tubo/solo com o auxilio de um
Voltímetro de alta precisão modelo “DVM 3300”. Uma conexão será feita no Ponto
de Teste através de uma bobina de fio de cobre e outra conexão será feita a duas
varas com Semi-células de cobre – sulfato de cobre. Estas semi-células deverão
estabelecer um bom contato com o solo a medida em que o operador avance passoa-passo, sobre o traçado da tubulação. Em se detectando variações significativas de
potencial tubo/solo (superior a 25 mV), durante as tomadas de potencial, devido a
uma elevada resistência de contato semi-célula/solo, deverá ser umedecido o solo
nos pontos de contato.
1.6
Os dados obtidos em campo e registrados no “DVM 3300” deverão ser transferidos
diariamente a um computador portátil tipo “Laptop” quando se tomará o cuidado de
efetuar cópias de segurança dos dados em disquetes ou CD´s.
1.7
Nos casos em que se detectar anomalias dos potenciais, o monitoramento será
completado pelo operador que executará os cálculos e o procedimento especifico de
avaliação DCVG. Será interrompida uma das fontes de corrente com ciclos “On” de
300 milesegundos e “Off” de 700 milesegundos. As sondagens se farão em
intervalos regulares segundo as falhas encontradas. Uma vês localizado o epicentro
do defeito, se quantificará sua importância determinando o gradiente de potencial
em relação a terra referência e comparando-o com os valores de referencia obtidos
nos Pontos de Teste.
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1.8
Nos pontos onde se verifiquem falhas significativas julgadas graves, se
recomendará à abertura imediata para inspeção visual do revestimento e registro
para relatório fotográfico. Estes dados deverão ser registrados em planilha
especifica e em separado do estudo básico dos potenciais.
1.9
Todos os elementos de referência visualizados e ou identificados no campo (vias
férreas, estradas ou ruas, rios, cruzamentos com outras tubulações, etc...) serão
registrados de maneira tal que permitam identificação com os pontos referencias da
inspeção e preferencialmente checados e comparados com os Desenhos do
Projeto(As Built) da tubulação.
2
Relatórios.
2.1
Com os dados recolhidos no campo, serão gerados gráficos dos potenciais
registrados, com indicações dos elementos referenciais.
2.2
Será fornecido um relatório final referente ao duto inspecionado, indicando os dados
relevantes e uma planilha contendo um resumo de todas as falhas detectadas, bem
como recomendações de ações corretivas cabíveis, apontadas pela inspeção.
2.3
Sempre que possível, nos casos em que se recomende escavação imediata para os
casos de falhas significativas julgadas graves, um técnico da equipe da SEMPRO
deverá ter acesso à sondagem para inclusão dos registros visuais em relatório
fotográfico.
Gráfico “DCVG”
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