objetivo do curso -...

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FUNDAMENTOS E PREVENÇÃO DA CORROSÃO EXTERNA DE EQUIPAMENTOS SUBMARINOS

Walmar Baptista

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OBJETIVO DO CURSO

• Apresentar os fundamentos para a compreensão dofenômeno de corrosão em água do mar e da técnica deproteção catódica para controle da corrosão.

• Capacitar os alunos a entender as técnicas de inspeçãodo sistema de proteção catódica através de mediçãodo potencial eletroquímico.

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PROGRAMA

• Fundamentos da Corrosão

– Conceitos básicos de eletroquímica

– Corrosão em água do mar

• Prevenção da Corrosão

– Proteção Catódica• Equipamentos

submarinos;

• Dutos submarinos

– Inspeção de dutos submarinos

CORROSÃO E ELETROQUÍMICA

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• Diminuição das reservas naturais;

• Paradas não programadas;

• Lucros cessantes;

• Danos ao meio ambiente (multas);

• Acidentes (danos ao ser humano).

CONSEQUÊNCIAS DA CORROSÃO

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•CORROSÃO: CUSTO ANUAL (USA): US$ 276 BILHÕES;

•CUSTO DE REVESTIMENTOS ORGÂNICOS:US$ 107 BILHÕES

(SEM INCLUSÃO DE CUSTOS DE APLICAÇÃO)

CORROSION – A NATURAL BUT CONTROLLABLE PROCESS –CORROSION COSTS AND PREVENTIVE STRATEGES IN THE UNITED STATES – MATERIALS PERFORMANCE – SUPPLEMENT – JULY 2002

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Pipeline Inspector Guilty of Lapses

Wednesday, November 26, 2014

A former Shell Pipeline Company employee responsible for corrosion monitoring will pay $19 million in restitution and face up to 15 years in prison for his role in a pipeline leak that released over 9,000 gallons of jet fuel from a Wisconsin airport.

Jones was responsible for the corrosion coordination of the pipeline at the airport, including conducting an annual cathodic protection survey of the pipeline, taking bi-monthly cathodic protection readings from pipeline rectifiers, and recording all of the data into a computer system used to generate reports for PHMSA (Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration).

Fonte: http://www.paintsquare.com/news/?fuseaction=view&id=12367

EXEMPLOCONSEQUÊNCIAS DA CORROSÃO

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CORROSÃOTERMODINÂMICA

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ELETRODO SIMPLES

• Eletrólito – Meio liquido ou sólido noqual uma corrente elétrica é conduzidapelo movimento de íons.

• Me Me2+ + 2 e-

• QUANDO AS VELOCIDADES V1 =V2 O ELETRODO ESTÁ EMEQUILIBRIO

• POTENCIAL DE EQUILÍBRIOEMe(2+)/Me

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• Ao imergir um metal em uma solução aquosa passa a existir umadiferença de potencial entre as duas fases (sólida e líquida). É chamadade Diferença de Potencial Eletroquímico pois é de natureza elétrica equímica. Este valor absoluto não pode ser medido.

Potenciais de Eletrodo

• ELETRODO PADRÃO DE HIDROGÊNIO

• 2 H+ + 2 e- H2

• EH+/H2 = 0 V e Oxi + e Red(por convenção)

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• Potencial de Eletrodo Padrão (E0): É a diferença de potencial entre oelemento químico em uma solução de 1M de seus íons em relação aoeletrodo padrão de hidrogênio (SHE).

Potencial de Eletrodo Padrão

TABELA DE POTENCIAIS DE REDUÇÃO PADRÃO Eº

• Au+ + e Au +1,68 V

• Pt2+ + 2e Pt +1,20 V

• Ag+ + e Ag +0,80 V

• Cu2+ + 2e Cu +0,34 V

• 2 H+ + 2e H2 0,00 V

• Pb2+ + 2e Pb -0,13 V

• Ni2+ + 2e Ni -0,25 V

• Cd2+ + 2e Cd -0,40 V

• Fe2+ + 2e Fe -0,44 V

• Zn2++ 2e Zn -0,76 V

• Mg2+ + 2e Mg -2,34 V

• Estado Padrão:

– T = 298 K

– R = 8314 J.K-1.mol-1

– [ ] = 1 mol/litro

– [substância sólida] = 1

– p = 1 atm

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• Eletrodo de Hidrogênio– Pt; H2/H

+ (1M) +0,0000 V

• Eletrodo de Calomelano - laboratório– Hg; Hg2Cl2(s)/KCl (0,1M) +0,3337 V

– Hg; Hg2Cl2(s)/KCl (1M) +0,2800 V

– Hg; Hg2Cl2(s)/KCl (sol. sat.) +0,2415 V

• Eletrodo de Prata/Cloreto de Prata - instalações submersas– Ag; AgCl/KCl (0,1 M) +0,2881 V

– Ag; AgCl/KCl (1 M) +0,2224 V

– Ag; AgCl/Mar +0,2500 V

• Eletrodo de Cobre/Sulfato de Cobre - instalações terrestres– Cu/CuSO4;Cu2+ (sol. sat.) +0,3180 V

ELETRODOS DE REFERÊNCIA

• (a) AgCl + e Ag + Cl- Eº = 0,250 V

• (b) Cu2+ + 2 e Cu Eº = 0,318 V

ELETRODOS DE REFERÊNCIA

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CORROSÃO CINÉTICA

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CÉLULA OU PILHA ELETROQUÍMICASão necessários quatro componentes: anodo, catodo,

eletrólito e conexão elétrica.

OS PROCESSOS ELETROQUÍMICOS ESTÃO ASSOCIADOS

A UMA CÉLULA ELETROQUÍMICA:

ANODO - ELETRODO SEDE DE OXIDAÇÃO

CATODO – ELETRODO SEDE DE REDUÇÃO

ANODO

CATODO

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CORROSÃO – EXEMPLO

- CORROSÃO DO FERRO EM PRESENÇADE UMA SOLUÇÃO ÁCIDA DESAERADA

ELETRODO DUPLO

– Fe Fe2+ + 2 e- (reação anódica)

– 2 H+ + 2 e- H2 (reação catódica)

INTERFACE ENTRE UM METAL E ASOLUÇÃO ATRAVÉS DA QUAL ATRANSFERÊNCIA DE CARGA OCORRE NUMAREAÇÃO ELETROQUÍMICA (OXI-REDUÇÃO).

CONCEITO DE ELETRODO EM CORROSÃO

Fe Fe

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Fe Fe2+ + 2 e, EeqFe2+/Fe

2 H+ + 2e H2, Eeq

H+/H2

SISTEMA REAL AS REAÇÕES OCORREM SIMULTÂNEAMENTE NUM POTENCIAL CHAMADO DE CORROSÃO CARACTERIZADO PELOS SOBREPOTENCIAIS Fe e H2

O POTENCIAL MEDIDO PELO ELETRODO DE REFERENCIA É O ECOR

POLARIZAÇÃO

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MECANISMOS DE CORROSÃO EM ÁGUA DO MAR

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• Principais mecanismos de corrosão em água do mar

– Corrosão pela água do mar geral

– Corrosão Uniforme ou Generalizada

– Corrosão por frestas

– Corrosão por pites

– Corrosão galvânica

– Corrosão induzida por microorganismos

– Corrosão sob tensão

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CORROSÃO

MECANISMO

MEIOCORROSIVO

MATERIALMETÁLICO

CONDIÇÕESOPERACIONAIS

Reações Eletroquímicas na Corrosão

• Reação que ocorre no anodo

M Mn+ + ne-

• Reações que ocorrem no catodo

– Meio Neutro ou Básico, não-aerado

2H2O + 2e- H2 + 2OH-

– Meio Neutro ou Básico, aerado

H2O + 1/2 O2 + 2e- 2OH-

– Meio Ácido, não-aerado

2H+ +2e- H2

– Meio Ácido, aerado

2H+ + 1/2 O2 + 2e- H2O

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CORROSÃO PELA ÁGUA DO MAR

• AÇO CARBONO ECOR = - 600 mVAg/AgCl

• ANODO Fe Fe2+ + 2e

• CATODO H2O + O2 + 2e 2 OH-

MEIO CORROSIVO COMPLEXO,SAIS, MATÉRIA ORGÂNICA, GASESDISSOLVIDOS, MICROORGANISMOSE MATÉRIA ORGÂNICA EMDECOMPOSIÇÃO E pH 8.

Resistividade da água do mar 25 ohm.cm = 0,25 ohm.m

Fe++ + 2 OH- Fe (OH)2

(Hidróxido ferroso)OH-

OH-

OH-

H+

H+

H+

H+

ÁGUA DO MARCHAPA DE AÇO SEM REVESTIMENTO

e

e

Elétrons

Fe (OH)2 + H2O+ 1/2 O2 2Fe (OH)3

MEIO AERADO

Fe++

Fe++

Fe++

O2 + H2O + 2e 2 OH-

15

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½ O2 + H2O + 2e 2 OH-

PRINCIPAL FATOR QUE INFLUENCIA NA TAXA DE CORROSÃO É A CHEGADA DE OXIGÊNIO NO CATODO

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PROTEÇÃO CATÓDICA

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• NO ESTÁGIO DE PROJETO– Seleção de materiais, geometria dos componentes, acabamento

superficial, facilidade de manutenção, economia, etc.

• PELA INFLUÊNCIA DO METAL– Proteção catódica e proteção anódica.

• PELA INFLUÊNCIA DO MEIO– Composição (concentração, pH), velocidade, temperatura,

oxigênio dissolvido ou oxidantes e inibidor de corrosão.

• COM REVESTIMENTO– Revestimentos metálicos, revestimentos inorgânicos e

revestimentos orgânicos.

CONTROLE DA CORROSÃO

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• É uma técnica de combate a corrosão de instalações

metálicas enterradas ou submersas, bastante empregada

atualmente e de custo reduzido.

• A proteção catódica é uma técnica que controla o processo

corrosivo ligado a corrosão eletroquímica.

• Ela constitui-se, também, em uma importante ferramenta

na preservação do meio ambiente, pois evita danos a

ecologia.


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PROTEÇÃO CATÓDICACINÉTICA

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• ZINCO – ECOR = - 1000 mVAg/AgCl

• ANODO – Zn Zn2+ + 2e

• CATODO - H2O + O2 + 2e 2 OH-

• AÇO CARBONO ECOR = - 600 mVAg/AgCl

• ANODO – Fe Fe2+ + 2e

• CATODO – H2O + O2 + 2e 2 OH-

PROTEÇÃO CATÓDICA MECANISMO BÁSICO

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E (mV)

Log i (mA/cm2)

Eproteção

i prot.

EH2

Ecatodo

ioperação

Ecor/Zn

n

Ecor/Fe

Aço - Catodo - H2O + O2 + 2e → 2 OH−

Zinco – Anodo – Zn → Zn2+ + 2e

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PROTEÇÃO CATÓDICATERMODINÂMICA

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• Na prática a condição de concentração de íons igual a 1M dificilmenteocorre. Portanto, os valores dos potenciais são diferentes dos valorespadrões. Para achar estes novos potenciais, Nernst desenvolveu a seguinteequação:

• onde:– E - potencial observado

– E0 - potencial padrão

– R - constante dos gases perfeitos (8,314 J/K.mol)

– T - 298°K (25°C)

– n - número de elétrons envolvidos na reação

– F - constante de Faraday (96500 C)

– aprodutos - atividade ou concentração efetiva dos produtos da reação

– areagentes - atividade ou concentração efetiva dos reagentes da reação

REAGENTES

PRODUTOS

REAGENTES

PRODUTOS

a

a

nE

a

a

nF

RTEE log

0591,0ln 00

Equação de Nernst

EQUAÇÃO DE NERNST

· Aplicação ao equilíbrio Fe2+/Fe

Reação : Fe2+ + 2 e Fe

E = Eº - (0,059/n) log [Prod.]/[Reag.]

Por exemplo para [Fe (2+)] = 10-4 M

Temos que [Fe] = 1

E = - 0,44 – (0,059/2) log 1/10-4

E = -0,44 – 0,118 = -0,56 Veph

Transformando este valor para referência Ag/AgCl e Cu/CuSO4 teremos:

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DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Fe/H2O 25 º CDIAGRAMA DE POURBAIX

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PROTEÇÃO CATÓDICAREAÇÕES SECUNDÁRIAS

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PROTEÇÃO CATÓDICA – MECANISMOS BÁSICOSREAÇÕES SECUNDÁRIAS

• No catodo ocorrem outras reações como a formação da camadacalco magnesiana:

Mg + 2 OH- Mg (OH)2

Ca + CO2 + 2 OH- CaCO3 + H2O

Diminui a corrente drenada do anodo aumentando a vida útildo mesmo.

Atua como um revestimento no catodo.

PROTEÇÃO CATÓDICA – MECANISMO BÁSICOREAÇÕES SECUNDÁRIAS

1. Potencial igual ou mais negativo do que 1,15 VAg/AgCl

pode causar descolamento catódico do revestimentoorgânico;

2. A principal reação catódica em água do mar é aredução do oxigênio, no entanto, em potenciais maisnegativos a redução do H+ da água pode ocorrer:

O2 + H2O + 2e → 2 OH-

2 H+ + 2e →H* + H* → H2

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H2OH- H2

H2

H2

H2

H2

H2

H2H2

H2H2

OH-

REVESTIMENTO

DESCOLAMENTO CATÓDICO

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• O hidrogênio penetra nos metais na forma atômica;

• Se difunde na rede cristalina mesmo a baixas temperaturas;

• A geração do hidrogênio irá ocorrer preferencialmente emregiões anaeróbicas ou com água estagnada;

• A penetração é acelerada pela presença de envenenadores queimpedem a formação de hidrogênio molecular (H2S) ;

• Modifica as propriedades mecânicas o que leva a fraturasfrágeis e altamente danosas;

• Ocorre principalmente em aços de alta resistência mecânica eregiões soldadas;

DANOS PELO HIDROGÊNIO

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Corrosão Associada a Solicitação Mecânica

Fragilização pelo Hidrogênio– 2 H2O + 2 e H2 + 2 OH-

– H. + H. H2

– H2O + 1/2 O2 + 2 e 2 OH-

Microestrutura incompatível

HidrogênioTensões

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FRAGILIZAÇÃO PELO HIDROGÊNIO

DNV RP B 401 Exemplo

5.5.5 Para certas ligas de níquel (isto é, ligas austeníticas, incluindo, porexemplo, UNS N05500 e N07750), o endurecimento por precipitaçãopode induzir alta sensibilidade a HISC. Para aços inoxidáveis austeníticosendurecidos por precipitação, a suscetibilidade é menor e uma dureza deno máx. 300 HV pode ser considerado um limite razoavelmente seguro,enquanto materiais com dureza superior a 350 HV devem geralmente serevitados para quaisquer componentes que recebam PC. Na faixa de durezaintermediária (ou seja, 300 a 350 HV), devem ser aplicadas precauçõesdurante o projeto para evitar o escoamento localizado e / ou se especificarum sistema de revestimento qualificado como uma barreira à absorção dehidrogênio por PC.

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PROTEÇÃO CATÓDICAPROJETO

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SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA CORRENTE GALVÂNICA

e-

Corrente de Proteção

metal

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• Nesta etapa devem ser coletados os dados do equipamento a proteger,tais como características construtivas e de operação. As principaisinformações a considerar são:

• vida útil do SPC;

• LDA de instalação;

• temperatura da parede externa do equipamento;

• áreas superficiais a serem protegidas, por tipo de material;

• características do revestimento orgânico (pintura);e

• tipo de anodo a utilizar (material e forma, se já estiver definida).

ETAPAS DE PROJETO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA

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Obter os dados de entrada para o projeto

Calcular as correntes necessárias à proteção

Calcular a massa anódica e e definir o número e tipo de anodos

Definir a distribuição dos anodos no equipamento

Os critérios para a corrente inicial de polarização e final

foram atendidos?

Não

Sim

Existem três clases de Ic que são Ici, Icm e Icf

• Ic = A ic fc

�� =

�� 8760

�ℰ

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Critérios para o dimensionamento do sistema de proteção catódica

Critério da massa: a massa total de anodos deve suprir ademanda de corrente média ao longo da vida útil doequipamento;

Na Ma > Mnet

Critério de corrente: a corrente gerada pelos anodos devesuprir a demanda de corrente inicial de polarização e ao finalda vida útil do equipamento;

Na Ia > Ic

CORRENTE NECESSÁRIA A PROTEÇÃO CATÓDICA DE UMA ESTRUTURA (Ic)

Ic : corrente de proteção media, inicial e final (A);A : Área da Superfície a proteger (m2);ic : Densidade de Corrente de Proteção (mA/m2);fc : Índice de Falha no Revestimento;

Obs1: A corrente Ic será o somatório das correntes de proteção para cada condição, materiais diferentes, materiais aquecidos e materiais enterrados .Obs2 Para tubulação e outros componentes aquecidos por um fluido, as densidades de corrente do projeto devem ser acrescidas em 0.001 A /m2 para cada ° C que o a interface metal / ambiente é for superior a 25 ° C.Obs3: No caso de ANM somar cinco amperes no cálculo da corrente inicial e média.

Ic = A ic fc Ic = Σn A ic fcou

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CORRENTE NECESSÁRIA A PROTEÇÃO CATÓDICA DE UMA ESTRUTURA (Ic)

• S – área externa em contato com a água do mar em m2

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EVOLUÇÃO DO POTENCIALAO LONGO DO TEMPO

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PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA

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• Os diversos fatores que afetam a corrosividade e o consumo do anodovariam nas diversas localidades do oceano e também com aprofundidade;

• Reflete a importância de se utilizar os parâmetros de projeto comvalores adequados, ou seja, obtidos na mesma locação onde seráinstalado o equipamento;

FATORES QUE AFETAM A CORRENTE DE PROTEÇÃO

Densidades de Corrente de Proteção

31


32

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1 – Conforme DNV RP B401 para região tropical

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1 – Conforme DNV RP B401 para região tropical

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• Densidade de corrente de proteção (ic) para estruturasenterradas possui valores à parte, pois o meio solo marinhoapresenta algumas características diferentes do meio água domar com relação à proteção catódica.

• Índice de Falhas do Revestimento ( ƒc )

O índice de falha do revestimento, ƒc , descreve a reduçãoantecipada na densidade de corrente catódica devido àaplicação de um revestimento eletricamente isolante. Quandoƒc = 0, o revestimento é 100% isolante, diminuindo assimdensidade de corrente catódica a zero. Se ƒc = 1 significa que orevestimento não possui propriedades protetoras ou não existe.

PROJETO DE PROTEÇÃOCATÓDICA GALVÂNICA

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• Índice de falhas no revestimento ( ) – DNV-RP-B401

Categoria I: uma camada de tinta epóxi, mínimo de 20 μm de espessura nominal de filme seco;

Categoria II: uma ou mais camadas de tinta a base de epóxi ou poliuretano, mínimo de 250 μm de espessura nominal de filme seco;

Categoria III: duas ou mais camadas de tinta a base de epóxi ou poliuretano, mínimo de 350 μm de espessura nominal de filme seco;

cf

fcf tbaf 2

fcm

tbaf afci

Profundidade (m)

Categoria I

(a = 0,10)

Categoria II

(a = 0,05)

Categoria III

(a = 0,02)

0-30 b = 0,10 b = 0,025 b = 0,012

Maior que 30 b = 0,05 b = 0,015 b = 0,008


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OH-H2OH-

REVESTIMENTO

OH-

OH-

2 H2O + 2 e H2 + 2 OH-

H2O + 1/2 O2 + 2 e 2 OH-


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Obs A capacidade de corrente expressa a quantidade de elétronsque efetivamente são aproveitados na proteção catódica, ou seja, aparcela de auto corrosão do anodo já foi eliminada.

Zn → Zn2+ + 2e

Al → Al3+ + 3e

36

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VERIFICAÇÃO DAS CORRENTES INICIAL E FINAL DOS ANODOS

• A corrente total inicial e final fornecida pelos anodos devem ser comparadas com a corrente necessária inicial (Ici) e final (Icf), a seguinte verificação deve ser feita:

• Se o critério acima não for atendido pelo tipo de anodo selecionado inicialmente (dimensão e massa líquida) outro tipo de anodo deve ser selecionado. Este processo deve ser repetido até que o critério seja atendido.

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Obter os dados de entrada para o projeto

Calcular as correntes necessárias à proteção

Calcular a massa anódica e definir o número e tipo de anodos, critério da massa

Definir a distribuição dos anodos no equipamento

Os critérios para a corrente inicial de polarização e final

foram atendidos?

Não

Sim

Existem três clases de Ic que são Ici, Icm e Icf

• Ic = A ic fc

�� =

�� 8760

�ℰ

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• Mnet – massa líquida necessária para aproteção catódica do sistema (Kg);

• tp - vida útil do sistema (anos);

• Icm - corrente média necessária (A);

• u – fator de utilização;

• ℰ - capacidade de corrente (Ah/Kg).

O fator “8760” é utilizado para converter “anos” em “hora”, tornando compatíveis as unidades de tp e ℰ .

MASSA ANÓDICA NECESSÁRIA A PROTEÇÃO CATÓDICA DE UMA ESTRUTURA (M)

• �� =

��

�ℰ

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• Critério de massa:

Onde:

aN Número de anodos.

aM Massa líquida do anodo.

Massa líquida calculada par o equipamento

MASSA ANÓDICA NECESSÁRIA A PROTEÇÃO CATÓDICA DE UMA ESTRUTURA (M)

Na Ma > Mnet

Mnet

Obs A capacidade de corrente expressa a quantidade de elétronsque efetivamente são aproveitados na proteção catódica, ou seja, aparcela de auto corrosão do anodo já foi eliminada.

Zn → Zn2+ + 2e

Al → Al3+ + 3e

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• Anodos de Zinco

Vantagens:

- Composição química bem definida;

- Não passiva

Desvantagens:

- Poluição do meio ambiente;

- Menor capacidade de corrente;

- Só pode operar até 50º C

• Anodos de Alumínio

Vantagens:

- Não polui o meio ambiente;

- Maior capacidade de corrente;

- Operação até 80º C;

Desvantagens:

- Pode passivar devido a problema na composição da liga;

- Pode sofrer desgaste localizado;

Anodos de Zinco X Anodos de Alumínio


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PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICAAnodos de Zinco X Anodos de Alumínio

Zn → Zn2+ + 2e

Al → Al3+ + 3e

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Fator de utilização (u)

Os anodos galvânicos ao longo da vida do sistema deproteção catódica diminuem de tamanho e considera-se queexiste um tamanho mínimo para o qual o anodo ainda seráefetivo na proteção da estrutura. O fator de utilização paraanodos de zinco ou alumínio alongados é de 0,9 para outrasgeometrias (inclusive braçadeira) 0,8.

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FATOR DE UTILIZAÇÃO

• Fator de utilização do anodo (u) : DNV-RP-B401

Depende da geometria do anodo:

Anodo alongado, separado da

estrutura: (u) = 0,9

Anodo curto, em contato com a

estrutura e anodo braçadeira:

(u) = 0,8

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ASPECTOS ESPECÍFICOS DA PROTEÇÃO CATÓDICA DE

ANM, MANIFOLD, ETC

Normas Técnicas

Normas Internacionais

• Estruturas Submarinas e Plataformas Fixas

– DNV RP B401 (2010)

• Dutos Submarinos

– ISO 15589-2 (2012)

– DNV RP F103 (2010)

Normas Petrobras

• Estruturas submarinas e plataformas fixas

– N-2838 (2011)

• Dutos submarinos

– N-1935 (2010)

• Anodos

– NBR 10387 (2014)

– NBR 9358 (2013)

– N- 1783 (2007)

• Inspeção

– N -1814 (2012)

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Proteção Catódica de Equipamentos e Dutos Submarinos

• Projeto requer elevada confiabilidade

• O sistema deve ser eficaz durante toda vida útil

• Elevado Custo de Inspeção

• Elevado custo para reparo (retrofit)

• Elevado prazo para levantamento de dados

• Definição densidades de correntes

• Teste de longa duração para definir desempenho dos anodos

• Incerteza no projeto

• Falhas no revestimento

PROTEÇÃO ANTICORROSIVA EXTERNA PARA EQUIPAMENTOS SUBMARINOS

• REVESTIMENTOS PROTETORES

– Metálicos (galvanização, etc.)

– Não metálicos inorgânicos (anodização, fosfatização, etc.)

– Orgânicos Pintura Industrial Tinta

• PROTEÇÃO CATÓDICA

– Galvânica

– Corrente impressa

• São duas técnicas anticorrosivas complementares para proteção de equipamentos submarinos e a utilização conjunta, apresenta um ótimo benefício técnico econômico.

43


OH-H2OH-

REVESTIMENTO

OH-

OH-

2 H2O + 2 e H2 + 2 OH-

H2O + 1/2 O2 + 2 e 2 OH-

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CRITERIOS GERAS DE PROJETO

• Densidades de corrente, experiência operadora (p.ex. N-2838) ou DNV-RP-B401;

• As densidades de corrente devem ser corrigidas para temperatura de projeto;

• Os valores de eficiência de revestimento devem ser conforme DNV-RP-B401;

• Capacidades de corrente devem ser corrigidas para temperatura de projeto;

• A composição química do anodo deve seguir norma DNV-RP-B401;

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CUIDADOS NA MONTAGEM

Os anodos devem ter uma distribuição o mais uniforme possível

na estrutura;

Distribuição uniforme significa que cada anodo deve estar

associado a uma área do catodo equivalente a utilizada no cálculo

de sua massa;

Não esquecer que regiões do equipamento confeccionadas de aço

inox podem necessitar de anodos dedicados;

CUIDADOS NA MONTAGEM

• Os anodos devem ser preferencialmente soldados à estrutura;

• Poderão também ser fixados por meio de parafusos e porcas de aço inox em suporte soldados a estrutura,

• É imprescindível que haja contato elétrico de todos componentes que se deseja proteger;

• É necessário a utilização de arruelas dentadas para manter o contato elétrico quando revestimento orgânico esteja presente,

• A continuidade elétrica deve ser verificada em todo o equipamento, após a montagem.

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É imprescindível que haja contato elétrico de todos componentes que se deseja proteger;

Manifold

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DUTOS SUBMARINOS

PROTEÇÃO CATÓDICA DE DUTOS SUBMARINOS

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CRITERIOS GERAIS DE PROJETO

• Densidades de corrente, experiência operadora (p.ex. N 1935) ou ISO-15589-2 ou DNV-RP-B401;

• As densidades de corrente devem ser corrigidas para temperatura de projeto;

• Os valores de eficiência de revestimento devem ser conforme ISO-15589-2;

• Capacidades de corrente devem ser corrigidas para temperatura de projeto;

• A composição química do anodo deve seguir norma 15589-2;

• Os anodos devem ser distribuídos procurando atender espaçamento entre 72 a 300 m. Trezentos metros máximo.

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CRITERIOS GERAIS DE PROJETO

Os anodos devem ter uma distribuição o mais uniforme possível

na estrutura;

Deve ser dado tratamento diferenciado aos trechos submersos e

enterrados no fundo do mar previsto no projeto;

Deve ser considerado eventual interligação elétrica dos dutos

com trechos terrestres, assim como, com piers e plataformas;

Recomenda-se que os dutos sejam isolados eletricamente destas

estruturas e de seu trecho terrestre.

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• Anodos de zinco limitado a 50 º C;

• Anodos de alumínio aquecidos utilizar tabela abaixo;

• Resistividade água do mar 0,30 ohm.m

• Resistividade solo marinho 1,50 ohm.m

• ISO 15589-2

PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICAPARA DUTOS SUBMARINOS

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PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICAPARA DUTOS SUBMARINOS

• Correção da densidade de corrente:

•1 mA/m2 para cada °C que a temperatura da parede externa do duto a for superior a 25°C e até 100 °C .

•Pode-se considerar a temperatura interna igual a externa ou realizar uma simulação numérica para estabelecer a temperatura externa do duto.

Exemplo: aço carbono a 500m de profundidade temperatura interna de 60°C.

icm = 130 + 35 = 165 mA/m2

ÍNDICE DE FALHA DO REVESTIMENTO (ƒc )

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99

ÍNDICE DE FALHA DO REVESTIMENTO (ƒc )

A EFICIENCIA DO REVESTIMENTO

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INSTALAÇÃO EQUIPAMENTOS SUBMARINOS

• Durante a instalação ou no tempo de operação serão geradas falhas nos revestimentos.

• A proteção catódica complementa a proteção contra corrosão do revestimento corrosivo.

• A proteção catódica é projetada para o tempo de operação do equipamento e complementando a proteção do revestimento.

Proteção Catódica de Dutos Submarinos

• Material do anodo: ligas de alumínio ou zinco

– O anodo de liga de alumínio é mais utilizado

– O desempenho do anodo está diretamente ligado a sua composição química

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ANODOS BRAÇADEIRA

PROTEÇÃO CATÓDICA DE DUTOS SUBMARINOS

• Formato do Anodo Braçadeira

• O diâmetro interno do anodo é definido considerandoo diâmetro externo do duto, incluindo o revestimento;

• O comprimento e a espessura podem ser ajustadospara alcançar a massa líquida desejada

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• Formato do anodo: braçadeira;• O diâmetro interno do anodo é definido considerando o diâmetro

externo do duto, incluindo seu revestimento;

• O comprimento e a espessura podem ser ajustados para alcançar a massa líquida desejada.

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• Corrente galvânica ou impressa;• A proteção por corrente galvânica é amplamente utilizada enquanto a

corrente impressa pode ser utilizada em dutos de pequena extensão ou em regiões de chegada nas praias (furo direcional).

• Corrente galvânica ou impressa;• A proteção por corrente galvânica é amplamente utilizada enquanto a

corrente impressa pode ser utilizada em dutos de pequena extensão ou em regiões de chegada nas praias.

• Anodos instalados no duto (exceto retrofit);• Retrofit: reabilitação do sistema de proteção catódica através da

instalação de novos anodos;

Fonte:www.stoprust.com

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INSTALAÇÃO ANODO BRAÇADEIRA

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INSPEÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA DE EQUIPAMENTOS

SUBMARINOS

Inspeção Visual

• Identifica e registro fotográfico:

– Danos no Revestimento

– Estado de consumo dos anodos

– Anodos passivados

– Corrosão no equipamento

– Vãos Livres de dutos rígidos

– Presença de sucata

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INSPEÇÃO POTENCIAL ELETROQUÍMICO

BATHYCORROMETER

Medição de Potencial de uma Estrutura Metálica no Mar- Eletrodo de referência (ou semicélula): Prata/Cloreto de Prata - (Ag/AgCl)

Inspeção do Sistema de Proteção Catódica

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BATHYCORROMETER

Medição de Potencial de uma Estrutura Metálica no Mar- Eletrodo de referência (ou semicélula): Prata/Cloreto de Prata - (Ag/AgCl)

Inspeção do Sistema de Proteção Catódica

/ AgCl

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EXEMPLO MEDIÇÃO DE POTENCIAL

• Supor potencial remoto = - 952 mVAg/AgCl

• Potencial anodo = - 1100 mVAg/AgCl

• Potencial anodo/remoto = - 148 mVAg/AgCl

• Potencial duto1 = - 100 mV

• Potencial duto1 = - 1052 mVAg/AgCl

• Potencial duto2 = + 100 mV

• Potencial duto2 = - 852 mVAg/AgCl

63

NORMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA INTERNACIONAIS

• DNV - RP – F103 – Cathodic protection of submarine pipelines by galvanic anodes – 2010;

• ISO 15589 - Part 1: Cathodic Protection - Onshore pipelines -2012;

• ISO 15589 - Part 2: Cathodic Protection - Offshore pipelines –2012;

• DNV RP - B401 - Cathodic Protection Design – 2011.

BIBLIOGRAFIA• DUTRA,A.C. e NUNES, L.P. Proteção catódica - técnica de

combate à corrosão. Editora Interciencias, 2011. 372p.

• GENTIL, Vicente – Corrosão – 6ª edição, Livros Técnicos eCientíficos Editora S.A., Brasil, 2011;

• MORGAN, J. Cathodic Protection, Houston : NACE, 1987, 520 p.

• NUNES, L.P. e LOBO, A.C. Pintura industrial na proteçãoanticorrosiva, Interciencia, Brasil, 2014, 452 p.

• Fontana, M.G., “Corrosion Engineering”, Third Edition, MCGraw-Hill, 1986.

• Roberge, P.R., Handbook of corrosion engineering, McGraw-Hill,1999.

• Jones, D.A., Principles and prevention of corrosion”, second edition,Prentice-Hall, 1996.

64

BIBLIOGRAFIA• BAPTISTA, W., Corrosão e incrustação em equipamentos

submarinos. In Yong Bai. (Org) Sistemas Marítimos de Produção dePetróleo. 1ed Rio de Janeiro : Elsevier, 2016, p 481-514.

• BAPTISTA,W., Corrosão e Proteção Catódica. In José Luiz FrançaFreire (Org.) Engenharia de dutos. 1 ed Rio de Janeiro. ABCM,2009, p. 13-16.

• BAPTISTA, W., Termos da área de corrosão. In Eloy Fernande eFernandez (Org) Dicionário do Petróleo da língua portuguesa. Riode Janeiro. Lexicon, 2009.

• BAPTISTA, W. et al.- Long-term performance of aluminum anodesin seawater and marine soil - Materials Performance, Houston, v.38,n 1, p. 34-39, 1999.

• BAPTISTA, W. et al. In situ acquisition of cathodic protectionparameters– Materials Performance, Houston, v.36, n 1, p. 9-13,1997.

• BAPTISTA, W. et al. Cathodic protection against crevice corrosionof high-alloy steel in seawater - Materials Performance, Houston,v.34, n 10, p. 29-32, 1995.

objetivo do curso -...

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