UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPIRITO SANTO CENTRO TECNOLGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA PROJETO DE GRADUAO Comparao de Mtodos de Inspeo de Integridade de Dutos: Mtodo PIG e CIS/DCVG CARLOS EDUARDO MAZZINI Vitria Junho de 2009 CARLOS EDUARDO MAZZINI Comparao de Mtodos de Inspeo de Integridade de Dutos: Mtodo PIG e CIS/DCVG ProjetodeGraduaoapresentadoao CorpoDocentedoDepartamentode EngenhariaMecnicadaUniversidade Federal do Estado do Esprito Santo como partedosrequisitosparaobtenodo TtulodeEngenheiroMecnicocom nfasenaIndstriadoPetrleoeGs. Orientador:Prof.D.Sc.GeraldoRossoni Sisquini. VitriaJunho de 2009 Agradecimentos Agradeo a Deus que me abenoou durante todo o perodo de pesquisa. Ao apoio da minha famlia, por suas oraes e pela compreenso. A ANP que me financiou. AomeuprofessorOrientadorGeraldoRossoniSisquini,oqualme disponibilizouabibliografianecessriaequemeajudouconformeminhas dificuldades. Atodosaquelesque,diretaouindiretamente,participaramdarealizao deste trabalho. Resumo

Devido ao substancial aumento da demanda mundial por fontes econmicas e limpas,autilizaodogsnaturalcrescecontinuamente,dasurge necessidadedetransport-lodemaneiraeconmicaesegura,sendoquea utilizaodedutosdegsdestacadadentreasdemais.Paraverificara integridadedeumdutoedeseusistemadeproteocatdica,diversas inspees so realizadas periodicamente, o que geram manutenes corretivas e/oupreventivasquandosedetectaqualquerproblema.Umdosmtodosde inspeorealizadocaminhandona faixasobre umdutocomaparelhos para identificarelocalizarfalhasnorevestimentooufalhasnonveldeproteo catdica que denominamos CIS/DCVG. Outro mtodo realizado internamente nodutocomumpiginstrumentadoqueumcoletordedados,taiscomo espessuradeparededotubo,geometriadodefeitoeoutros.Estetrabalho apresenta e compara estes dois mtodos de inspeo de integridade de dutos avaliando e definindo qual tipo de corroso est presente no local da falha. Palavras-chave: Integridade de Dutos, Mtodos de Inspeo, corroso. Lista de Figuras FIGURA 2.1- PROCESSO DE CORROSO DOS METAIS ..................................................... 15 FIGURA 2.2 JAZIDA DE MINRIO DE FERRO EVIDENCIANDO A PROFUNDIDADE DE............. 16 FIGURA 2.3 FORMAS DE CORROSO. ........................................................... 18 FIGURA 2.4 TIPOS DE DEFEITOS DE CORROSO E DANOS MECNICOS EM DUTOS ..... 19 FIGURA 2.5 TIPOS DE DEFEITOS DE SOLDAGEM............................................................ 19 FIGURA2.6MEDIODOPOTENCIAL,EMRELAOAOSOLO,DEQUALQUERMATERIAL METLICO............................................................................................................. 22 FIGURA 2.7 MEDIO DA DIFERENA DE POTENCIAL ENTRE DOIS METAIS DIFERENTES, EM PRESENA DE UM ELETRLITO. .............................................................................. 23 FIGURA 2.8 FORMAO DE UMA PILHA GALVNICA ....................................................... 24 FIGURA 2.9 PROCESSAMENTO DA CORROSO NUMA TUBULAO.................................. 25 FIGURA 2.10 CORROSO DA LUVA GALVANIZADA EM BENEFCIO DO TUBO DE AO. ......... 25 FIGURA 2.11 CORROSO NO TUBO DE AO DEVIDO A LIGAO ELTRICA COM A VLVULA DE BRONZE........................................................................................................... 26 FIGURA 2.12 QUANDO UMA ESTRUTURA DE AO ENTERRADA ATERRADA COM HASTES E CABOS DE COBRE ELA SOFRE ATAQUE CORROSIVO SEVERO..................................... 26 FIGURA 2.13 CORROSO DEVIDO DIFERENA DE POTENCIAL EXISTENTE ENTRE UM TUBO NOVO E UM........................................................................................................... 26 FIGURA 2.14 CORROSO EM UMA ESTRUTURA METLICA. ............................................ 28 FIGURA 2.15 PILHAS DE CORROSO DEVIDO NO UNIFORMIDADE DO AO. A CORROSO NOS PONTOS DEPOTENCIAL MAIS NEGATIVOS, ONDE A CORRENTE ABANDONA O TUBO E PENETRA NO SOLO. ............................................................................................ 28 FIGURA 2.16 PILHA CAUSADA PELA VARIAO DE RESISTIVIDADE ELTRICA DO SOLO. .... 29 FIGURA2.17MACRO-PILHASDECORROSOCAUSADASPELASVARIAESDAS RESISTIVIDADES ELTRICAS DO SOLO. .................................................................... 30 FIGURA 2.18 PILHA DE AERAO DIFERENCIAL ............................................................. 31 FIGURA2.19PILHADECORROSOELETROLTICACAUSADAPORESTRADASDEFERRO ELETRIFICADAS. .................................................................................................... 32 FIGURA 3.1 REAS ANDICA E CATDICA EM UMA TUBULAO METLICA ENTERRADA.... 35 FIGURA 3.2 NATUREZA ELETROQUMICA DA CORROSO................................................ 36 FIGURA 3.3 - FURO, CAUSADO POR CORROSO, DE UMA TUBULAO DE AO................... 38 FIGURA 3.4 PROTEO CATDICA COM ANODO GALVNICO.......................................... 41 FIGURA 3.5 PROTEO CATDICA COM LEITO DE ANODOS GALVNICOS........................ 41 FIGURA 3.6 EXEMPLO DE RETIFICADOR....................................................................... 43 FIGURA 3.7 PROTEO CATDICA POR CORRENTE IMPRESSA EM UMA TUBULAO ....... 43 FIGURA 4.1 MTODO DE SOLUO PARA FALHA NO REVESTIMENTO. ............................. 47 FIGURA 4.2 DIAGRAMA DE FALHAS NO DUTO................................................................. 48 FIGURA 4.3 DIAGRAMA ESQUEMTICO.......................................................................... 49 FIGURA 4.4 MTODO DE INSPEO CIS. ...................................................................... 50 FIGURA 4.5 GRFICO CIS. .......................................................................................... 51 FIGURA 4.6 FAIXA DE OPERAO DOS POTENCIAIS PARA O SOLOEM RELAO AO......... 51 FIGURA 4.7 REGISTRO DE CIS NUM DUTO DE 30 ANOS DE IDADE. .................................. 52 FIGURA 4.8 ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DA TCNICA DCVG. ................................... 53 FIGURA 4.9 LOCALIZAO DO DEFEITO DO DUTO NO SEU EPICENTRO. ........................... 53 FIGURA 4.10 CONFIRMAO DA FALHA PELO OPERADOR PARA A LOCALIZAO DO DEFEITO............................................................................................................................ 54 FIGURA 4.11 EXEMPLO DE PIG INSTRUMENTADO INSERIDO NO DUTO. ......................... 55 FIGURA 4.12 -PIG INSERIDO NO DUTO. ......................................................................... 57 FIGURA 4.13- PIG INSTRUMENTADO ULTRA-SNICO. ...................................................... 57 FIGURA 4.14 FLUXO DE CAMPO MAGNTICO. ............................................................... 59 FIGURA 4.15 FLUXO DE CAMPO MAGNTICO EM CONTATO COM A PAREDE DO DUTO. ..... 59 FIGURA4.16FLUXODECAMPOMAGNTICOEMCONTATOCOMUMDEFEITONAPAREDE DO DUTO. ............................................................................................................. 59 FIGURA 4.17 FLUXO DE PROCESSO DO MFL ............................................................... 60 FIGURA 4.18 PIG DE FLUXO MAGNTICO....................................................................... 61 FIGURA 4.19 RELAO ENTRE A PERMEABILIDADE MAGNTICA E A INTENSIDADE DE ....... 62 FIGURA 4.20- CURVA DE MAGNETIZAO....................................................................... 62 FIGURA 4.21 VAZAMENTO DE FLUXO EM TRS NVES DE MAGNETIZAO. ...................... 64 FIGURA4.22-CONVENOPARAESTABELECIMENTODOCOMPRIMENTOLDEUMDEFEITO............................................................................................................................ 66 FIGURA 4.23- DUTO COM PITES ISOLADOS, ALVOLOS ISOLADOS E COLNIAS DE ALVOLOS E PITES................................................................................................................. 68 FIGURA4.24-PERFILDECAIXASDEDEFEITOSGERADOPELORELATRIODEINSPEOE PERFIL ................................................................................................................. 69 FIGURA4.25EXEMPLOSDEPERFILDEDEFEITOCONSERVADORGERADOPORREGRASDE............................................................................................................................ 70 FIGURA 4.26 - DUTO COM CORROSO EM TORNO DA GERATRIZ INFERIOR......................... 71 FIGURA 4.27- DUTOCOM DEFEITOSCOMPOSTOSPORREASDECORROSO.. 72 FIGURA5.1RESULTADOOBTIDODEUMMTODOCIS/DCVGNUMOLEODUTODE8NA EXTENSO DE....................................................................................................... 75 FIGURA5.5.2-DIMENSESLONGITUDINALLEWCIRCUNFERENCIALDEUMDEFEITO GENRICO. ........................................................................................................... 80 FIGURA 5. 5.3 - DUTO COM DEFEITO IDEALIZADO. ........................................................... 81 FIGURA 5. 5.4- RELAO ENTRE OS PARMETROSD, L E WDE UMDEFEITO IDEALIZADO E A............................................................................................................................ 81 FIGURA 5. 5.5 - AVALIAO DE DEFEITOS POR NVEIS DE COMPLEXIDADE. ........................ 83 FIGURA 5.6 ILUSTRAO TPICA DE FORMAS DE APROXIMAO DE DEFEITOS DE CORROSO EM DUTOS: ........................................................................................................... 87 FIGURA5.7-REPRESENTAODAREALONGITUDINALDEMATERIALPERDIDO:A)FORMA PARABLICA E ...................................................................................................... 91 FIGURA 6.1 DIMENSES E LOCALIZAO DE UM DEFEITO GENRICO. .............. 95 FIGURA 6.2 CARACTERSTICAS E POSIO HORRIA DO DEFEITO NO DUTO.................... 95 FIGURA6.3RESULTADOOBTIDODODEFEITOANAFAIXADE7,00A8,00KMNO OLEODUTO DE 8 FC/TR. ...................................................................................... 97 FIGURA6.4RESULTADOOBTIDODODEFEITOBNAFAIXADE19,00A20,00KMNO OLEODUTO DE 8 FC/TR. .................................................................................... 101 FIGURA6.5RESULTADOOBTIDODODEFEITOCNAFAIXADE23,00A24,00KMNO OLEODUTO DE 8 FC/TR. .................................................................................... 104 FIGURA6.6RESULTADOOBTIDODODEFEITODNAFAIXADE24,00A25,00KMNO OLEODUTO DE 8 FC/TR. .................................................................................... 107 FIGURA6.7RESULTADOOBTIDODODEFEITOENAFAIXADE42,00A43,00KMNO OLEODUTO DE 8 FC/TR. .................................................................................... 110 FIGURA 7.1 DUTO ENTERRADO EM REGIO DE MATA FECHADA..................................... 113 FIGURA 7.2 DUTO CORRODO. .................................................................................. 114 FIGURA 7.3 DUTO REVESTIDO COM LUVA EPXI......................................................... 115 Lista de Tabelas TABELA 2.1 -SRIE GALVNICA PRTICA............................................................. 23 TABELA 3.1 -SRIE GALVNICA PRTICA............................................................. 39 TABELA5.1COORDENADASDOSDEFEITOSINDICADOSPELOMTODO CIS/DCVG........................................................................................................... 74 TABELA5.2-SEVERIDADEDOSDEFEITOSENCONTRADOSPELATCNICA DCVG. ................................................................................................................ 76 TABELA 5.3 ESTADOS ELETROQUMICOS DOS DEFEITOS. ............................... 77 TABELA5.4PLANILHAPADRONIZADACOMINFORMAESDEENTRADADO SOFTWARE........................................................................................................ 79 TABELA 6.1 DADOS OPERACIONAIS DO DUTO. .................................................. 94 TABELA 6.2 CARACTERSTICAS DO DEFEITO. .................................................... 95 TABELA 6.3 CLASSIFICAO DOS DEFEITOS SEGUNDO O CRITRIO POF. .... 98 TABELA6.4-DEFEITOSANALISADOSESUASRESPECTIVASCLASSIFICAES DEACORDOCOMOCRITRIODOPIPELINEOPERATORSFORUM[POF] (2005). .............................................................................................................. 112 LISTA DE SMBOLOS I - corrente eltrica (corrente de corroso) aE - potencial eltrico do anodo cE - potencial eltrico do catodo R - Resistncia eltrica 1 2 mV mV - Queda de potencial do defeito 2 mV - Queda total de potencial do duto IR % - Severidade do defeito do duto f -Tensocircunferencialdaparededodutonoinstantedaruptura,numa regio fora do defeito. flow - Tenso de escoamento mdia do material (flow stress). Area longitudinal de material perdido. A0- rea longitudinal original da regio corroda. M - Fator de dilatao (bulging factor ou Folias factor) L - Comprimento longitudinal do defeito.W - Largura do defeito De - Dimetro externo do duto.t - Espessura de parede do duto.circ- Tenso Circunferencial; P- Presso interna atuante no duto; Rf Fator de Reduo PMOA- Presso Mxima de Operao Admissvel Pa = Presso de Falha Admissvel Pf= Presso de Falha ou de Ruptura na Regio Corroda. F.S Fator de Segurana esc Tenso de escoamento do material do duto.-constanteque definea formageomtricaadotadapararepresentara reade material perdido. d - profundidade mxima do defeito. Sumrio CAPTULO 1 -INTRODUO ................................................................................ 11 1.1GENERALIDADES ............................................................................................. 11 1.2OBJETIVOS....................................................................................................... 12 1.3APLICAO NA INDSTRIA DO PETRLEO....................................................... 12 CAPTULO 2 -CORROSO..................................................................................... 15 2.1INTRODUO................................................................................................... 15 2.2MECANISMOS DE CORROSO ........................................................................... 16 2.3FORMAS E TIPOS DE DEFEITO DE CORROSO .................................................... 17 2.4DEFEITOS DE CORROSO.................................................................................. 20 2.5CORROSO EM DUTOS ..................................................................................... 21 CAPTULO 3 -PROTEO CATDICA............................................................... 33 3.1INTRODUO................................................................................................... 33 3.2FUNDAMENTOS TERICOS............................................................................... 35 3.3MECANISMOS NA PROTEO CATDICA ......................................................... 37 3.4MTODOS DE APLICAO DA PROTEO CATDICA....................................... 39 3.5CRITRIOS PARA SE ADOTAR A PROTEO CATDICA..................................... 45 CAPTULO 4 -MTODOSDEMONITORAODEINTEGRIDADEDE DUTOS.............................................................................................................47 4.1INTRODUO................................................................................................... 47 4.2CIS (CLOSE INTERNAL SURVEY) ..................................................................... 49 4.3DCVG (DIRECT CURRENT VOLTAGE GRADIENT) ........................................... 52 4.4PIG INSTRUMENTADO ...................................................................................... 55 CAPTULO 5 -METODOLOGIA............................................................................. 74 5.1METODOLOGIA CIS/DCVG............................................................................. 74 5.2METODOLOGIA PIG INSTRUMENTADO ............................................................ 78 CAPTULO 6 -RESULTADOS................................................................................. 94 6.1CARACTERSTICAS DO DUTO............................................................................ 94 6.2DEFEITO A....................................................................................................... 96 6.3DEFEITO B..................................................................................................... 100 6.4DEFEITO C..................................................................................................... 103 6.5DEFEITO D..................................................................................................... 106 6.6DEFEITO E..................................................................................................... 109 6.7DISCUSSO DOS RESULTADOS ....................................................................... 112 CAPTULO 7 -CONSIDERAES FINAIS......................................................... 113 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................... 116 11 Captulo 1 - Introduo 1.1Generalidades

Paraotransportedeprodutosdepetrleolquidoougasososonecessrios segmentos de tubos de ao-carbono soldados entre si, denominados dutos. O dutoummeiodetransporteseguroeconfivel,sendoaindaomeiomais barato de transporte de grandes volumes de produo em grandes distncias. Entretanto, ao longo de sua vida til eles adquirem defeitos que podem afetar sua integridade. A corroso, e, conseqente, reduo de espessura da parede, umdosdefeitosquemaiscomprometemaintegridadedosdutosesode grande criticidade.

Afimdeevitaracidentese,comoconseqncia,prejuzoseconmicose ambientais,osdutosdevemserinspecionadosperiodicamente,enoslocais onde haja corroso, deve-se realizar uma avaliao de perda de massa. Apsadetecodosdefeitos,deextremaimportnciaqueserealizeuma avaliao estrutural a fim de determinar a presso de ruptura do duto na regio corrodaeaseveridadedodefeito.Paraosclculosdedeterminaodessa presso,devemserconhecidos:aspropriedadesmecnicasdomaterial,os carregamentos atuantes (locais ou globais) e a forma geomtrica do defeito.

Diante dos resultados da avaliao estrutural, definida a realizao de reparo, manutenooperacionaldodutoouaintensificaodomonitoramentoda corroso.Paraadeterminaododefeitopodem-seutilizarmtodosde inspeodeintegridadededutostaiscomooMtodoCIS/DCVGeopig instrumentado. Astcnicasdeinspeoempregadasparamonitoramentodedutos,pig instrumentadoeCIS/DCVG,podemdetectarumasriededefeitoscausados porcorroso.Porisso,necessrioestabelecerummtodosimplese 12 confivelparaavaliarestesdefeitos.Muitasvezesessaavaliaofeita atravs de mtodos empricos e qualitativos. Estesmtodosdeavaliaodedefeitosseroaplicadosaoleodutose gasodutosenterradosapartirdedadosobtidosdacorridadoPig InstrumentadoedainspeoCIS/DCVG.Osresultadosobtidos,porsuavez, serviro de base para a determinao da execuo imediata de reparos ou da continuidadeoperacionaldoduto,bemcomodaclassificaododefeitode corroso. 1.2Objetivos O principal objetivo desse trabalho comparar os dois mtodos de inspeo de integridade de dutos: CIS/DCVG e Pig Instrumentado, aplicando a metodologia de severidade e categoria eletroqumica do defeito para o mtodo CIS/DCVG e ametodologiaASMEB31GparaomtododoPigInstrumentadoafimde avaliaraintegridadeestruturaldedutos,quantificandoe/ouqualificando, pontos ou regies de defeitos para execuo de reparos, e classificar o tipo de corroso externa que est presente no local. Para isso, realiza-se uma reviso bibliogrfica sobre assuntos relacionados ao projeto,taiscomo,corroso,corrosoemtubulaesenterradas,proteo catdica e mtodos de inspeo de integridade de dutos.

1.3Aplicao na Indstria do Petrleo

Asoperaesdepiggingfazempartedeumaprticaoperacionalmandatria para a preservao da condio interna de um duto, as quais visam:

- remover acmulos de depsitos (como parafina e resduos de corroso) e de fases lquidas (como condensado acumulado) no interior do duto;

13 - monitorar as condies das paredes internas e externas do mesmo, quanto ocorrncia de processos corrosivos. Poroutrolado,oMtododeInspeoPassoaPasso(CIS/DCVG),permite traaroperfildeproteocatdica,determinarlocaiscomdeficinciade proteo,regiesandicasecatdicas,identificarpossveispontosde degradaodorevestimentoefornecerinformaesparareabilitaoda proteocatdicae/ourevestimento.Pararealizarestastarefasnecessrio conhecer o traado do duto antes da aplicao do mtodo (Cipriano, 2007). umequipamentodigitalcomcapacidadedearmazenarasleiturasde potenciaiseoutrasinformaes,comoorelatriodigitalizado.Apresenta funes como: - localizao do defeito no revestimento; - estimativa do tamanho do defeito; - estimativa de corroso; - priorizao dos defeitos a serem escavados. 14 PARTE I Reviso Bibliogrfica 15 Captulo 2 - Corroso 2.1Introduo Corroso a reao de um material com os elementos existentes no seu meio, causando sua deteriorao. Ocorre geralmente com materiais metlicos. Pode acontecerporaoqumicaoueletroqumicadomeioambienteepodeser maximizada pela ao de esforos mecnicos. Acorrosooprocessoinversodametalurgia,ondeosmetaistendema retornaraoseuestadoxido,ouseja,adeterioraodemetaiseligaspor aoqumicadomeioambiente,conformeilustradonaFigura2.1 (Gentil,1996). Figura 2.1- Processo de Corroso dos Metais Fonte: Gentil (1996) No Brasil, tem-se aplicado o ndice de Hoar, isto , 3,5% do PIB para estimativa docustoanualdacorroso,queem1998,alcanouacifrade30bilhesde dlares.Estesnmerossosuficientesparamostrarquoimportanteo problema (Cipriano,2007). Outro aspecto est relacionado com a preservao das reservas minerais, pois 16 sendoacorrosoumprocessoespontneo,elaestpermanentemente consumindoosmetais.Dessemodo,hnecessidadedeumaproduo adicional destes materiais, para a reposio do que deteriorado (Gentil,1996). AFigura2.2mostraumajazidademinriodeferro evidenciando a profundidade de extrao e a influncia no meio ambiente. Figura 2.2 Jazida de minrio de ferro evidenciando a profundidade de extrao e a influncia no meio ambiente. Fonte: Cipriano (2007) 2.2 Mecanismos de corroso2.2.1 Mecanismo qumico da corroso Ocampoqueabrangeacorrosoqumicamaisrestritoqueodacorroso eletroqumica,destacando-seacorrosoemaltatemperatura.Acorroso qumicatambmpodeocorreremtemperaturaambiente,emmeiogasosoe emalgunsmeioslquidos.Omecanismoqumicodacorrosocaracterizado porumareaoqumicadometalcomoagentecorrosivosemquehaja deslocamentodeeltronsemdireoaoutrasreas.Oprodutodecorroso forma-senasuperfciedometalexpostaaomeio.Seucampoabrangidose compe principalmente da oxidao (Korb e Olson,1987). 17 2.2.2Mecanismo eletroqumico da corroso Nomecanismoeletroqumicodecorroso,oseltronssocedidosem determinadaregioerecebidosemoutra,conformeumapilhadecorroso (Korb e Olson,1987). Esseprocessoeletroqumicodecorrosopodeserdecompostoemtrs etapas: - processo andico (passagem dos ons para a soluo); - processo catdico (recepo de eltrons, na rea catdica, pelos ons ou molculas existentes na soluo); - deslocamento dos eltrons e ons, onde observa-se a transferncia dos eltrons das regies andicas para as catdicas pelo circuito metlico e uma difuso de nions e ctions. 2.3 Formas e tipos de defeito de corroso Noprocessodeinspeodeumduto,podemserdetectadosdefeitosque indiquemumadescontinuidadeouirregularidadedomaterial.Utilizam-se cdigos, normas ou outros mtodos para avaliao desses efeitos. 18 Figura 2.3 Formas de corroso. Fonte: Gentil (1996) Acorrosopodeserencontradanasmaisvariadasformas.Essasformas variam de acordo com o aspecto e o modo do ataque, aliados s causas e aos mecanismos da corroso, conforme ilustrado na Figura 2.3 (Gentil,1996). Logo, podemos classificar a corroso de acordo com sua morfologia: uniforme, poresfoliao,alveolar,porpites,intergranular,intragranular,filiforme,por placas,emtornodecordodesolda,graftica,dezincificaoeempolamento po hidrognio. E ainda, de acordo com sua causa ou mecanismos: por aerao diferencial,galvnica,eletrolticaouporcorrentesdefuga,eassociadas solicitaes mecnicas. Osprincipaisdefeitosencontradosemdutospodemserclassificadosemtrs gruposdeacordocomsuascausas,sendodefeitosdecorroso,danos 19 mecnicos e defeitos de soldagem, ilustrados nas Figuras 2.4 e 2.5, conforme descrito abaixo (Korb e Olson,1987): Figura 2.4 Tipos de defeitos de corroso e danos mecnicos em dutos Fonte: Korb e Olson (1987) Figura 2.5 Tipos de defeitos de soldagem Fonte: Korb e Olson (1987) 20 2.4Defeitos de corroso Corrosouniforme:reduouniformedeespessuraaolongoda superfcie do material. Esta forma ocorre geralmente em metais que no formam pelculas protetoras ao serem atacados; Corrosoporpite:Ocorreempequenasreaslocalizadas.A profundidademaiorqueodimetro.Odesgasteseddeforma localizada e de alta intensidade; Corroso por placas: h desprendimento de placas, progressivamente, como produtos de corroso. Ocorre quando o metal forma uma pelcula inicialmenteprotetora,entretanto,aosetornaremespessas,perdem aderncia e se fraturam, expondo o metal novamente; Corrosoalveolar:acontecedeformalocalizada,eodesgastetem aspecto de uma cavidade; Fissuraoporhidrognio:Ohidrogniomigraparaointeriordo materialeseconcentraemfalhasexistentes,provocandodefeitosa baixos nveis de tenso; TrincamentosobTensoemmeiocorrosivo:ocorrequandoo material,submetidotensesdetrao(aplicadasouresiduais), colocado em contato com um meio corrosivo especfico; Corrosointergranularouintercristalina:ocorrenocontornodos gros, como acontece nos aos inoxidveis austenticos sensitizados em meios corrosivos. Corrosotransgranularoutranscristalina:originamtrincasquese propagampelointeriordosgrosdomaterial.Ocorreprincipalmente quando h corroso sob tenso de aos inoxidveis austenticos. 21 2.5Corroso em dutos Acorrosodeumdutopodeserinternaouexterna.Acorrosoexterna geralmenteprovenientededanosnorevestimentodeproteo,associadosa falhasnaproteocatdicadoduto.Acorrosointerna,emgeral,uma conseqncia da presena de gua e impurezas no produto transportado. Algunsmateriaismetlicosnecessitamdeumaumentonasuaresistncia corroso,obtidosatravsdetcnicasdeproteo.Essastcnicaspermitem que o material possa ser utilizado em quase todos os meios, com durabilidade previstanoprojetodeconstruo.Asprincipaistcnicasdecontrolede corroso empregadas so dividas conforme descrio abaixo: Corroso externa - Revestimento externo - Proteo Catdica Corroso interna - Inibidores de corroso 2.5.1 Corroso externa A corroso , na grande maioria dos casos, fruto de uma reao eletroqumica queenvolvemetaiseumeletrlito,composto,deummodogeral,de substncias qumicas e gua, as quais se combinam formando pilhas capazes de gerar uma corrente eltrica. Os solos, por mais secos que paream, sempre contmguaefuncionam,normalmente,comoexcelenteseletrlitosparaa passagem dessa corrente. Quando uma tubulao de ao ou de ferro enterrada, ela fica sob a ao de processoscorrosivos,oupilhasdecorroso,quepodemsercausadospor (Paulo,2003): 22

1) contatos eltricos entre dois metais diferentes; 2) heterogeneidades do ao ou do ferro; 3) heterogeneidades do solo; 4)eletrlisecausadaporcorrenteseltricasdefugaoriundasdefontes externasdeforaeletromotriz(comoosgeradoresdecorrentecontnuadas estradas de ferro eletrificadas) ou; 5)pelacombinaodealgunsoudetodosessesfatoresatuandoaomesmo tempo, como acontece na maioria das vezes. Emcasosespeciais,menoscomuns,umatubulaoenterradapodeser atacada tambm pela corroso resultante da ao de certos tipos de bactrias. 2.5.1.1Contatos eltricos entre dois metais diferentes Sequalquerdosmetaisutilizadosnormalmenteeminstalaesindustriais colocado em contato com o solo, existe uma diferena de potencial entre esse metaleosolo.Essadiferenadepotencial,chamadanormalmentede potencial natural, pode ser medida com facilidade por meio de um voltmetro e de um eletrodo de referncia, tal como o eletrodo de cobre/sulfato de cobre. (Cu/CuSO4), utilizado na prtica, como mostrado na Figura 2.6. Figura 2.6 Medio do potencial, em relao ao solo, de qualquer material metlico (potencial estrutura/solo). Fonte: Paulo (2003) 23 Para um determinado tipo de solo cada metal apresenta um potencial diferente, de acordo com a Tabela 2.1, conhecida como Srie Galvnica Prtica. TABELA 2.1 -SRIE GALVNICA PRTICA Fonte: Paulo (2003). Adiferenadepotencialexistenteentredoismetaisenterradosnosolopode ser medida conforme mostrado na Figura 2.7 e os valores mostrados na Srie Galvnica Prtica podem ser facilmente conferidos. Figura 2.7 Medio da diferena de potencial entre dois metais diferentes, em presena de um eletrlito. Fonte: Paulo (2003). Quando,porexemplo,umahastedemagnsioenterradanosoloeligada eletricamenteaumtubodeaotambmenterrado,adiferenadepotencial queexisteentreomagnsioeoao(1,0V,aproximadamente)produzirum 24 fluxodecorrenteentreomagnsio,osolo,oaoeocondutoreltrico, conforme mostrado na Figura 2.8. Figura 2.8 Formao de uma pilha galvnica Fonte: Paulo (2003) O sentido convencional da corrente se estabelece sempre a partir do metal de potencialmaisnegativo,atravsdosolo,paraometaldepotencialmenos negativo (o movimento de eltrons se processa em sentido inverso), formando assim a chamada pilha de corroso galvnica. Quando isso acontece, o metal queliberacorrenteparaosolosecorre,adquirindocomportamenteandico, sendochamadodeanodoeometalquerecebeacorrentedosolofica protegido,adquirindocomportamentocatdico,sendointituladodecatododa pilha formada. Pode se observar isto na Figura 2.9. Essapropriedadedosmetaisutilizadaparaocombatecorrosodeuma estruturadeaoenterradaousubmersaeessatcnicarecebeonomede proteo catdica, como veremos adiante. 25 Figura 2.9 Processamento da corroso numa tubulao Com base nesse raciocnio, extremamente simples, conclumos facilmente que devemosevitar,semprequepossvel,ocontatoeltricoentremetais dissimilares,naconstruodeinstalaesindustriais,principalmentequando asestruturasmetlicassoenterradasousubmersas,conformepodeser observados pelas Figuras 2.10, 2.11, 2.12 e 2.13. Figura 2.10 Corroso da luva galvanizada em benefcio do tubo de ao. Fonte: Paulo (2003) 26 Figura 2.11 Corroso no tubo de ao devido a ligao eltrica com a vlvula de bronze. Fonte: Paulo (2003) Figura 2.12 Quando uma estrutura de ao enterrada aterrada com hastes e cabos de cobre ela sofre ataque corrosivo severo. Fonte: Paulo (2003) Figura 2.13 Corroso devido diferena de potencial existente entre um tubo novo e umtubo velho. Fonte: Paulo (2003) 27 Acorrosoqueseprocessaemtubosdeferrofundidoenterradosou submersos,chamadadecorrosograftica,resultadaao,tambm,deuma pilha galvnica semelhante s mostradas acima. O ferro se corre em benefcio da grafite existente na matriz fundida, e o tubo mantmsuaformaesuasdimensesoriginais,masperdendosuas propriedades mecnicas, j que s restar a massa de grafite. 2.5.1.2Heterogeneidades do Ao Osaos,largamenteutilizadoseminstalaesenterradasesubmersas,no sohomogneos,possuindoinclusesnometlicas,variaesde composioqumicaetensesinternasdiferentesresultantesdosprocessos de conformao e de soldagem. Essas variaes fazem com que as superfcies doaosecomportemcomosefossemconstitudasdemateriaismetlicos diferentes. Aspilhasdecorroso,formadasaolongodasuperfciedoao,tantopodem ser microscpicas como macroscpicas e a intensidade do processo corrosivo depender, como no caso anterior, da magnitude da diferena de potencial que se estabelece nas pilhas formadas. O ataque corrosivo pode ser generalizado, pormnuncauniformeeasuperfciecorrodaapresentairregularidadescom aspectorugoso,resultantedaalternnciadasreasandicasecatdicas, sendocomumincidiremzonaspreferenciais,comodesenvolvimentode alvolosmaisprofundos,podendoperfuraraparedemetlica,comomostram as Figuras 2.14 e 2.15. 28 Figura 2.14 Corroso em uma estrutura metlica. Fonte: Paulo (2003) Figura 2.15 Pilhas de corroso devido no uniformidade do ao. A corroso nos pontos depotencial mais negativos, onde a corrente abandona o tubo e penetra no solo. Fonte: Paulo (2003) 29 2.5.1.3Heterogeneidades do Solo Ossolospossuemheterogeneidadesque,emconjuntocomas heterogeneidadesdoao,agravamosproblemasdecorroso,umavezque taisvariaes(resistividadeeltrica,graudeaerao,composioqumica, graudeumidadeeoutras)doorigem,tambm,apilhasdecorrosonas superfcies dos materiais neles enterrados. As variaes da resistividade eltrica do solo, sempre presentes ao longo das instalaesenterradas,soasqueproduzemasmaisseveraspilhasde corroso naquelas estruturas, ilustrado na Figura 2.16: Figura 2.16 Pilha causada pela variao de resistividade eltrica do solo. Fonte: Paulo (2003) A resistividade eltrica do solo ou da gua um dos fatores mais importantes no processo corrosivo dos metais enterrados ou submersos, sendo que, quanto mais baixo o seu valor, mais facilmente funcionam as pilhas de corroso e mais severo o processo corrosivo. Acontece freqentemente que, embora uma tubulao seja construda ao longo deumafaixadealtaresistividadeeltrica(quenoslevaria,inadvertidamente, 30 empensarnaocorrnciadecorrososuave),elaatravessaalgunslocaisde resistividade eltrica mais baixa, sendo ento severamente corroda devido ao aparecimentodaschamadasmacro-pilhasdecorroso,ondeostrechosem contatocomossolosdemaisbaixaresistividadefuncionamcomoreas andicasseveras,corroendo-seembenefciodostrechosemcontatocomas resistividades mais altas conforme mostrado na Figura 2.17. Figura 2.17 Macro - pilhas de corroso causadas pelas variaes das resistividades eltricas do solo. Fonte: Paulo (2003) Outroaspectoquecontribuiparaoagravamentodacorrosodastubulaes enterradas, principalmente as de grande dimetro, o fato de haver variaes no grau de aerao dos solos, conforme pode ser visto na Figura 2.18. 31 Figura 2.18 Pilha de aerao diferencial Fonte: Paulo (2003) 2.5.1.4Corroso Eletroltica

A corroso eletroltica um problema extremamente grave que, acelerando os processosacimacitados,afligemascompanhiasproprietriasdetubulaes metlicas enterradas ou submersas.

Essetipodecorrosoconseqnciadaexistnciadecorrenteseltricas estranhas(correntecontnua)nosoloemquepassaatubulao.Essas correntes,cujaexistnciaindependedequaisquerdissimilaridadesdos materiaismetlicos,dossolosoudasguas,podemseroriundasdevrias fontes,sendoasmaisdanosasecomuns,naprtica,asprovenientesdas ferrovias eletrificadas em corrente contnua, como mostrado na Figura 2.19. 32 Figura 2.19 Pilha de corroso eletroltica causada por estradas de ferro eletrificadas. Fonte:Paulo (2003) A corroso, nessas circunstncias, extremamente severa, bastando lembrar-seque,paraocasodastubulaesdeaorevestidas,asfugasdecorrente para o solo se processam em pontos concentrados nas falhas do revestimento, podendoocasionarfurosnatubulaoatmesmoempoucosdias, dependendo do caso, com a perda de poucos gramas do metal. 33 Captulo 3 - Proteo Catdica 3.1Introduo

A proteo catdica uma tcnica que est sendo aplicada em todo o mundo, eseuusonoBrasiltemcrescidoacadadia,paracombateracorrosoem estruturas metlicas enterradas, submersas e em contato com eletrlitos. Oestudodestatcnicatorna-secadavezmais necessrioaos engenheirose tcnicos,devidoconstruodeumnmerocadavezmaiordegasodutos, oleodutos,tubulaesquetransportamderivadosdepetrleoeprodutos qumicos,minerodutos,redesdeguaparacombateaincndio,adutoras, emissriossubmarinos,estacasdeperesdeatracaodenavios,navios plataformassubmarinasdeprospecoeproduodepetrleo,camisas metlicasparapoosdeguaedepetrleo,cortinasmetlicasparaportos, navioseembarcaes,equipamentosindustriais,tanquesdearmazenamento degua,deleo,dederivadosdepetrleoedeprodutosqumicos,cabos telefnicoscomrevestimentosmetlicos,estacasmetlicasdefundaoe muitas outras instalaes importantes. Apesardaproteocatdicaserutilizadacomeficinciaparaaproteode estruturas metlicas, sua aplicao torna-se econmica e mais simples quando assuperfciesaprotegersopreviamenterevestidas.Suafuno,nesses casos, consiste em complementar a ao protetora dos revestimentos que, por melhoresemaisbemaplicadosquesejam,semprecontmporosefalhas, tornando-osdeficientescomopassardotempo.Asprincipaiscaractersticas que os revestimentos devem apresentar so: - boa e permanente aderncia ao tubo; - baixa taxa de absoro de gua; - boa e permanente resistncia eltrica (resistividade eltrica); - boa resistncia mecnica; 34 - boa estabilidade sob efeito de variao de temperatura; - resistncia acidez, alcalinidade, sais e bactrias do solo; - boa flexibilidade, de modo a permitir o manuseio dos tubos revestidos e as dilataes e contraes do duto; - facilidade de aplicao e reparo; - durabilidade; - economicidade. Portanto,proteocatdicaeorevestimentoso,assim,aliadosimportantes que,demaneiraeconmicaesegura,garantemaolongodosanosa integridadedasestruturasmetlicasenterradasousubmersasque representam um patrimnio valioso (Dutra,1999). 35 3.2 Fundamentos Tericos Segundo a Associao Brasileira de Corroso, (ABRACO,2007), o mecanismo defuncionamentodaproteocatdicasimples,pormasuaaplicaona prticaexigebastanteexperinciaporpartedoprojetistaedoinstaladordo sistema. O sistema consiste na transformao de um eletrodo em catodo pelo redirecionamento da corrente eltrica, em oposio da corrente de descarga da corroso de reas andicas que estaro naturalmente presentes. Oprocessocorrosivodeumaestruturametlicaenterradaousubmersase caracteriza pelo aparecimento de reas andicas e catdicas na superfcie do materialmetlico,comocorrnciadeumfluxodecorrenteeltricadasreas andicaspara asreascatdicas atravsdoeletrlito,sendooretornodessa correnteeltricarealizadoporintermdiodocontatometlicoentreessas regies, conforme mostrado na Figura 3.1e citado anteriormente. Figura 3.1 reas andica e catdica em uma tubulao metlica enterrada. Fonte: Gentil (1996) De acordo com Gentil (1996), pela natureza eletroqumica da corroso verifica-se que h um fluxo de corrente atravs do eletrlito e do metal, de tal maneira queosctionssaemdoanodoparaasoluoaomesmotempoemqueos eltronssedirigemdoanodoparaocatodoseguindoocircuitometlico, conforme a Figura 3.2. 36 Figura 3.2 Natureza eletroqumica da corroso. Fonte:Gentil(1996) Quandoacorrentedeixaoanodooureaandicaepenetranoeletrlito, produz uma reao eletroqumica na sua superfcie. Essa reao envolve ons positivosdometalnasreasandicaseosonsnegativosexistentesno eletrlito,resultando,comoprodutodecorroso,nocompostodometal.A correntemigraatravsdoeletrlitoepenetranareacatdica,sendoque nessaregioosonspositivosprovenientesdasoluosoliberados, geralmente sob a forma de hidrognio atmico.

Em funo dessas consideraes, conclui - se que, se conseguirmos fazer com quetodaasuperfciedeumainstalaometlica,enterradaousubmersa, adquiracomportamentocatdico,aestruturanosofrerataquecorrosivo, ficandocompletamenteprotegidapelaaodaproteocatdica.Issopode serconseguidoprovendo-seaestruturadeumfluxodecorrentedeproteo, proveniente de uma fonte externa, com uma intensidade tal que seja capaz de anularascorrentesdecorrosodasdiversaspilhasexistentesnasuperfcie metlica (Paulo,2003). 37 3.3Mecanismos na Proteo Catdica Paramelhorentenderofenmenodaproteocatdica,examinemosa equao fundamental da corroso Equao. 3.1, mostrada abaixo: ( )RE EIc a= (3.1) I= corrente de corroso, que flui do anodo para o catodo (ampres); ( )c aE E = diferena de potencial entre o anodo e o catodo (volts); R = soma da resistncia de sada da corrente do anodo para o eletrlito, com a resistncia de entrada da corrente do eletrlito para o catodo (ohm). Pela equao, verificamos que quando existe a diferena de potencial Ea EcsobreasuperfciedeumaestruturaenterradaequandoaresistnciaR possuiumvalorfinito,acorrentedecorrosoIflui,comoaparecimentodo processocorrosivo,nareaandica.Protegercatodicamenteaestrutura significa evitar que a corrente continue fluindo, fazendo com que a diferena de potencial entre as reas andica e catdica seja nula. Outramaneiradeanular-seacorrentedecorroso,consisteemaumentar infinitamente o valor da resistncia R, o que pode ser conseguido mediante a aplicao de um revestimento perfeito sobre a superfcie da estrutura, soluo noutilizadanaprtica,umavezquetalrevestimentoeconomicamente invivel, conforme mostra aFigura 3.3. Para a proteo da estruturacomamximaeconomiasousados,commuitafreqncia,os esquemasmistosdeproteoanticorrosiva,utilizando-seumrevestimentode custovantajoso,comboasqualidadesisolantes,complementadocoma instalao de um sistema de proteo catdica, de custo bastante baixo, j que acorrentedeproteoaseraplicada,agora,podeserdeintensidademuito inferior (Paulo,2003). 38 Figura 3.3 - Furo, causado por corroso, de uma tubulao de ao enterrada revestida, porm sem proteo catdica. Fonte: Paulo (2003)

Portanto, proteger catodicamente uma estrutura significa tambm eliminar, por processoartificial,asreasandicas,fazendocomquetodaaestrutura metlicaadquiracomportamentocatdico.Destamaneira,ofluxodecorrente eltricaanodo/catodo,deixadeexistireacorrosototalmenteeliminada (Korb e Olson,1987). 39 3.4Mtodos de aplicao da Proteo Catdica Soutilizadosdoismtodosparaaobtenodaproteocatdica,baseados no mesmo princpio de funcionamento, que o de injeo de corrente eltrica naestruturaatravsdoeletrlito.Soeles:aproteocatdicaGalvnicaou porAnodosGalvnicosoudeSacrifcioeaproteocatdicaporCorrente Impressa ou Forada (Bradley,1992). 3.4.1Proteo Catdica com Anodos Galvnicos NomtododeproteocatdicaGalvnica,ofluxodecorrenteeltrica fornecido origina-se da diferena de potencial existente entre o metal protegido eoutroescolhidocomoanodoquetenhapotencialmaisnegativo,dentreos exemplificados na Tabela 3.1, no se limitando a estes (Korb e Olson,1987). TABELA 3.1 -SRIE GALVNICA PRTICA Fonte: Korb e Olson (1987) Osanodosgalvnicossonormalmenteosescolhidosquandoseprecisade poucaquantidadedecorrenteparaprotegeraestrutura(revestimentodeboa qualidade e estruturas de pequenas dimenses) e quando o solo possui baixa resistividadeeltrica(at3000ohm.cm)umavezqueasdiferenasde potenciais so muito pequenas, precisando de circuitos de baixas resistncias eltricas para a liberao da corrente de proteo catdica. Por isso a proteo 40 catdicagalvnicamaisrecomendada,tantotcnicaquanto economicamente,paraestruturasmetlicasquerequeirampequenas quantidades de corrente, em geral at 5 A.

As principais vantagens da utilizao de anodos galvnicos para proteger, por exemplo, um gasoduto enterrado, so as seguintes: no requer suprimento de corrente alternada no local; os custos de manuteno, aps o sistema instalado, so mnimos; raramenteapareceroproblemasdeinterfernciacomoutrasinstalaes metlicas enterradas; os custos de instalao so baixos. Por outro lado, as desvantagens so as seguintes: aquantidadedecorrentefornecidaestruturalimitadapeladiferenade potencial, bastante baixa, entre os anodos e a tubulao; aproteoficarmuitomaisdifcilseasresistividadeseltricasdosolono local no forem suficientemente baixas (no mximo 6.000 ohm.cm); seorevestimentodostubosnoformuitobom,ouseogasodutotiver grandedimetroegrandecomprimento,aproteocomanodosgalvnicos ficar muito cara, devido grande quantidade de anodos a ser utilizada; eatubulaoestiverinfluenciadaporcorrentesdefuga,provenientes,por exemplo,deumaestradadeferroeletrificada,dificilmenteosanodos galvnicos sero eficientes. Quandoumanodogalvnicoligadoaumaestruturametlicaenterrada, surge uma pilha galvnica, conforme mostrado naFigura 3.4. 41 Figura 3.4 Proteo catdica com anodo galvnico ConformemostradonaFigura3.4,autilizaodoanodogalvnicovalida quandoesteprotegeaestruturaimpedindoqueasomadascorrentesde corroso(IC)sejamaiorqueacorrenteemitidapeloanodogalvnicopara proteger a tubulao catodicamente (IP). Caso contrrio, utiliza se um leito de anodos, conforme mostrado na Figura 3.5 (Dutra,1999).. Figura 3.5 Proteo Catdica com leito de anodos galvnicos 42 Oanodogalvnicoconstitudodeummetaleletronegativoemrelao estrutura e, quando ligado a ela, dentro de um eletrlito como o solo ou a gua, adquire comportamento andico, liberando a corrente de proteo.

Acorrenteemitidapeloanodopenetranatubulaoatravsdosoloouda gua,bloqueiaascorrentesdecorrosoeretornaaoseupontoinicial, fechando o circuito por intermdio do fio de cobre. Para a utilizao em solos, o magnsioe ozincosobastanteeficientes,sendoqueparaaguado mar o zincoe,maisrecentemente,oalumnio,soosmelhoresanodos.Esses metais, utilizados em ligas apropriadas, so eletronegativos em relao ao ao, podendo proteg-lo com facilidade (Paulo,2003). Portanto,nestetrabalhonoavaliamtodosdeinspeoemProteo Catdicaporanodosgalvnicos,poisestesutilizam-seemsoloscombaixa resistividadeeltrica.Assim,estudaseomtododeProteoCatdicapor Corrente Impressa. 3.4.2 Proteo Catdica por Corrente Impressa NomtododeproteocatdicaporCorrenteImpressa,ofluxodecorrente fornecidoorigina-sedaforaeletromotriz(fem)deumafontegeradorade correnteeltricacontnua,sendolargamenteutilizadosnaprticaos retificadoresque,alimentadoscomcorrentealternada(CA),fornecema correnteeltricacontnua(CC)necessriaproteodaestruturametlica (Korb e Olson,1987).. Alm dos retificadores de corrente, podem tambm ser utilizadas, como fontes def.e.m.,emboramenoscomuns,asunidadesgeradorasalimentadasags, osgeradorestermoeltricos,osgeradoresmovidosavento,ououtrotipo qualquer de equipamento capaz de fornecer a corrente contnua necessria ao sistema de proteo catdica (Paulo,2003). 43 Um exemplo de retificador pode ser visto naFigura 3.6 um sistemadeproteocatdicaporCorrenteImpressaemumatubulao enterrada. Figura 3.6 Exemplo de Retificador Seguindooraciocniodoitemanterior,mesmocomautilizaodoleitode anodos, a soma das correntes de corroso (IC) ainda for maior que a corrente emitidapeloanodogalvnicoparaprotegeratubulaocatodicamente(IP), utiliza-seomtododeProteoCatdicaporCorrenteImpressa,conforme mostrado naFigura 3.7. Figura 3.7 Proteo catdica por Corrente Impressa em uma tubulao enterrada. 44 Conforme mostrou se naFigura 3.7, uma pilha eletroltica gerada,naqualfazemoscomqueaestruturaaserprotegidafuncionecomo catodoeacamadeanodosutilizadaliberecorrenteparaosolo.Osanodos utilizados na prtica so construdos de grafite ou de ligas metlicas, como as de ferro e silcio, e as de chumbo, antimnio e prata, sendo que as hastes de titnio ou nibio com revestimento muito fino de platina ou de xidos especiais sotambmutilizadas.Nosltimosanosforamdesenvolvidosanodosno metlicos, base de polmeros especiais (Paulo,2003). Gentil (1996) afirma que a grande vantagem do mtodo por Corrente Impressa consiste no fato da fonte geradora (retificador de corrente) poder ter a potncia eatensodesadadequesenecessite,oquelevaaconcluirqueesse mtodopodeserusadoparaaproteodeestruturasdecontatocom eletrlitosdebaixa(3.000a10.000.cm),mdia(10.000a50.000.cm), alta(50.000a100.000.cm)ealtssima(acimade100.000.cm) resistividadeeltrica.Quandoosanodosinertessoenterradosnosoloh necessidade,namaioriadasvezes,deenvolv-loscomumenchimento condutordecoquemetalrgicomodo,comresistividadeeltricamximade 100.cm, usado para diminuir a resistncia de aterramento, ou seja, facilitar a passagemdacorrenteeltricadoanodo paraosoloediminuiro desgastedo anodo. Almdisso,asvantagensparaaaplicaodomtodoporcorrenteimpressa so: possibilidade de fornecer maiores quantidades de corrente s estruturas; possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas; possibilidadedeseraplicadoemqualquereletrlito,mesmonaquelesde elevada resistividade eltrica; possibilidadedeseraplicado,comeficcia,paraaproteodeestruturas nuas ou pobremente revestidas; 45 possibilidade de ser aplicado, com economia, para a proteo de instalaes metlicas de grande porte. Asdesvantagensparaautilizaodessemtodosoanecessidadede manuteno peridica, ainda que de fcil realizao, o dispndio com a energia eltricaconsumida,emboradepoucaimportncia,eapossibilidadedecriar problemasdeinterfernciacomoutrasestruturasmetlicasenterradasnas proximidades, o que pode ser evitado com facilidade (Paulo,2003). 3.5Critrios para se adotar a Proteo Catdica Oscritriosdeproteocatdicaservemparaverificarseumaestrutura metlicaemumeletrlitoestprotegidadacorrosoeletroqumica(se processa nas reas onde a corrente eltrica convencional sai do metal para o eletrlito)ouno.Ocritriomaisutilizadoconsistenasmediesdos potenciais estrutura/eletrlito: tubo/solo, estaca/gua, tanque/solo entre outros.

Asmediesdos potenciaisestrutura/eletrlitoso feitascomoauxliodeum voltmetro apropriado, com alta resistncia interna (igual ou maior que 100.000 ohm/volt),tendooseuterminalnegativoligadonaestruturaasertestadaeo seu terminal positivo ligado a um eletrodo ou meia-clula de referncia, que colocado em contato com o eletrlito. Asmediessorealizadascomoauxliodeumeletrododerefernciaea utilizao no campo das meias clulas ou eletrodos de Cu/CuSO4 (para solos). Sendo assim, uma estrutura de ao encontra-se protegida quando se consegue obter qualquer uma das seguintes situaes:

Usando o eletrodo de Cu/CuSO4: potenciais iguais ou mais negativos que 0,85V; UsandooeletrododeAg/AgCl:potenciaisiguaisoumaisnegativosque 0,80V; Usando o eletrodo de calomelano saturado (ECS): potenciais iguais ou mais negativos que 0,78V; 46 Usandooeletrododezinco:potenciaisiguaisoumenospositivosque +0,25V. Modernamente utiliza se: AestruturaestarcatodicamenteprotegidaquandoopotencialOFF (Aplicando umachaveON/OFFnoretificadoremciclo determinado)situar-se na faixa de 0,85V a 1,20V. A estrutura tambm estar protegida quando o potencialOFF(Aplicada a chave ON/OFF no ponto de injeo de corrente) estiver mais negativo 100mV do que o potencial natural. 47 Captulo 4 - Mtodos de Monitorao de Integridade de Dutos 4.1Introduo Ainspeododutotemafinalidadedeavaliarassuascondiesde integridadeestruturalquantoaoprocessocorrosivointernoeexterno,danos mecnicosdatubulao,estadodorevestimento,sistemadeproteo catdica,sistemademonitoraodacorroso,sistemadeproteo operacional e acessrios do duto. Alguns fatores influenciam na determinao do tempo e tcnicas de inspeo, taiscomo:ambiente,intensidadedeutilizao,vidatildoduto,produto transportado, etc. As tcnicas de inspeo podem ser associadas e devem ter sua periodicidade planejada (Santos,2007).Basicamente, monitorar a Proteo Catdica medir a densidade de corrente emcadapontodestaestrutura.Comonosepodefracion-lamede-seo potencial desta em relao a uma semi-clula de Cu / CuSO4.Almdisso,quandohfalhasnorevestimentoaumenta-seanecessidadede injeo de corrente de proteo, isto , mais ampres sero necessrios para empurraracorrenteatravsdestafalhanosentidoestrutura-solo,comuma corrente sentido contrrio, solo-estrutura conforme a Figura 4.1: Figura 4.1 Mtodo de soluo para falha no revestimento. 48 Sero apresentados neste captulo alguns mtodos nos quais se a falha ocorrer entredoispontosdeteste(PTE),umasimplesinspeonodetectaro defeito, conforme mostrado naFigura 4.2: Figura 4.2 Diagrama de falhas no duto.

OutraformademonitoraraProteoCatdicaconsistenalocalizaodo defeitododutoatravsdovazamentodefluxomagnticoearmazenando algumaspropriedadesdodefeito.Assim,podesefazerumamanuteno preventivanoduto,auxiliandoaprevenodefuturasfalhasporcorroso externa. A seguir sero descritos os mtodos fsicos de inspeo atualmente utilizados pelas equipes de manuteno e inspeo de dutos enterrados. 49 4.2CIS (Close Internal Survey)

Paravalidaroaumentodeconfiabilidadeemmedidasdepotencial,atcnica deCISfoielaboradanosanos70(Jankowski,2002).OprincipiodoCIS ilustrado na Figura 4.3: Figura 4.3 Diagrama esquemtico Fonte:Jankowski (2002).

Todososretificadoresqueinterferemsobreodutosoligadosedesligados simultaneamenteatravsdeinterruptoressincronizadosporsatliteconforme Figura 4.3.

Quandofeitaamedio,asprpriascorrentesdeproteoatendendoaos seus objetivos podem mascar o problema, pois sobre o potencial ON medido est presente a componente IR que no pode dessa forma ser eliminada.

Quandosedesligaoretificadorelimina-seacomponenteIR,poiscomI=0,o binmioassumeovalornulo,daascorrentesdepolarizaoescoam-se imediatamentepelasfalhasmostrandoumaabruptaquedadospotenciais naquela regio.

50 Nesseinstanteasemi-clulainstaladasobreadiretrizdodutonoestar sendosinalizadapornenhumacorrenteexterna.Opotencialmedidoser aquele decorrente da concentrao de cargas na superfcie do metal do duto, a que denominamos OFF Potencial. Figura 4.4 Mtodo de Inspeo CIS. Conforme Figura 4.4, um operador caminhar sobre a geratriz superior do duto estendendo um cabo ou fio muito fino, que dever estar conectado no PontodeMedioouPontodeTestemaisprximo.Umsegundocabodeve serconectadoaumpardesemi-clulasdecobresulfatodecobreeum registradorcomoqualsefaroarmazenamentodasleiturasparaposterior anlise dos registros.AFigura 4.5 mostra um registro tpico CIS: 51 Figura 4.5 Grfico CIS. OFFPotencialsentre0,85e1,20Voltssofaixasideaisdeoperaode um sistema de proteo catdica. Potenciais mais negativos que este limite ( 1,20Volts)indicamsuperproteo,nosendorecomendveispoispodem causarodescolamentodorevestimentopelaliberaodehidrogniona interface tubo/revestimento. Potenciais mais positivos que 0,85 Volts podem indicar falhas de revestimento econseqentesriscosdecorroso,conformemostradonaFigura 4.6. Figura 4.6 Faixa de operao dos potenciais para o soloem relao aoeletrodo de Cu/CuSO4 A Figura 4.7 mostra um registro de potencial num duto de 30 anosdeidadeindicandoumsistemadeproteocatdicaineficiente (Nicholson,2004). 52 Figura 4.7 Registro de CIS num duto de 30 anos de idade.Fonte: Nicholson (2004). 4.3DCVG (Direct Current Voltage Gradient)

Estatcnicautilizadaparainspeodoestadodorevestimentodedutos enterrados. possvel localizar e classificar os defeitos, que so os pontos com maiorprobabilidadedaocorrnciadeprocessocorrosivonoduto.Combase nos resultados das inspees, podem-se desenvolver programas de reparos e reabilitaoderevestimento,almdeavaliarosistemadeproteocatdica (Helton,2007). OCISfazpesquisaprimriadaseventuaisanomaliasnorevestimento conformeocritriomostradoanteriormente.OmtodoD.C.V.G.consisteem geraratravsdeumretificadorumsinalassimtricoatravsdeumataxa equivalentea1/3ONe2/3OFF,porex.:0,3sONe0,7sOFF,outaxas similaresqueooperadorjulgarconveniente.mandatriooisolamentode cada tubulao quando houver dois ou mais dutos na faixa ou bases. Dentre outras fontes de corrente contnua, o DCVG utiliza a corrente do prprio sistemadeproteocatdicadoduto.Quandoestacorrentefluiatravsdo 53 solo,umgradientedevoltagemgeradoentreosoloeometalnudeum defeito no revestimento (Helton,2007). Medindo-seogradienteatravsdeduassemiclulassaturadasde cobre/sulfatodecobre,conectadasaumvoltmetroanalgico,ogradiente rastreadoatseuepicentro,quealocalizaododefeito.AFigura4.8 apresenta uma ilustrao da tcnica DCVG (Ribeiro,2003) e aFigura 4.9 indica a localizao do defeito do duto. Figura 4.8 Esquema de funcionamento da tcnica DCVG. Fonte: Ribeiro (2003) Figura 4.9 Localizao do defeito do duto no seu epicentro. Fonte: Ribeiro (2003) 54 Helton(2007)afirmaquequandoosgradientesdevoltagemsouniformes, significaquenoexistemdefeitosoudescontinuidadesnorevestimento,eo voltmetro no apresentam deflexo. medida que o operador se aproxima do defeito,oponteirodovoltmetrocomeaaresponderdeformaigualaociclo dos interruptores e a deflexo ser maior quanto mais prximo estiver o defeito. Quando se passa da localizao do defeito, o sentido da deflexo do ponteiro muda inversamente e o operador deve regressar at localizar o ponto onde no existedeflexo,ouseja,nulo.Umavezlocalizadoopontonulo,oepicentro estarnumaretaimaginriaperpendicularaoduto,naposiointermediria entre as duas semiclulas. Umavezlocalizadooepicentronosentidolongitudinaldoduto,serepeteo procedimento no sentido transversal, onde teremos como resultado outra linha imaginriaparalelaaoeixododuto,localizadanaposiointermediriadas duassemiclulas,conformeFigura4.10.Opontoondeestasduasretasse encontram o epicentro do defeito. Uma vez localizado o epicentro do defeito so realizados dois tipos de medies eltricas para serem determinadas a sua severidade e a sua atividade eletroqumica. Figura 4.10 Confirmao da falha pelo operador para a localizao do defeito Emnossoestudoutilizaseduasmetodologiasparaaavaliaode integridade do defeito externo: Severidade e a Atividade Eletroqumica. 55 4.4Pig Instrumentado Pigs so equipamentos que, inseridos dentro do duto, viajam por toda a sua extenso,impulsionadospelaprpriavazodofluidopodendoexecutaruma grandevariedadedefunes.Emgeral,ospigsquerealizamfunode limpeza,separaodeprodutos,ouremoodeguasodenominadosde Utility Pigs. Por outro lado, os pigs que fornecem informaes das condies dalinha(porexemplo,localizaodeamassamentoseovalizaes,deteco devazamentosoupontosondehreduodaespessuradeparededoduto) sodenominadospigsinstrumentados,ousmartpigs.Estesltimos, informam com boa preciso a localizao e extenso de defeitos existentes no duto (Caldwell et.al,2001). A tcnica de inspeo de dutos por Pigs uma forma bastante utilizada para mapear defeitos causados pela corroso em um duto ao longo dos anos. Sua grandevantagempossibilitarainvestigaoemtodaaextensododuto,o queseria,usandooutratcnica,inviveleconomicamente,nocasodedutos enterrados de grandes extenses (Gentil,1996). AFigura 4.11 ilustraesquemadepiginseridodentrodeumduto.Aestruturamecnica composta por uma cpsula cilndrica apoiada entre dois suportes de borracha. Dentrodacpsulaestooscircuitoseletrnicoseasbateriasdopig.Os suportes de borracha mantm a cpsula centralizada na tubulao. A presso do fluido atua sobre o suporte traseiro e impulsiona o pig ao longo do duto. Figura 4.11 Exemplo de Pig Instrumentado inserido no duto. Fonte: Gentil (1996) 56 Atualmente a inspeo interna de dutos atravs de pigs instrumentados permite aobtenodemuitasinformaessobreascondiesdoduto.Ogrande desenvolvimentodessasferramentasdeve-seaofatoqueumcrescente nmerodedutosestchegandoaofinaldesuavidatildeprojeto,edesta formadevemserrigorosamenteinspecionadosafimdeverificarpossveis falhas e permitir uma deciso segura quanto a sua continuidade operacional. Na maioria dos casos, esses pigs instrumentados (magnticos ou ultra-snicos) soutilizadosparaverificaraexistnciadetrincasouperdadematerialpor corroso.Socapazesdedetectaredeterminarasdimensesdepequenos defeitos como pites, informando tambm a sua localizao. A inspeo por pig instrumentado fornece muitas informaes necessrias para a sua avaliao segura, podendo (Souza,2003): - verificar a geometria, medindo ovalizaes ou amassamentos; - localizar restries ou vlvulas parcialmente abertas; - localizar curvas e determinar o seu raio de curvatura; - fornecer a configurao do duto; - detectar vazamentos; - obter imagens do interior do duto; - mapear traado do duto; - localizar trincas e medir a perda de material. A Figura 4.12 exemplifica o pig inserido dentro de um duto. 57

Figura 4.12 -Pig inserido no duto. Fonte: Souza (2003) 4.4.1Pig Ultra-Snico Umoutrotipodepiginstrumentadoutilizadopigultra-snico.Possuiuma grande quantidade de cabeotes que fazem a medio direta de espessura do duto de maneira a varrer toda a circunferncia do mesmo. Porm este no ser avaliado neste trabalho. AFigura 4.13 apresenta um pig ultra-snico. Figura 4.13- Pig Instrumentado Ultra-Snico. Fonte: Souza (2003) 58 4.4.2Pig de fluxo magntico O tipo de pig mais comum para inspeo de defeitos de corroso o pig de perdadeespessura(ouperdademassa)quecapazdedetectare dimensionarpontosemquehreduodaespessuradeparededodutoe informar com boa preciso a localizao destes defeitos. Existem duas tcnicas diferentes para pigs de perda de espessura. A mais utilizada atualmente a tcnicadefugadefluxomagntico(MFL-MagneticFluxLeakage)(Lima et.al., 2007).

Ovazamentode fluxomagntico(Magnetic FluxLeakageMFL)omtodo maisantigoemaiscomumutilizadoemlinhasdetubulaoparaencontrar regiescomperdademetalemdutosdetransmissodepetrleoegs.O MFLpodedetectarcomseguranaaperdademetalporcorrosoeatem algunscasosencontrarfalhasgeomtricasoumetalrgicas.OMFLfunciona comoummagneto(im).Ummagnetotemdoisplos,norteesul.Osplos empregamforasdeatraodecampomagnticonapeadeaoenoplo oposto. Como naFigura 4.14, as linhas de fluxo so utilizadas para mostrarosentidoeadireodaforadecampomagntico.Quandoo magnetocolocadoprximoparededotubo,maisdeumalinhadefluxo passa atravs da parede. Isto , a parede do tubo o caminho de preferncia para o fluxo, conforme mostrado na Figura 4.15. As linhas de campo magntico quenoatravessamaparededotubosodispersasnofluido.AFigura4.16 demonstra que o vazamento de fluxo magntico na regio de perda de metal causado por uma diminuio na espessura da parede (Thom e Sisquini,2006). 59 Figura 4.14 Fluxo de Campo Magntico. Fonte: Thom e Sisquini (2006). Figura 4.15 Fluxo de Campo Magntico em contato com a parede do duto. Fonte: Thom e Sisquini (2006). Figura 4.16 Fluxo de Campo Magntico em contato com um defeito na parede do duto. Fonte: Thom e Sisquini (2006). Umsensorposicionadonointerior(ladodomagneto)datubulao tipicamente usado para medir o campo magntico adjacente parede do duto. Naregiodeperdametlica,osensorcaptaoincrementodadensidadede fluxo magntico ou do campo magntico. Desta maneira uma ferramenta MFL detecta a anomalia que causada pelo vazamento de fluxo magntico. 60 Adimensodocampovazantedependedaparederadial,docomprimento axial,dalarguracircunferencial,daformadaanomalia,bemcomodas propriedades magnticas do material. Para caracterizar a anomalia, a extenso do campo vazante deve ser analisada. As ferramentas MFL aplicam o princpio de vazamento de fluxo (Clayton,1999). Um sistema de magnetizao aplica um campomagnticoaolongodocomprimentodatubulaomedidaquea ferramentasemoveatravsdalinha.Osdefeitoscorrompemestecampo aplicado, produzindo o vazamento de fluxo. Os sensores medem o vazamento defluxoeosistemaregistraearmazenaessasinformaes.Nofinal,as mediessoanalisadas para estimarodefeitogeomtricoeaseveridade. A Figura 4.17 ilustra o fluxo de processo do MFL (Thom e Sisquini,2006). Figura 4.17 Fluxo de Processo do MFL Fonte: Thom e Sisquini (2006)

61 A Figura 4.18 ilustra um pig de fluxo magntico. Figura 4.18 Pig de fluxo magntico. Fonte: Souza (2003). 4.4.2.1Principio de funcionamento da Magnetizao Segundo Clayton (1999) o sistema de magnetizao em uma ferramenta MFL aplicaumcampomagnticonomaterialdodutoqueinteragecomas anomalias produzindo o vazamento de fluxo magntico. A finalidade do sistema de magnetizao produzir um campo magntico que seja: - Grande o bastante para ter capacidade de vazar na anomalia da tubulao; - Ser uniforme de dentro para fora da superfcie da parede do duto, pois assim o sinal medido mais linear, caracterizando melhor a anomalia; -Consistenteemmagnitudeaolongodocomprimentodatubulaodeforma queasmediespodemsercomparadasemdiferenteslocaisdurantea inspeo. Umfatoressencialparaofluxovazarapermeabilidademagntica.A permeabilidade magntica medida pela habilidade do fluxo magntico em se difundirpelomaterial.Istoestrelacionadocomacurvademagnetizao, segundo demonstra aFigura 4.19. Uma reduo na espessura da parede ligada a reduo da permeabilidade pode causar ida de fluxo magntico para caminhos alternativos. O termo saturao geralmente usado para indicar 62 queapermeabilidadeestcaindoenquantoqueofluxomagnticoest ocorrendo,ouseja, medidaqueaumenta ocampo magnticotem-sepouca variaonadensidadedefluxo(regioacimadojoelhodaCurvade Magnetizao), como mostra a Figura 4.20. Figura 4.19 Relao entre a permeabilidade magntica e a intensidade de campo magntico. Fonte: Clayton (1999).

Figura 4.20- Curva de Magnetizao. Fonte: Clayton (1999). Como esperado, a intensidade magntica tem um grande impacto na aplicao do campo. O sistema de magnetizao nas ferramentas feito para introduzir saturaomagnticanaparededodutoemfunodareduodaparede 63 provocado pela corroso. Dependendo da espessura da parede, das condies operacionaisdaferramentaedapermeabilidademagnticadomaterial,esta intensidade de fluxo pode variar a fim de se obter uma resposta confivel com menores nveis de magnetizao. QuandoaferramentaMFLencontraumdefeitodeperdametlica,ofluxo vazado; o fluxo desviado na parede do tubo, em volta do defeito. As variveis que afetam o fluxo vazado so as que definem o volume de material perdido: - Profundidade => a mxima espessura que foi removida pelo processo de corroso; - Comprimento => a extenso axial do defeito; - Largura => a extenso da circunferncia do defeito. Outras variveis que podem afetar significativamente o fluxo magntico so: - Aspereza => a forma de transio entre a parede nominal e a de mxima profundidade da falha; - Circularidade => a forma do plano; - Orientao => trincas alinhadas com o campo magntico no so detectadas; - Localizao de defeitos adjacentes => a proximidade (vizinhana) de defeitos e pits em geral devido corroso afetam o vazamento de fluxo magntico; - Fadiga e tenses => a fadiga e as tenses fazem o material ser facilmente ou dificilmente magnetizvel, alterando a distribuio do fluxo em torno do defeito. O ltimo degrau da inspeo com o MFL a anlise. A anlise um processo deestimativadageometriaedaseveridadedodefeito(ouimperfeio)em funodamedidadocampomagnticovazado.Astcnicaseosucessoda anlisedosdadosdoMFLdependemdacapacidadeedalimitaoda ferramenta. A ferramenta MFL apresenta uma exatido de localizao do defeito dentro de 914,4a2133,6mmoude0,1a0,3%dadistnciadopontodemaisprxima referncia.Aferramentadeinspeodeterminaalocalizaoviaodmetro atravsdospontosderefernciaconhecidos.Destaforma,aprecisoda 64 ferramentavaidependerdacalibraodoodmetroedalocalizaodos pontos de referncia. Emgeralaamplitudedocampo magnticovazadorelatadopelovolume de metalperdido.Entretanto,olimiardedetecoouomnimodetectvelde regio de perda metlica para ferramentas MFL relacionado ao comprimento, larguraeprofundidadedaregio.Paraferramentasconvencionaisamenor detecodepitsdecorrosotemprofundidadesentre15e20%daparedee 80% da parede para comprimento e largura. Teoricamente, o limiar de deteco deve ser uma funo da amplitude do fluxo magnticocomparadoaorudodefundodonveldosinal.Istoest demonstrado naFigura 4.21. O limiar de deteco depende da relao entre o sinal e o rudo. Figura 4.21 Vazamento de fluxo em trs nves de magnetizao. Fonte: Clayton (1999). Umdetalheimportantequequantomaioramagnetizao,maiorseroas linhas equipotenciais e consequentemente maior ser a corrente magntica de fuga.Destaforma,irgerarumamaiorresoluonadeteco.Oproblema que com o aumento do fluxo magntico, maior ser a corrente eltrica induzida, e isto poder provocar falhas superficiais nos dutos durante o deslocamento do pig. 65 Ouseja,opiginstrumentadopossuiumerrosistemticoemfunoda necessidadedemenoresvaloresdaintensidadedecampomagnticoem detrimento da preciso de medio (Clayton,1999). 4.4.2.2Objetivo da inspeo por MFL

AsinspeesMFLsotipicamenteusadasparadetectar,localizare caracterizar perda de metal e outras anomalias em tubulaes de transmisso de petrleo e gs. Existem muitos tipos de defeitos e nem todas as anomalias podem ser detectadas ou caracterizadas pelo MFL.

O MFL mais usado para detectar a extenso da perda metlica. A severidade da regio da perda de metal uma funo da sua geometria, da geometria da tubulaoe das propriedades mecnicas.Critriosnormativos,como oASME B31G,tmsidodesenvolvidoparaestimarapressodefalhanaregiode perdametlica.Oconhecimentodoscritriosdefalhaimportanteparaa deteco e caracterizao da acurcia requerida para a ferramenta MFL. A deteco e a caracterizao requeridas podem ser baseadas nas condies deconservaodatubulao,namanutenofeitapelooperadorena estratgiadereparo.Aconfiabilidadenadetecosemprenecessria, particularmenteparadefeitosqueameaamaintegridadedatubulao.As dimensesrequeridasdodefeitosoocomprimentoeaprofundidade,que podem ser vistas naFigura 4.22. A determinao da correta localizaodosdefeitosnecessriaparaauxiliarnadecisodoreparo.Isto inclusiveinfluenciadotambmpeloaspectodasoldacircunferencialda tubulao,pelamudananaespessuradaparededotuboeporvlvulase derivaes. (Thom e Sisquini, 2006) 66 Figura 4.22 - Conveno para estabelecimento do comprimento L de um defeitode corroso de geometria irregular. Fonte: Thom e Sisquini (2006). Parapitsindividuaiscomarestas,comprimentoeprofundidadesdefinidas baseadas na inspeo atravs do MFL, o critrio de severidade similar. Para corrosesqueatingemreasmaiores,aestimaoficamaisdifcil.Existem erros significativos na predio da largura resultando em erros correspondentes na predio da profundidade (Clayton,1999). Emboraospigsdeperdadeespessuramagnticosdealtaresoluosejam bastante precisos, necessrio conhecer suas limitaes ao analisar os dados. Tims&Wilson(2002)mostraramumcasonoqualapresenaderestos metlicoscausaramfalsosresultadosdecorrosooqueresultounuma substituio desnecessria do duto. Com isso, Tims & Wilson (2002) enfatizam queousodessatcnicapodeconduziraresultadosmalinterpretadosem certas circunstncias onde no h prtica de outras tcnicas complementares.

A tcnica de inspeo utilizando os pigs instrumentados bastante utilizada na inspeo de dutos porque fornece informaes sobre o estado do duto e serve paramapeardefeitoscausadospelacorrosoaolongodesuavidatil. Nenhumaoutraferramentadetectaedimensionatodasasdescontinuidades que comprometem a integridade de um duto.

67 Aperiodicidadedeinspeocompigdecorrosodenomximo5anos, segundo normas brasileira e estrangeira, podendo variar essa periodicidade em funodosoutrostiposdeinspeesregularmenterealizadas.Ataxade corroso tambm auxilia na determinao desse intervalo de corrida por pig de corroso. O ideal que se faa pelo menos duas corridas e se obtenha a taxa decorrosocomparandoospontoscommaioresperdasdeespessuranas duas corridas.Para dutos que nunca foram inspecionados com pig, no existe nenhummtodoquepossaseraplicadoparaestimarataxadecorroso, sendo recomendvel inspecionar o duto o mais breve possvel. (Santos,2007). A deciso de qual mtodo utilizar deve ser tomada com base nos recursos das duastcnicas,notipodecorrosoesperadaeemumaavaliaoeconmica. Em ambas as tcnicas o engenheiro deve estar consciente de suas limitaes em detectar e dimensionar defeitos. 4.4.3Mapeamento dos defeitos degrandecomplexidadedeterminarapressoderupturadodutocorrodo. Quandoseatingeapressomximaderuptura,odutoentranazonade deformaoplsticaesofregrandesdeformaes,naregiododefeitoenas regiesprximas.Aosedeterminaromtodoparacalcularapressode rupturadodutocorrodo,deve-selevaremcontaessadeformaoplstica para que os resultados no sejam excessivamente conservadores. Aquantidadededefeitosdetectadoseminspeescompiginstrumentado grande,cercademildefeitosporquilmetro,eprecisodispordemtodos simplesparadeterminarasoluodeumproblema.Existemmtodossemi-empricos para solucionar esses problemas, porm, no se aplicam a todos os casosencontradosnaprticae,nosvrioscasosemquesoaplicveis, fornecem resultados excessivamente conservadores. A complexidade e variedade das geometrias dos defeitos associadas ao tipo de carregamentoatuantesobreodutodificultamaaplicaodealgunsmtodos 68 semi-empricos. Para viabilizar a obteno de equaes empricas necessrio reduziraquantidadedeparmetrosusadosnacaracterizaodoproblema, o que pode afetar a preciso dos resultados obtidos. Uma maneira de representar e localizar a geometria de defeitos de corroso projet-lo num plano, conforme a Figura 4.23, pois os pites e os alvolos, que so os defeitos mais causados por corroso, podem aparecer isolados ou emcolnias.Admitindo-seaseotransversaldodutocomoumrelgio,a posio 6 horas corresponde geratriz inferior e as posies 0 hora e 12 horas correspondem geratriz superior do duto (Palmer-Jones et.al .,2002). Figura 4.23- Duto com pites isolados, alvolos isolados e colnias de alvolos e pites. Fonte: Palmer-Jones et.al.(2002). Ospigsinstrumentadosrealizamasmedies(viafugadefluxomagntico, porexemplo)earmazenamessesdadosparaposteriorinterpretaoe caracterizaodoperfildodefeito.Osdadosobtidosnasleiturasfeitaspelos pigsinstrumentadossoposteriormenteprocessadospormeiodesoftwares especficos e avaliados por analistas especializados que iro tentar diferenciar as anomalias encontradas observando as caractersticas do sinal. Os analistas fazemusodeexperinciaprpria,algoritmosesoftwaresparadecidiroperfil 69 decorroso(tipodedefeitoedimenses),poisinfelizmente,estas interpretaes e anlises no so normalizadas (Palmer-Jones et.al .,2002). Comomapeamentododefeito,vriosperfispodemsermontados.Segundo Kiefner&Vieth(1989),operfilaserconsideradoparaaavaliaododefeito requer um julgamento baseado na experincia e quando isso no possvel, o procedimento mais recomendvel combinar todos os perfis e assumir o caso mais desfavorvel. Palmer-Jonesetal(2002)apontamalgunsproblemasquepodemsurgir quandohinteraoentredefeitoscontidosnosrelatriosdeinspeopor pig.Osdefeitosindividuaissoarmazenadoscomocaixascujo comprimento,larguraeprofundidadesoiguaisaomximocomprimento, largura e profundidade do defeito. No caso onde h a interao entre defeitos prximos,ascaixassoagrupadassegundoregrasdeinteraoprpriasde cadaempresa.Porexemplo,ascaixasdedefeitosinteragentespodemser tratadascomoumdefeitosimplescujocomprimentoigualdistnciada primeiraataltimacaixaecujaprofundidadeassumidacomosendoa maiorprofundidadeentreascaixasexistentesdentrodogrupo,conformeFigura 4.24. Figura 4.24- Perfil de caixas de defeitos gerado pelo relatrio de inspeo e perfil definido por regras de interao para posterior estimativa da presso de ruptura. Fonte: Palmer-Jones et.al. (2002). 70 Estemtodobastanteutilizadoejestbemconsolidado.Noentanto, antigamenteospigsdeinspeoseram capazesdedetectardefeitoscom profundidades maiores que 10% ou 20% da espessura de parede do duto. Hoje emdia,ospigssocapazesdedetectardefeitosmuitorasos.Istopode resultar num perfil de defeito extremamente conservador. Um exemplo disso mostradonaFigura4.25:aprofundidadedodefeitoconsiderada comosendoamaiorprofundidadedastrscaixas(A,BeC).Noentanto,o comprimentototaldastrscaixasusadocomosendoocomprimentodo defeito, significando assim, que se trata de um defeito longo e profundo, onde na realidade existe apenas um defeito curto e profundo (Lima,2007). Figura 4.25 Exemplos de perfil de defeito conservador gerado por regras de interao. Fonte: Lima (2007). Para o caso onde h a previso de ruptura e no vazamento, a avaliao ser bastante conservadora. Osdefeitosmaisencontradosemdutosterrestresocasionadosporcorroso externasosulcoslongitudinaislongosesulcosespiraladoslongos.Esses defeitospossuemgeometriabastanteespecfica.Assimcomoacorroso externa,acorrosointernatambmpossuidefeitosdegeometriaespecfica, 71 taiscomocorrosogeneralizadaemtornodageratrizinferiorecorrosorasa generalizada em torno da geratriz superior (de 3 s 9 horas). AFigura 4.26 ilustra um defeito de corroso localizado na geratriz inferior do duto (Santos,2007). Figura 4.26 - Duto com corroso em torno da geratriz inferior. Fonte: Santos (2007). Aformageomtricacomplexadosdefeitoseograuelevadodosseusefeitos podesermaximizadapelaassociaoe/ouproximidadeentreeles.Doisou maisdostiposbsicospodemestarmuitoprximosunsdosoutros,oque origina uma interao entre os campos de tenses gerados por cada um deles. A superposio de defeitos, uma forma de associao, comum em reas de corrosogeneralizadarasaquepodemestarsalpicadasporpites,oque demonstrado na Figura 4.27(Benjamin,2008).

72 Figura 4.27- Dutocom defeitoscompostosporreasdecorroso generalizada rasa salpicadas por pites. Fonte: Benjamin (2008). 73 PARTE II DESENVOLVIMENTO 74 Captulo 5 - Metodologia 5.1 Metodologia CIS/DCVG

Ao caminhar sobre o duto, o Mtodo CIS/DCVG gera uma planilha contendo as coordenadaseacaractersticadodefeito,similaraTabela5.1eumgrfico indicandoopotencialeltricodaparedeexternadoduto,comoilustraa Figura 5.1. TABELA 5.1 COORDENADAS DOS DEFEITOS INDICADOS PELO MTODO CIS/DCVG. 75 Figura 5.1 Resultado obtido de um mtodo CIS/DCVG num oleoduto de 8 na extenso de1 km. Em nosso estudo utiliza se dois mtodos para a avaliao de integridade do defeito externo: Severidade e a Atividade Eletroqumica. 5.1.1Severidade A queda total de potencial do duto no ponto de falha conhecida como Pipe to remoteEarthP/RE,representadopor(mV2),deacordooscritriosde Proteo Catdica, mV2 igual a 850 mV em mdulo, isto , a linha vermelha daFigura5.1.Paradeterminaraseveridadedodefeitomede-se,emsentido perpendicularaoeixododuto,aamplitude dogradientedevoltagemdesde o epicentrododefeitoataterraremota.Aquedadepotencialdodefeito conhecida como Over-the-line to remote Earth OL/RE, representado por (mv2 mV1), quando mv1 for maior em mdulo que 850, de acordo com a Figura 5.1, mV1 ser igual a 850 mV. . O termo severidade, para expressar o %IR, foi adotado para dar uma indicao das dimenses do defeito no revestimento. A severidade calculada dividindo-sea OL/REpelaquedatotaldepotencialdodutono mesmoponto,(mV2).O resultadoexpressonumarelaopercentual,sendo0%revestimentoem 76 bomestadoe100%metalcompletamentenu(semrevestimento) (Helton,2007). Logo, a equao para expressar a severidade %IR dada pela Equao 5.1: 100 .21 2%mvmv mvIR=(5.1) AnormaNACERP0502(2002)apresentaumaclassificaoempricada severidade de defeitos, como descrito na Tabela 5.2 a seguir: TABELA 5.2- SEVERIDADE DOS DEFEITOS ENCONTRADOS PELA TCNICA DCVG. Fonte: NACE RP0502 (2002). 77 5.1.2Atividade Eletroqumica Devidoaoempregodeumpulsoassimtrico,atcnicadeDCVGpodeser utilizadaparadeterminaradireodofluxodecorrenteemumdefeitono revestimento,ouseja,aatividadeeletroqumicadodefeito.Combasenofato dequehavercorrososeacorrentesaidodutonolocaldodefeitodo revestimento,eproteoseamesmaentra.Portanto,pode-sedeterminara atividade eletroqumica do metal exposto em cada falha. Este comportamento determinado quando a proteo catdica est operante (potencial catdico On) equandoestinoperante(potencialcatdicoOff)eumacaractersticade cada defeito (Helton,2007). Na Tabela 5.3 a norma NACE RP0502 (2002) apresenta os quatros estados de um determinado defeito no revestimento. TABELA 5.3 ESTADOS ELETROQUMICOS DOS DEFEITOS. Fonte: NACE RP0502 (2002). 78 Almdaseveridadedodefeitoedaatividadeeletroqumica,outrosfatores tambm devem ser considerados na avaliao para deciso de efetuar reparos no revestimento (Ribeiro,2003), tais como: Potencial duto/solo Resistividade do solo no local do defeito Quantidadedecorrentedeproteocatdicacirculantenaregiodo defeito (proximidade a leitos de anodos, etc). Proximidade a outros defeitos e estruturas Distribuio dos defeitos ao longo do duto Porm,essesfatoresserodesconsideradosdestaanliseparahaveruma maior objetividade na avaliao de resultados. 5.2Metodologia PIG Instrumentado Aopercorreraextensododuto,osoftwaredoMtododeInspeoporPig Instrumentado gera uma planilha similar a Tabela 5.4. Onde se informam a distncia do defeito a partir do ponto de origem do duto, a necessidade de reparo do defeito, a classificao do defeito, a posio horria dodefeito,ascoordenadasdodefeito,apercentagemdaprofundidade(d)do defeito em relao espessura da parede do duto(t), o comprimento do defeito (L), a largura do defeito (W) e o Fator de Segurana para a Presso de Falha (F.S.). 79 TABELA 5. 4 PLANILHA PADRONIZADA COM INFORMAES DE ENTRADA DO SOFTWARE. 80 5.2.1Defeito Idealizado

As formas e dimenses de um defeito causado por corroso pode ser definida portrsparmetros:aprofundidademximad,ocomprimentooudimenso longitudinal L e a largura ou dimenso circunferencial W. NaFigura5.5.2encontram-seindicadasasdimensesLe Wdeumdefeito qualquer.Pelascaractersticasdoprocessocorrosivo,ocomprimentoLea largura w so em geral maiores que a profundidade d. As reas corrodas tm em geral contornos e topografias irregulares, porm, no desenvolvimentodemtodosempricos,geralmentesousadosdefeitos idealizados,emqueastrsdimensesd,LeWsoconstantes.Para relacionar os parmetros d, L e W, que descrevem a geometria de um defeito idealizado, com a geometria de um defeito real irregular consideram-se que, no dutoplanificado,elescorrespondemaosladosdeumslidotridimensional (paraleleppedo) dentro do qual o defeito se inscreve (Benjamin, 2008). Figura 5. 5.2 - Dimenses longitudinal L e w circunferencial de um defeito genrico. Fonte: Benjamin (2008).

81 AFigura 5. 5.3 ilustra um defeito idealizado num duto. Figura 5. 5.3 - Duto com defeito idealizado. Fonte: Benjamin (2008). AFigura 5. 5.4 relaciona as dimenses d, L e W. Figura 5. 5.4- Relao entre os parmetrosd, L e Wde umdefeito idealizado e a geometria de um defeito real irregular . Fonte: Benjamin (2008). 82 5.2.2Avaliao de defeitos por nvel de complexidade Ao receber um relatrio de inspeo por pig instrumentado, com um nmero de defeitosquepodevariardeapenasalgumasunidadesatdezenasde milhares, o analista precisa ter uma metodologia para avali-los. A depender do mtododeclculoescolhido,estetrabalhopodersetornarrelativamente simples, extremamente sofisticado, ou at mesmo invivel economicamente. Uma boa prtica avaliar os defeitos em nveis crescentes de complexidade de anlise.Omtodoaserusadodependedoobjetivodaavaliao,dotipode defeito,dascondiesdecarregamentoedaqualidadededadosdisponvel. Este tipo de anlise por nveis pode ser aplicado para outros tipos de defeitos, que no sejam de corroso.

Primeiramente, o defeito avaliado por um mtodo de simples aplicao e que exigepoucasinformaes,podendoproduzirresultadosconservadores.O pontoreprovadoreavaliadoporoutromtodocomgraudecomplexidade maior,eassimpordiante,atqueodefeitosejaaprovadooureprovado definitivamente (Souza, 2003). Agrandevantagemdeumprocedimentodeavaliaoemtrsnveisa possibilidade de se tirar proveito da ligao que existe entre o grau de preciso do mtodo e o custo necessrio para sua aplicao. Em geral, quando h um aumento no grau de preciso de um mtodo, isso corresponde a um acrscimo no custo (ou acrscimo de dificuldade) de obteno dos dados requeridos pelo mtodo(dadossobre ageometriado defeitoesobreo materialdoduto)e na capacitao necessria para aplic-lo (Santos 2007).

Aavaliaode defeitospornveisdecomplexidadepara defeitos decorroso podeseresumiracincodiferentesnveisdeavaliaodedefeitoseseus respectivos dados necessrios, demonstrado a seguir pela Figura 5. 5.5 (Custam et.al, 2001). 83 Figura 5. 5.5 - Avaliao de defeitos por nveis de complexidade. Fonte: Cosham et.al. (2001). Nvel 1: Normas internas de empresas operadoras ou regras prticas paraaprovaroureprovardefeitosdecorrosocominformaesapenasdotipodo defeito e dimenses.Nvel2:Utilizam-semtodossimples,entretantopodemapresentar resultadosexcessivamenteconservadores.OsmtodosASMEB31G,0,85dL soutilizadosparadefeitosisolados.Parautilizaodessesmtodos, necessrioconhecerocomprimento,maiorprofundidadedodefeito,graudo ao, o dimetro e a espessura do duto. 84 Nvel 3: Alm dos dados j citados anteriormente, necessrio conhecer o perfildecorrosododefeito.Oprincipalmtodoquepodeseraplicadoneste nvel o Effective Area. Nvel4:Realiza-seanliseno-linearpelomtododeelementosfinitos e/ouexecuta-setestesexperimentaisemescalarealparaoproblema.A utilizaodomtododoselementosfinitos,almdedependerdepessoal extremamentequalificado,exigemuitotemponoprocessodemodelageme determinao da soluo do problema. Nvel5:Estenveldeanliseomaiscomplexo.necessriotera distribuio estatstica da geometria do defeito e do duto e as propriedades do material para quantificar as incertezas embutidas na avaliao para aceitar ou no um defeito. O mtodo ASME B31G e a maioria dos mtodos disponveis para avaliao de dutoscorrodos,comoomtodo085dL,representamarealongitudinalde material perdido (A) com base no comprimento L e na profundidade mxima d dodefeito.EstesmtodosseriamclassificadoscomomtodosdoNvel1em um procedimento de avaliao em trs nveis (Benjamin, 2008). OmtodoEfetivaAreaimplementadonosoftwareRSTRENG,representaa readematerialperdidocombasenoperfildeprofundidadesdodefeito, definidoapartirdemediesdetalhadasdodefeito.Emumprocedimentode avaliao em trs nveis este mtodo seria classificado como mtodo do Nvel 2. A avaliao do defeito realizada, geralmente, at o nvel 3. Se at esse nvel, odefeitoestiverreprovado,faz-seaavaliaododefeitoutilizandomtodos maiscomplexoscomoonvel4ou5.Apsaavaliaododefeito,pode-se optar em reduzir a presso de operao ou at mesmo parar a produo para fazer reparo no duto imediatamente (Souza,2003). Porm,nessetrabalhousa-seapenasomtodosemi-empricoASMEB31G, paradeterminarotipodecorrosopresentenodutocomparandocomo mtodo de inspeo de integridade CIS/DCVG. 85 5.2.3Mtodo ASME B31G Osprincipaismtodosexistentesparaavaliaodedefeitosdecorrosoem dutosutilizamconceitosdaMecnicadaFraturaque,modificadospordados empricos, resultam em expresses semi-empricas que, se aplicadas dentro de seus limites de validao, permitem estimar a presso de ruptura de dutos com defeitos.

importantelembrarqueestesmtodosdeavaliao,devemserabordados holisticamente. Isto significa que todos os aspectos da integridade de um duto devemserconsiderados,notratando-sesimplesmenteemexecutarum procedimentomecnicodeinserodedadosdasdimensesdodefeito (obtidosviainspeoporpig)emumaequaoparasimplesestimativada presso de ruptura (Palmer-Jones et. al.,2002). Nofinaldadcadade60,PesquisadoresdoBattelleMemorialInstituteeda AGA (American Gas Association), desenvolveram pesquisas com o objetivo de analisar como se iniciava a fratura em dutos contendo vrios tipos de defeitos decorroso.Essespesquisadoresqueriamrelacionarotamanhoeonmero dedefeitoseovalordapressoquecausariavazamentoourupturanoduto, obtidosdetesteshidrostticos.Foramrealizadosestudostericoseensaios experimentais em escala real (Benjamin,2008). Ospossveisbenefciosdosresultadosdessapesquisadespertaramum enormeinteressedasempresasoperadorasdedutos,acarretandoummaior investimento nesses estudos. AequaogeradanesteestudoficouconhecidacomoNG-18SurfaceFlaw EquationaqualformouabasedosmtodossubseqentestalcomoASME B31G. A equao tem a forma da Equao 5.2 (Benjamin, 2008): 86 (((((

=100.. 11MAAAAflow rup (5.2) Onde: f -Tensocircunferencialdaparededodutonoinstantedaruptura,numa regio fora do defeito. flow - Tenso de escoamento mdia do material (flow stress). Area longitudinal de material perdido. A0- rea longitudinal original da regio corroda. M - Fator de dilatao (bulging factor ou Folias factor) O fator de dilatao M (Folias factor) foi criado para levar em considerao a influnciadadeformao,emformadeumabolha,natensocircunferencial queestsendoaplicadanaregiocorroda.Ofatordedilataoexpresso pela Equao 5.3:

22 2003375 , 0 6275 , 0 1|||

\| |||

\| + =t DLt DLMe e(5.3) Onde: L - Comprimento longitudinal do defeito. De - Dimetro externo do duto. t - Espessura de parede do duto. Atensodeescoamentomdia(flow )foidefinidacomoumatenso compreendidaentrearesistnciaaoescoamentoearesistnciatraodo material, ou seja, . u flow esc < < . 87

ArealongitudinalAdematerialperdido,ilustradonaFigura5.6apodeser determinada por meio da tcnica de projeo (Souza,2003), na qual o ponto de maiorperdadeespessuradecadalinhacircunferencialdedados(dentrodo defeito) projetado no plano longitudinal que corta a parede do duto. Figura 5.6 Ilustrao tpica de formas de aproximao de defeitos de corroso em dutos: a)Tcnica da projeo, b) Aproximao para defeitos curtos (forma parablica), c)Aproximao para defeitos longos (forma retangular). Fonte: Souza (2003). A rea A do material perdido tambm pode ser aproximada segundo um perfil parablico (para defeitos curtos) ou segundo um perfil retangular (para defeitos longos), conforme ilustrado na Figura 3.6b e Figura 3.6c, respectivamente. Atensocircunferencialnumaregioforadodefeito,submetidopresso interna, pode ser facilmente calculada pela frmula de Barlow, como mostra a Equao 5.4: 88 |||

\| =tDPecirc2 (5.4) Onde: circ- Tenso Circunferencial; P- Presso interna atuante no duto; De - Dimetro Externo do duto; Considerando-se o estado limite, onde P a presso de ruptura (rupP ), temos a seguinte igualdade na Equao 5.5: circ= f (5.5) Igualandoasequaes(5.4)e(5.2)eisolando-seapresso,obtm-seo valor da presso interna de ruptura do duto corrodo pela Equao 3.6. ( )(((

=100112M A AA ADtPeflow rup(5.6) AEquao5.6mostraqueapressoderupturadependedetrsparcelas. A primeira,relacionadacomascaractersticasdomaterial(flow );asegunda, relacionadacomascaractersticasgeomtricasdoduto(eDt . 2)eaterceira, relacionadacomascaractersticasdodefeitonoduto(Rf ),comomostraa Equao 5.7. Onde:Rf = ( )(((

10011M A AA A (5.7) 89 Estaltimaparcela,denominadadefatordereduo(Rf ),bastante influenciada pelo valor de M. Quando M assume valores prximos unidade, o fator de reduo tende tambm para um. Quando M tende para infinito, o fator de reduo dado por: 01AAfR = . AEquao(5.6)formaabaseparaosmtodostalcomoASMEB31G.De acordocomoprocedimentodeanlisepornveisdecomplexidadeproposto porCosham&Hopkins(2001),estemtodoclassificadocomoNvel2 (Lima,2007). SegundoaNORMAASMEB31G(1991)comooobjetivofinaldosmtodos empricossaberseodutocorrodotemcondiesdesuportaraPresso MximadeOperaoAdmissvel(PMOA)necessriodeterminaruma pressointernaadmissvel.Apressoadmissvel(ap )obtidaaplicando-se umfatordeseguranasobreapressoderuptura(fp ),comomostraa Equao 5.8: f ap S F p = . (5.8) Em1989surgiramdoisnovosmtodosempricoschamadosEffectivereae 085dL. Esses mtodos, no entanto, no chegaram a se popularizar. A falta de uma normalizao que desse respaldo a sua aplicao apontada como uma provvel causa. Apesar de todo o conhecimento acumulado, at hoje o mtodo ASME B31G continua sendo muito usado em todo o mundo (Santos,2007). OmtodoASMEB31Gfoioprimeiromtodosemi-empricoutilizadopara avaliaodedutoscomdefeitosdecorroso.omaisutilizadoemtodoo mundodevidoaoseuextremoconservadorismoauxiliandonumamaior integridade do duto. Esse mtodo foi desenvolvido por Kiefner e Duffy a partir daNG-18SurfaceFlawEquationemjulhode1971.Porm,foinadcadade 90 80 que se constatou resultados extremamente conservadores para alguns tipos de defeitos reais (Benjamin,2008). De acordo com esse mtodo, as operadoras de dutos decidem a continuidade ounodaoperaododutocomdefeitosdecorroso,deformasegura,na pressomximadeoperao.Essemtodofornece,paraalgunscasos, resultadoscomumelevadograudeconservadorismo,isto,osvalores estimados para a presso de ruptura so excessivamente baixos, o que leva remoo de vrios dutos ainda em condies de serem mantidos em operao.Estemtodoconsideraqueumdutocomdefeitodecorrosoquepossuaa relaodeprofundidadedodefeitomaiorque80%daespessuranominalda parededoduto,deveserreparadoousubstitudo.Seessarelaoformenor que10%,odutopodecontinuaroperandonormalmente,eparaascondies i