3.1 Memoria cálculo para los Poliductos en 12” d.n. El diseño de la protección catódica temporal se desarrollo conforme a la norma de referencia NRF-047-PEMEX-2007 y para una mejor comprensión de dividió en los tramos en 12”d.n.:
3.1.1.- El diseño para el tramo comprendido en Oleoducto 12” 17.5 entre cabezales consi conside deran rando do una resist resistivi ividad dad del terre terreno no prome promedio dio de 361 36190 90 ohmsohms- cm, cm, para para ánodos de 34 lb. de magnesio, tendremos lo siguiente:
a).- Cálculo de la resistencia de un ánodo en posición vertical con relleno: Ra = 0.00159ρ L Donde: Ra ρ L d
ln 8L - 1 d
Resi Resist sten enci cia a de de un un án ánodo odo ver verti tica call a titierr erra en en Ohm Ohmss Resistividad del terreno en Ohms- cm Longitud del ánodo en metros Diámetro del ánodo en metros
36190 0.521 0.216
Ra = 2.17
b).- Corriente entregada del ánodo en amperes: I=
Donde: I Ec Ea Ra
Ec-Ea Ra
Entrega de de co corriente de del án ánodo en en am amperes Pote Potenc ncia iall mínim mínimo o de prot protec ecci ción ón en vol volts ts de de acue acuerd rdo o con 8.2 8.2.1 .1.3 .3 de de la NRFNRF-04 0477-PEM PEMEX EX-2 -200 007 7 Pote Potenc ncia iall del del ánod ánodo o a circ circui uito to abi abier erto to en en volt volts, s, ver ver tab tabla la 1 de de la NRF NRF-0 -04747-PE PEME MEXX-20 2007 07 Resistencia del ánodo en ohms, I = 0.4296
Amperes
c).- Tiempo de vida útil del ánodo V = C*P* C*P*R* R*U/ U/ I
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Donde: V C P U I R
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Vida útil del ánodo, en años Capacidad de corriente en amp-año/kg 0.251 Peso del ánodo en kg 14.92 Factor de utilización Entrega de de co corriente de del án ánodo en en am amperes Rend Rendim imie ient nto o en en % ( tab tablla 1de 1de la NRF NRF-O -O4 47-PE 7-PEM MEX-2 X-2007) 007)
V=
3.6
años
Una segunda opción es realizar un cálculo por masa para el mismo tramo y para una vida útil de 1 año, tiempo estimado de la construcción del ducto, de esta manera se puede determinar el número de ánodos que servirán como protección catódica de los ductos:
d) Área por proteger: Ab = (3.1416) x f x D x L
Donde: Ab П f
Área por proteger 3.1416 Factor de dise iseño del del recu ecubrimiento nto Epoxico ico Liquido Diámetro Exterior 12 plg Longitud en metros 0.01755 km
D L
Ab=
0.02 0.3048 metros 17.55 metros
0.33 M2
e).- Cálculo de la corriente necesaria: I= Donde: I Ab Id Id= Cte=
Ab X Id 1000
Densidad de corriente en amperes Área por proteger 0.33 m2 Densidad dad de corriente en mili iliamperes/ es/ m2, tabla 2 de la NRF- 047 11 miliamp/m2 1000 3.69 m Amp I=
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f).- Cálculo de la masa requerida: W= I X DR X DL DONDE: W Peso total de la masa anódica requerida en Kg I Densidad de corriente en amperes Dr Consumo del ánodo en Kg/amp-año 8.64 DL Vida del diseño en años 1 W= 0.032 Kg
g).- Número de ánodos requeridos: N= W/ WA DONDE: N= Número de ánodos requeridos Pza W= Peso total de masa anódica requerida en Kg WA= Peso de cada ánodo en Kg. 14.498 N= 1 pza.
h).- Espaciamiento entre ánodos: S=L/N Donde: S= Espaciamiento entre ánodos en metros L=Longitud de la tubería por proteger en metros N=Número de ánodos requeridos en pza.
17.55 1
S= 1 km
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3.1.2.- El diseño para el paso directo oleoducto de 12” a trampas, para una resistividad del terreno promedio de 31331 ohms- cm, y considerando ánodos de 32 lbs. de magnesio, tendremos lo siguiente:
a).- Cálculo de la resistencia de un ánodo en posición vertical con relleno: Ra = 0.00159ρ L Donde: Ra ρ L d
ln 8L - 1 d
Resistencia de un ánodo vertical a tierra en Ohms Resistividad del terreno en Ohms- cm Longitud del ánodo en metros Diámetro del ánodo en metros
Ra = 1.88
b).- Corriente entregada del ánodo en amperes: I=
Donde: I Ec Ea Ra
Ec-Ea Ra
Entrega de corriente del ánodo en amperes Potencial mínimo de protección en volts de acuerdo con 8.2.1.3 de la NRF-047-PEMEX-2007 Potencial del ánodo a circuito abierto en volts, ver tabla 1 de la NRF-047-PEMEX-2007 Resistencia del ánodo en ohms, I = 0.4946
Amperes
c).- Tiempo de vida útil del ánodo V = C*P*R*U/ I Donde: V C P U I R
Vida útil del ánodo, en años Capacidad de corriente en amp-año/kg 0.251 Peso del ánodo en kg 14.49 Factor de utilización 0.85 Entrega de corriente del ánodo en amperes Rendimiento en % ( tabla 1de la NRF-O47-PEMEX-2007)
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3.13
d) Área por proteger:
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años
Ab = (3.1416) x f x D x L
Donde: Ab П f
Área por proteger 3.1416 Factor de diseño del recubrimiento Epoxico Liquido Diámetro Exterior 12 plg Longitud en metros 0.134 km
D L
Ab=
0.02 0.3048 metros 134 metros
2.57 M2
e).- Cálculo de la corriente necesaria: I= Donde: I Ab Id Id= Cte=
Ab X Id 1000
Densidad de corriente en amperes Área por proteger 2.57 m2 2, Densidad de corriente en miliamperes/ m tabla 2 de la NRF- 047 11 miliamp/m2 1000 0.0283 Amp I=
f).- Cálculo de la masa requerida: W= I X DR X DL DONDE: W Peso total de la masa anódica requerida en Kg I Densidad de corriente en amperes Dr Consumo del ánodo en Kg/amp-año 8.64 DL Vida del diseño en años 1 W= 0.25 Kg
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g).- Número de ánodos requeridos: N= W/ WA DONDE: N= Número de ánodos requeridos Pza W= Peso total de masa anódica requerida en Kg WA= Peso de cada ánodo en Kg. 14.49 N= 1 pza.
h).- Espaciamiento entre ánodos: S=L/N Donde: S= Espaciamiento entre ánodos en metros L=Longitud de la tubería por proteger en metros N=Número de ánodos requeridos en pza.
134 1
S= 134
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3.1.3- El diseño para la trampa de salida Oleoducto de 14” a la barda, y considerando una resistividad del terreno promedio de 31331 ohms- cm, para ánodos de 32 lbs. de magnesio, tendremos lo siguiente:
a).- Cálculo de la resistencia de un ánodo en posición vertical con relleno: Ra = 0.00159ρ L Donde: Ra ρ L d
ln 8L - 1 d
Resistencia de un ánodo vertical a tierra en Ohms Resistividad del terreno en Ohms- cm Longitud del ánodo en metros Diámetro del ánodo en metros
Ra = 1.88
b).- Corriente entregada del ánodo en amperes: I=
Donde: I Ec Ea Ra
Ec-Ea Ra
Entrega de corriente del ánodo en amperes Potencial mínimo de protección en volts de acuerdo con 8.2.1.3 de la NRF-047-PEMEX-2007 Potencial del ánodo a circuito abierto en volts, ver tabla 1 de la NRF-047-PEMEX-2007 Resistencia del ánodo en ohms, I = 0.4946
Amperes
c).- Tiempo de vida útil del ánodo V = C*P*R*U/ I Donde: V C P U I R
Vida útil del ánodo, en años Capacidad de corriente en amp-año/kg Peso del ánodo en kg Factor de utilización Entrega de corriente del ánodo en amperes Rendimiento en % ( tabla 1de la NRF-O47-PEMEX-2007)
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3.13
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años
d) Área por proteger: Ab = (3.1416) x f x D x L
Donde: Ab П f
Área por proteger 3.1416 Factor de diseño del recubrimiento Epoxico Liquido Diámetro Exterior 14 plg Longitud en metros 0.102 km
D L
Ab=
0.02 0.3556 metros 102 metros
2.28 M2
e).- Cálculo de la corriente necesaria: I= Donde: I Ab Id Id= Cte=
Ab X Id 1000
Densidad de corriente en amperes Área por proteger 2.28 m2 2, Densidad de corriente en miliamperes/ m tabla 2 de la NRF- 047 11 miliamp/m2 1000 0.0251 Amp I=
f).- Cálculo de la masa requerida: W= I X DR X DL DONDE: W Peso total de la masa anódica requerida en Kg I Densidad de corriente en amperes Dr Consumo del ánodo en Kg/amp-año 8.64 DL Vida del diseño en años 1 W= 0.22 Kg
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g).- Número de ánodos requeridos: N= W/ WA DONDE: N= Número de ánodos requeridos Pza W= Peso total de masa anódica requerida en Kg WA= Peso de cada ánodo en Kg. 14.49 N= 1 pza.
h).- Espaciamiento entre ánodos: S=L/N Donde: S= Espaciamiento entre ánodos en metros L=Longitud de la tubería por proteger en metros N=Número de ánodos requeridos en pza.
102 1
S= 102
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3.1.4.- El diseño para el tramo descarga trampa de envio de oleoducto de 14”, considerando una resistividad del terreno promedio de 31331 ohms- cm, para ánodos de 32 lbs. de magnesio, tendremos lo siguiente:
a).- Cálculo de la resistencia de un ánodo en posición vertical con relleno: Ra = 0.00159ρ L Donde: Ra ρ L d
ln 8L - 1 d
Resistencia de un ánodo vertical a tierra en Ohms Resistividad del terreno en Ohms- cm Longitud del ánodo en metros Diámetro del ánodo en metros
Ra = 1.88
b).- Corriente entregada del ánodo en amperes: I=
Donde: I Ec Ea Ra
Ec-Ea Ra
Entrega de corriente del ánodo en amperes Potencial mínimo de protección en volts de acuerdo con 8.2.1.3 de la NRF-047-PEMEX-2007 Potencial del ánodo a circuito abierto en volts, ver tabla 1 de la NRF-047-PEMEX-2007 Resistencia del ánodo en ohms, I = 0.4946
Amperes
c).- Tiempo de vida útil del ánodo V = C*P*R*U/ I Donde: V C P U I R
Vida útil del ánodo, en años Capacidad de corriente en amp-año/kg Peso del ánodo en kg Factor de utilización Entrega de corriente del ánodo en amperes Rendimiento en % ( tabla 1de la NRF-O47-PEMEX-2007)
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3.13
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años
d) Área por proteger: Ab = (3.1416) x f x D x L
Donde: Ab П f
Área por proteger 3.1416 Factor de diseño del recubrimiento Epoxico Liquido Diámetro Exterior 14 plg Longitud en metros 0.006 km
D L
Ab=
0.02 0.3556 metros 6 metros
0.14 M2
e).- Cálculo de la corriente necesaria: I= Donde: I Ab Id Id= Cte=
Ab X Id 1000
Densidad de corriente en amperes Área por proteger 0.14 m2 2, Densidad de corriente en miliamperes/ m tabla 2 de la NRF- 047 11 miliamp/m2 1000 1.54 m Amp I=
f).- Cálculo de la masa requerida: W= I X DR X DL DONDE: W Peso total de la masa anódica requerida en Kg I Densidad de corriente en amperes Dr Consumo del ánodo en Kg/amp-año 8.64 DL Vida del diseño en años 1 W= 0.014 Kg
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g).- Número de ánodos requeridos: N= W/ WA DONDE: N= Número de ánodos requeridos Pza W= Peso total de masa anódica requerida en Kg WA= Peso de cada ánodo en Kg. 14.49 N= 1 pza.
h).- Espaciamiento entre ánodos: S=L/N Donde: S= Espaciamiento entre ánodos en metros L=Longitud de la tubería por proteger en metros N=Número de ánodos requeridos en pza.
6 1
S= 6
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3.1.4.- El diseño para la succión del oleoducto de 14”, considerando una resistividad del terreno promedio de 31331 ohms- cm, para ánodos de 32 lbs. de magnesio, tendremos lo siguiente:
a).- Cálculo de la resistencia de un ánodo en posición vertical con relleno: Ra = 0.00159ρ L Donde: Ra ρ L d
ln 8L - 1 d
Resistencia de un ánodo vertical a tierra en Ohms Resistividad del terreno en Ohms- cm Longitud del ánodo en metros Diámetro del ánodo en metros
Ra = 1.88
b).- Corriente entregada del ánodo en amperes: I=
Donde: I Ec Ea Ra
Ec-Ea Ra
Entrega de corriente del ánodo en amperes Potencial mínimo de protección en volts de acuerdo con 8.2.1.3 de la NRF-047-PEMEX-2007 Potencial del ánodo a circuito abierto en volts, ver tabla 1 de la NRF-047-PEMEX-2007 Resistencia del ánodo en ohms, I = 0.4946
Amperes
c).- Tiempo de vida útil del ánodo V = C*P*R*U/ I Donde: V C P U I R
Vida útil del ánodo, en años Capacidad de corriente en amp-año/kg Peso del ánodo en kg Factor de utilización Entrega de corriente del ánodo en amperes Rendimiento en % ( tabla 1de la NRF-O47-PEMEX-2007)
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3.13
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años
d) Área por proteger: Ab = (3.1416) x f x D x L
Donde: Ab П f
Área por proteger 3.1416 Factor de diseño del recubrimiento Epoxico Liquido Diámetro Exterior 14 plg Longitud en metros 0.006 km
D L
Ab=
0.02 0.3556 metros 6 metros
0.14 M2
e).- Cálculo de la corriente necesaria: I= Donde: I Ab Id Id= Cte=
Ab X Id 1000
Densidad de corriente en amperes Área por proteger 0.14 m2 2, Densidad de corriente en miliamperes/ m tabla 2 de la NRF- 047 11 miliamp/m2 1000 1.54 m Amp I=
f).- Cálculo de la masa requerida: W= I X DR X DL DONDE: W Peso total de la masa anódica requerida en Kg I Densidad de corriente en amperes Dr Consumo del ánodo en Kg/amp-año 8.64 DL Vida del diseño en años 1 W= 0.014 Kg
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g).- Número de ánodos requeridos: N= W/ WA DONDE: N= Número de ánodos requeridos Pza W= Peso total de masa anódica requerida en Kg WA= Peso de cada ánodo en Kg. 14.49 N= 1 pza.
h).- Espaciamiento entre ánodos: S=L/N Donde: S= Espaciamiento entre ánodos en metros L=Longitud de la tubería por proteger en metros N=Número de ánodos requeridos en pza.
6 1
S= 6
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3.1.4.- El diseño para la derivación de oleoducto de 14”, considerando una resistividad del terreno promedio de 31331 ohms- cm, para ánodos de 32 lbs. de magnesio, tendremos lo siguiente:
a).- Cálculo de la resistencia de un ánodo en posición vertical con relleno: Ra = 0.00159ρ L Donde: Ra ρ L d
ln 8L - 1 d
Resistencia de un ánodo vertical a tierra en Ohms Resistividad del terreno en Ohms- cm Longitud del ánodo en metros Diámetro del ánodo en metros
Ra = 1.88
b).- Corriente entregada del ánodo en amperes: I=
Donde: I Ec Ea Ra
Ec-Ea Ra
Entrega de corriente del ánodo en amperes Potencial mínimo de protección en volts de acuerdo con 8.2.1.3 de la NRF-047-PEMEX-2007 Potencial del ánodo a circuito abierto en volts, ver tabla 1 de la NRF-047-PEMEX-2007 Resistencia del ánodo en ohms, I = 0.4946
Amperes
c).- Tiempo de vida útil del ánodo V = C*P*R*U/ I Donde: V C P U I R
Vida útil del ánodo, en años Capacidad de corriente en amp-año/kg Peso del ánodo en kg Factor de utilización Entrega de corriente del ánodo en amperes Rendimiento en % ( tabla 1de la NRF-O47-PEMEX-2007)
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3.13
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años
d) Área por proteger: Ab = (3.1416) x f x D x L
Donde: Ab П f
Área por proteger 3.1416 Factor de diseño del recubrimiento Epoxico Liquido Diámetro Exterior 14 plg Longitud en metros 0.006 km
D L
Ab=
0.02 0.3556 metros 12 metros
0.27 M2
e).- Cálculo de la corriente necesaria: I= Donde: I Ab Id Id= Cte=
Ab X Id 1000
Densidad de corriente en amperes Área por proteger 0.27 m2 2, Densidad de corriente en miliamperes/ m tabla 2 de la NRF- 047 11 miliamp/m2 1000 2.95 m Amp I=
f).- Cálculo de la masa requerida: W= I X DR X DL DONDE: W Peso total de la masa anódica requerida en Kg I Densidad de corriente en amperes Dr Consumo del ánodo en Kg/amp-año 8.64 DL Vida del diseño en años 1 W= 0.025 Kg
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g).- Número de ánodos requeridos: N= W/ WA DONDE: N= Número de ánodos requeridos Pza W= Peso total de masa anódica requerida en Kg WA= Peso de cada ánodo en Kg. 14.49 N= 1 pza.
h).- Espaciamiento entre ánodos: S=L/N Donde: S= Espaciamiento entre ánodos en metros L=Longitud de la tubería por proteger en metros N=Número de ánodos requeridos en pza.
12 1
S= 6
PROTECCIÓN CATÓDICA TEMPORAL PARA LOS POLIDUCTOS DE 10” D.N. DUCTO EN 12”D.N.
UBICACIÓN (KM.)
TOTAL DE PIEZAS de Mg 32 Lbs.
Oleoducto
Tepetitlan (Cabezales) Directo (Trampa)
1 1
TOTAL
2
DUCTO EN 14”D.N.
UBICACIÓN (KM.)
Oleoducto
TOTAL DE PIEZAS de Mg 32 Lbs.
Trampa de salida Descarga Trampa envío Derivación
1 1 1 1
TOTAL
4
Al término de la etapa de construcción del ducto, el sistema de protección catódica temporal a base de ánodos de magnesio debe ser retirado, razón por la cual, la contratista debe hacer entrega de estos ánodos al centro de trabajo correspondiente, Página 18 de 21
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la localización de los ánodos para su retiro debe ser conforme a las coordenadas registradas durante la instalación de los mismos.
4.- COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ANODO DE MAGNESIO DE ALTO POTENCIAL Elemento
Aleación de alto potencial (% en peso)
Aluminio Manganeso Hierro Cobre Silicio Níquel Otras impurezas metálicas Impurezas Magnesio
Máximo 0.01 0.50 – 1.30 Máximo 0.03 Máximo 0.02 Máximo 0.05 Máximo 0.001 Máximo 0.05 Máximo 0.30 Mínimo 98.288
El nivel máximo de 0.3 %en peso de impurezas totales, incluye el contenido de todas las impurezas metálicas.
5.- INSTALACIÓN, CONEXIÓN Y PARCHADO •
•
•
•
Los ánodos deben alojarse en una cepa con dimensiones tales que permitan que el ánodo quede completamente subterráneo. El cable de los ánodos debe soldarse con soldadura por aluminotermia carga No. 15 directamente al ducto por proteger Se debe retirar el recubrimiento anticorrosivo en área aproximada de 4 x 4 cm Se debe rehabilitar el sistema de recubrimiento anticorrosivo con un encapsulado de plástico Royston Kop Coat
6.-PRUEBAS Durante la instalación del ánodo se deben registrar los valores de las variables siguientes: • • • • •
Coordenadas GPS de instalación Kilómetro de instalación Fecha de instalación Número de ánodos Potencial ducto/suelo en el punto de instalación y registro de un perfil de potencial ducto/suelo para verificar el alcance de protección Página 19 de 21
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Registro de distancia protegida
7.- EMPAQUE INDIVIDUAL DE LOS ÁNODOS: Los ánodos a suministrar deben ser empacados individualmente, de tal forma que se cumpla con la especificación Pemex P.3.301.01, “Embalaje y marcado para embarque de equipos y materiales”.
8. INSTALACIÓN GRAFICA
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9.- REFERENCIAS Especificación Pemex P.3.301.01, “Embalaje y marcado para embarque de equipos y materiales”. Norma de Referencia NRF-047-PEMEX-2007 “Diseño, instalación y mantenimiento de los sistemas de protección catódica.” Norma de Referencia NRF-110-PEMEX- 2003 “Evaluación de ánodos de sacrificio galvánicos de magnesio”
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