NRF-047-PEMEX-2014

Número de documento NRF-047-PEMEX-2014 30 de agosto de 2014 PÁGINA 1 DE 79

COMITÉ DE NORMALIZACIÓN DE PETRÓLEOS MEXICANOS Y ORGANISMOS SUBSIDIARIOS SUBCOMITÉ TÉCNICO DE NORMALIZACIÓN DE PETRÓLEOS MEXICANOS

DISEÑO, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA “Esta norma cancela y sustituye a la NRF-047-PEMEX-2007” del 04 de septiembre de 2007

DISEÑO, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios

NRF-047-PEMEX-2014 Rev.: 0 PÁGINA 2 DE 79

HOJA DE APROBACIÓN

Esta Norma de Referencia se aprobó en el Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios en la Sesión Ordinaria Nº 99, celebrada el 29 de mayo de 2014.

Queda prohibida la reproducción total o parcial de este documento sin la autorización expresa del Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y sus Organismos Subsidiarios, otorgándole el crédito correspondiente.




CONTENIDO CAPÍTULO

PÁGINA

0.

INTRODUCCIÓN. ....................................................................................................................................... 5

1.

OBJETIVO. ................................................................................................................................................. 6

2.

ALCANCE. ................................................................................................................................................. 6

3.

CAMPO DE APLICACIÓN. ........................................................................................................................ 6

4.

ACTUALIZACIÓN. ..................................................................................................................................... 6

5.

REFERENCIAS. ......................................................................................................................................... 7

6.

DEFINICIONES. ......................................................................................................................................... 8

7.

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS.............................................................................................................. 10

8.

DESARROLLO. ........................................................................................................................................ 11 8.1 Memoria de cálculo y estudios de campo. ......................................................................................... 12 8.2 Información que debe entregar PEMEX. ....................................................................................... 12 8.3 Información que debe entregar el Contratista. .............................................................................. 13 8.4 Requerimientos del servicio. ......................................................................................................... 13 8.5 Criterios de aceptación. ................................................................................................................. 51

9.

RESPONSABILIDADES. ......................................................................................................................... 51

10.

CONCORDACIA CON NORMAS MEXICANAS O INTERNACIONALES. ............................................. 52

11.

BIBLIOGRAFÍA. ....................................................................................................................................... 52

12.

ANEXOS. .................................................................................................................................................. 53 12.1 Dispositivo terrestre para medir en poste de señalamiento y registro tipo “R” y “RA”. .................... 54 12.2 Poste de señalamiento y registro tipo “R”. ....................................................................................... 55 12.3 Grabado para poste de señalamiento y registro tipo “RA” para ductos terrestres. .......................... 55 12.4 Poste de señalamiento y registro tipo “RA”. ..................................................................................... 57 12.5 Acabado y grabados para poste de señalamiento y registro tipo “RA”. ........................................... 58 12.6 Arreglo típico de un sistema de protección catódica a base de ánodos galvánicos. ....................... 59 12.7 Arreglo típico de un sistema terrestre de protección catódica a base de corriente impresa. .......... 61 12.8 Sistema de protección catódica con corriente impresa para proteger dos o más ductos. ............... 61 12.9 Vista lateral conexión típica de un ánodo galvánico en elemento estructural costafuera. ............... 62 12.10 Vista transversal conexión típica de ánodo galvánico a elemento estructural costafuera. ............ 63 12.11 Distribución típica ánodos galvánicos a diferente elevación en subestructuras costafuera. ......... 64 12.12 Distribución típica ánodos galvánicos a diferente elevación en subestructuras costafuera. ......... 65 12.13 Instalación Típica de un ánodo de brazalete tipo molde cilíndrico en un ducto submarino. .......... 66 12.14 Instalación típica de un ánodo de brazalete tipo segmentado en un ducto submarino. ................ 67





12.15 Medición de potencial estructura-electrolito en sistemas de protección catódica terrestres. ........ 68 12.16 Medición de potencial estructura-electrolito en sistemas de protección catódica costafuera........ 68 12.17 Requerimiento de planos para un sistema terrestre de protección catódica. ................................ 69 12.18 Medición del potencial instantáneo de apagado. ........................................................................... 73 12.19 Instalación de ánodos galvánicos. .................................................................................................. 75 12.20 Instalación típica de sistema de protección a base de corriente impresa en muelles. .................. 76 12.21 Instalación de ánodos en cabezal de pozos................................................................................... 77 12.22 Instalación de ánodos galvánicos con sistema retroclamp con masa anódica integrada. ............. 78 12.23 Instalación de ánodos galvánicos tipo barra trapezoidal en lecho marino. .................................... 79 12.24 Arreglo típico de un sistema terrestre de protección catódica a base de corriente impresa XXXX con ánodos de poliméro conductivo. .............................................................................................. 79


Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios 0.



INTRODUCCIÓN.

PEMEX realiza actividades de gran diversidad para cumplir con las principales funciones que legalmente tiene conferidas, siendo destacables aquellas que son necesarias para preservar la integridad de sus instalaciones industriales entre las que por su importancia y por ser estratégicos, tienen la mayor relevancia los sistemas de recolección, distribución y transporte por ductos, enterrados o sumergidos, tanto terrestres, en pantanos y lacustres, así como los marinos; los cuales están expuestos a los efectos de la corrosión externa como consecuencia de un proceso químico o electroquímico, que incide como un deterioro natural e irreversible del metal por efecto del ambiente circundante al sitio donde se ubican. En virtud de lo anterior y con el propósito de prevenir daños en estructuras en general y los ductos en lo particular, que son parte esencialmente primordial de la infraestructura de los sistemas de transporte, se utilizan los sistemas de protección catódica por medio de corriente impresa y/o con ánodos galvánicos, como el método más efectivo para controlar y prevenir la corrosión exterior, empleados en conjunto con sistemas de recubrimientos anticorrosivos, para lo cual se establecen en esta Norma de Referencia (NRF), los requisitos para tales sistemas de protección catódica. En la revisión y actualización de esta NRF participaron PEMEX e instituciones y empresas que se indican a continuación: Petróleos Mexicanos. PEMEX-Refinación. PEMEX-Exploración y Producción. PEMEX-Gas y Petroquímica Básica. PEMEX-Petroquímica. Instituto Mexicano del Petróleo. Instituto Politécnico Nacional. Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S. A. de C. V. Protección Catódica Mexicana, S. A. de C. V. Protección Catódica de México, S. A. de C. V. SAE Inc. Optimus Sistemas Holísticos, S. A. de C. V. ARPASA Protección Catódica, S. A. de C. V. Corrosión y Protección Ingeniería, S. A. Seal for Life Industries.





GES Consorcio Industrial. Stopaq.

1.

OBJETIVO.

Establecer los requisitos técnicos y documentales, criterios y metodologías que debe cumplir el Contratista en los servicios de diseño, especificación de materiales, instalación y mantenimiento de los sistemas de protección catódica de las estructuras y/o sistemas de ductos enterrados o sumergidos de PEMEX.

2.

ALCANCE.

Esta NRF establece los requisitos que debe cumplir el Contratista para diseño, especificación de materiales, instalación, puesta en operación, pruebas, evaluación, inspección y mantenimiento de los sistemas de protección catódica con ánodos galvánicos o con corriente impresa, para proteger contra la corrosión exterior los sistemas de ductos de acero al carbono para recolección, distribución y transporte de hidrocarburos y sus derivados; así como en ductos con otros servicios, estructuras e instalaciones, tanto terrestres como marinas; costafuera y en ambiente marino como muelles, embarcaderos, monoboyas; entre otros pertenecientes a PEMEX. Esta NRF se debe aplicar para proteger instalaciones nuevas y/o existentes y debido a que no establece los requisitos que se deben aplicar, no se debe utilizar para tanques de almacenamiento. Esta Norma de Referencia NRF-047-PEMEX-2014 cancela y sustituye a la NRF-047-PEMEX-2007.

3.

CAMPO DE APLICACIÓN.

Esta NRF es de aplicación general y observancia obligatoria para la contratación de los servicios de especificación de materiales, instalación, puesta en operación, pruebas, evaluación, inspección y mantenimiento, que se lleven a cabo en los centros de trabajo de PEMEX, por medio de Contratistas que ejecuten trabajos relacionados con el alcance de la misma. Por lo que se debe incluir en los procedimientos de contratación por Licitación Pública, Invitación a cuando menos tres personas o Adjudicación directa; como parte de los requisitos que deben cumplir los Licitantes o Contratista.

4.

ACTUALIZACIÓN.

Esta NRF se debe revisar y en su caso modificar al menos cada 5 años o antes si las sugerencias y recomendaciones de cambio lo ameritan. Las sugerencias para la revisión y actualización de esta NRF, se deben enviar al Secretario Técnico del Subcomité Técnico de Normalización de Petróleos Mexicanos, quien debe programar y realizar la actualización de acuerdo a la procedencia de las mismas y en su caso, inscribirla dentro del Programa Anual de Normalización de Petróleos Mexicanos, a través del Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios (CNPMOS).





Las propuestas y sugerencias de cambio se deben elaborar en el formato CNPMOS-001-A01 de la Guía CNPMOS-001, Revisión 1 y ser dirigidas por escrito al: Subcomité Técnico de Normalización de Petróleos Mexicanos. Avenida Marina Nacional N° 329, Piso 23, Torre Ejecutiva. Colonia Petróleos Mexicanos, C. P. 11311, México D. F. Teléfono directo: (55)1944-9793; Conmutador: (55)1944-2500 extensión: 54781. Correo electrónico: [email protected].

5.

REFERENCIAS.

5.1

NOM-001-SEDE-2012 Instalaciones Eléctricas (utilización).

5.2

NOM-007-SECRE-2010 Transporte de Gas Natural.

5.3

NOM-008-SCFI-2002 Sistema General de Unidades de Medida.

5.4 NOM-027-SESH-2010 Administración de la integridad de ductos de recolección y transporte de hidrocarburos. 5.5 NOM-029-STPS-2011 Mantenimiento de las instalaciones eléctricas en los centros de trabajoCondiciones de seguridad. 5.6 ISO 13174:2012 Cathodic protection for harbor installations (Protección catódica para las instalaciones portuarias). 5.7 ISO 13623:2009 Petroleum and Natural Gas Industries - Pipeline Transportation Systems Second Edition (Industrias del petróleo y gas natural-Sistemas de ductos de transporte Segunda Edición). 5.8 ISO 15589-1:2003 Petroleum and natural gas industries – Cathodic protection of pipeline transportation systems, Part 1: On-Land pipelines (Industrias del petróleo y gas natural – Protección catódica de sistemas de ductos de transporte, Parte 1: Terrestres). 5.9 ISO 15589-2:2012 Petroleum and natural gas industries – Cathodic protection of pipeline transportation systems, Part 2: Offshore Pipelines (Industrias del petróleo y gas natural – Protección catódica de sistemas de ductos de transporte, Parte 2: Ductos costafuera). 5.10

NRF-013-PEMEX-2009 Diseño de líneas submarinas en el Golfo de México.

5.11

NRF-014-PEMEX-2013 Inspección, evaluación y mantenimiento de ductos marinos.

5.12

NRF-020-PEMEX-2012 Calificación y certificación de Soldadores y Soldadura.

5.13 NRF-026-PEMEX-2008 Protección con recubrimientos anticorrosivos para tuberías enterradas y/o sumergidas. 5.14 NRF-030-PEMEX-2009 Diseño, construcción, inspección y mantenimiento de ductos terrestres para transporte y recolección de hidrocarburos.





5.15

NRF-048-PEMEX-2014 Diseño de instalaciones eléctricas.

5.16

NRF-070-PEMEX-2011 Sistemas de protección a tierra para instalaciones petroleras.

5.17

NRF-110-PEMEX-2010 Ánodos de magnesio.

5.18

NRF-126-PEMEX-2011 Ánodos de aluminio.

5.19

NRF-177-PEMEX-2007 Sistemas de protección del ducto ascendente en la zona de mareas y oleaje.

5.20

NRF-271-PEMEX-2011 Integración del libro de proyecto para entrega de obras y servicios.

5.21 NRF-295-PEMEX-2013 Sistemas de recubrimientos anticorrosivos para instalaciones superficiales de plataformas marinas de PEMEX-Exploración y Producción. 5.22

NRF-297-PEMEX-2012 Junta aislante tipo monoblock.

6.

DEFINICIONES.

Para los propósitos de esta NRF, se establecen las definiciones siguientes: 6.1

Ánodo: Electrodo positivo de una celda electroquímica donde se produce la reacción de oxidación.

6.2 Ánodo galvánico o de sacrificio: Metal aleado que proporciona protección a otro metal que es menos negativo en la serie electroquímica que éste, cuando ambos están conectados eléctricamente e inmersos en un electrolito común. Este tipo de ánodo es la fuente de electrones en protección catódica. 6.3 Ánodo inerte: Electrodo auxiliar metálico o de grafito que forma parte del circuito de protección catódica, que se conecta a la terminal positiva de una fuente externa de corriente eléctrica directa. Es inerte porque en él se realiza la oxidación generada por el electrolito y por esta razón, su velocidad de corrosión es prácticamente despreciable. 6.4 Caída IR: Tensión generada por una corriente aplicada entre dos puntos de una estructura metálica o gradiente de potencial originado en un electrolito, medido entre un electrodo de referencia y el metal de un ducto o estructura, conforme con la ley de Ohm (V=IR). 6.5 Cátodo: Electrodo de una celda electroquímica, donde la principal reacción que ocurre es la de reducción. 6.6 Corriente de protección: Intensidad de corriente directa, necesaria para obtener los valores de potenciales catódicos de protección de una estructura metálica enterrada o sumergida. 6.7 Corrosión: Deterioro de un material, para esta NRF usualmente un metal, como resultado de una reacción química o electroquímica con su entorno. 6.8 Densidad de corriente: Corriente eléctrica directa que fluye por unidad de área de superficie de un electrodo, expresada usualmente en miliampere por unidad de área.





6.9 Ducto ascendente: Tramo de un ducto que conecta la trampa de diablos o tubería de cubierta con la curva de expansión, conforme con la Figura 2 de la NRF-013-PEMEX-2009. 6.10 Duques de atraque: Estructuras relativamente pequeñas para soportar el impacto de un buque durante el proceso de atraque y desatraque. 6.11 Duques de amarre: Estructuras libres que están inmediatamente adyacentes a la plataforma de un muelle, utilizadas para proteger a la estructura principal de daños causados durante las operaciones de atraque absorbiendo parte del impacto causado por el buque que llega al muelle. 6.12 Electrodo: Conductor que se utiliza para establecer contacto con un electrolito y a través del cual la corriente se conduce hacia o desde dicho electrolito. 6.13 Electrodo de referencia: Metal aleado en el que su potencial de circuito abierto es constante a condiciones similares de medición, el cual se utiliza para medir potenciales correlativos de otros electrodos. 6.14 Electrolito: Sustancia química que contiene iones que migran en presencia de un campo eléctrico. Se refiere al suelo, subsuelo y/o agua en contacto con un ducto metálico enterrado o sumergido. 6.15 Factor de daño del recubrimiento (ƒc): Cociente que resulta de dividir la relación de la densidad de corriente requerida para polarizar una superficie metálica de acero recubierta, entre la densidad de corriente de la superficie metálica del acero desnudo. 6.16 Factor de utilización: Fracción de la masa del material anódico de un ánodo galvánico que se puede consumir antes de que el ánodo disminuya su corriente de salida mínima requerida para protección. 6.17 Fuente externa de corriente: Dispositivo o equipo, comúnmente un rectificador, para imprimir corriente eléctrica continua, necesaria para la protección de una estructura o ductos metálicos. 6.18 Masa neta total: Cantidad de material de los ánodos, requerida para suministrar la corriente necesaria que se demanda para la protección catódica de estructuras y/o ductos metálicos. 6.19 Polarización: Cambio de potencial ducto o estructura-electrolito resultado del flujo de corriente a través de la interfase electrodo-electrólito. 6.20 Potencial de encendido: Potencial estructura-electrolito y/o ducto-electrolito, que se mide cuando el sistema de protección catódica opera con la corriente circulando. 6.21 Potencial instantáneo de apagado: Potencial de un ducto o estructura-electrolito que se mide inmediatamente después de la interrupción simultánea de todas las fuentes de corriente de protección catódica, con objeto de tener una medición del potencial real de protección, libre de caídas IR. 6.22 Potencial natural: Valor de potencial de una superficie que se corroe en un electrolito con respecto a un electrodo de referencia en condiciones de circuito abierto. 6.23 Poste de señalamiento y registro: Señal de la trayectoria, localización del ducto y para medir el potencial tubo-suelo de la estructura con respecto al electrolito que lo rodea. 6.24 Punto de drenaje de corriente: Conexión de los dispositivos anódicos para drenar corriente al ducto o estructura a proteger en los sistemas de corriente impresa y/o ánodos galvánicos.





6.25 Potencial estructura-electrolito: Diferencia de tensión entre una estructura metálica enterrada o sumergida y un electrodo de referencia en contacto con el electrolito. 6.26 Potencial libre de IR: Medición del potencial estructura electrolito medido sin error de voltaje causado por la caída IR de la corriente de protección o cualquier otra corriente. 6.27 Sistema de protección catódica: Conjunto de elementos relacionados entre sí para aplicar la técnica de protección catódica, reducir y controlar los efectos de la corrosión, cuyos componentes son: fuente de corriente directa, ánodo, cátodo, electrolito y conductor eléctrico. 6.28 Potencial polarizado: Potencial a través de la interfase estructura–electrolito que suma el efecto del potencial de corrosión y la polarización catódica. 6.29 Shunt: Resistencia eléctrica de valor conocido expresada en ohms (:), que se utiliza para determinar mediante la ley de Ohm, la intensidad y sentido de la corriente que fluye a través de este elemento. 6.30 Relleno del ánodo: Material que que se coloca llenar el espacio en la excavación entre el ánodo y el electrolito, que reduce la resistencia de contacto entre ambos, mejora el drenaje de corriente y el desempeño del dispositivo. 6.31 Resistividad: Resistencia eléctrica por unidad de longitud, específica de un electrolito como un terreno, laguna, pantano, río, agua salobre, dulce o de mar, entre otros. Se expresa en -cm. 6.32 Soldadura por aluminotermia: Material de aporte que utiliza la reacción exotérmica entre el óxido de hierro y el aluminio que se aplica para soldar conductores eléctricos a estructuras metálicas. Para definiciones aplicables que complementan esta NRF se debe referir a la NOM-007-SECRE-2010, NRF013-PEMEX-2009, NRF-030-PEMEX-2009, NRF-297-PEMEX-2012, ISO 15589-1:2003 e ISO 15589-2:2012.

7.

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS.

Para los efectos de esta NRF con relación a símbolos y abreviaturas de las unidades de medida, se debe aplicar lo que establece la NOM-008-SCFI-2002 y los siguientes: ACVG Alternating Current Voltage Gradient (Gradiente de voltaje de corriente alterna). Ag/AgCl Plata/Cloruro de Plata. ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales). AWG American Wire Gauge (Calibre de Cable Americano). CIS Close Interval Survey (Inspección de potenciales a intervalos cercanos). c.d. Corriente directa. c.c. Corriente continua.





CNPMOS Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. Cu/CuSO4 Cobre/Sulfato de Cobre saturado. DCVG Direct Current Voltage Gradient (Gradiente de voltaje de corriente directa). DDV Derecho de vía. DOF Diario Oficial de la Federación. HMWPE High Molecular Weight Polyethylene (Polietileno de alto peso molecular). ISO International Organization for Standardization (Organización Internacional para la Estandarización). LFMN Ley Federal sobre Metrología y Normalización. NACE National Association of Corrosion Engineers (Asociación Nacional de Ingenieros en Corrosión). NRF Norma de Referencia. N. T. N. Nivel de Terreno Natural. OFF Apagado. ON Encendido. PEMEX Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. PVC Policloruro de Vinilo. THW Thermoplastic Heat and Water Resistant (Aislamiento termoplástico resistente al calor y a la humedad). UTM Universal Transverse Mercator (Proyección Universal Transversal de Mercator). U Resistividad en : - cm. 8.

DESARROLLO.

Todos los sistemas de recolección, distribución y transporte de ductos de acero al carbono; terrestres y marinos, así como estructuras e instalaciones terrestres y marinas, costafuera y costeras en ambiente marino, existentes y nuevas antes de operar, se deben proteger contra la corrosión externa mediante, sistemas de protección catódica que deben cumplir los requisitos establecidos en esta NRF.


Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios 8.1



Memoria de cálculo y estudios de campo.

El Contratista debe elaborar y entregar a PEMEX, todas las memorias de cálculo y estudios de campo tales como resistividad y pruebas de requerimiento de corriente para ductos terrestres, entre otros; que se generen como resultado de cumplir los requisitos establecidos en esta NRF y las adicionales que puedan ser específicamente requeridas por el área usuaria de PEMEX en las bases del procedimiento de contratación y contrato, tanto para sistemas de protección catódica nuevos o existentes, así como para integración de ductos nuevos a sistemas de protección catódica en operación. 8.2

Información que debe entregar PEMEX.

Toda la información disponible para realizar los servicios de diseño, instalación, puesta en operación, pruebas, evaluación, inspección y/o mantenimiento de los sistemas de protección catódica motivo de esta NRF, conforme con las bases del procedimiento de contratación y contrato, en las que PEMEX puede establecer la información que no entrega por no estar disponible y que debe desarrollar el Contratista como parte de los servicios que debe realizar, como la siguiente entre otra. a)

Condiciones de operación del ducto.

b)

Dimensiones del ducto a proteger.

c)

Dimensiones y configuración de la estructura a proteger.

d) Vida útil de diseño del sistema de protección catódica y en caso de aplicar para ductos marinos, conforme con 8.4.2.3.2 de esta NRF, el por ciento de área desnuda estimada para efectos de diseño. e)

Tipo de sistema de protección catódica por diseñar y/o existente.

f)

Tipo de electrolito o medio de exposición del ducto o estructura.

g)

Tipo, material y normativa a cumplir para los ánodos.

h)

Localización, trayectoria y condiciones conocidas del DDV.

i)

Tipo de fuente de corriente para sistemas que las utilicen.

j)

Localización de estructuras existentes que puedan influir en el sistema de protección catódica.

k)

Ubicación de sitios para abastecimiento de energía eléctrica.

l)

Perfil de resistividad del electrolito.

m)

Tipo y especificación del recubrimiento del ducto o estructura.

n)

Tipo, cantidad y localización de fuentes de corriente existentes.

o)

Cantidad y localización de camas anódicas existentes.

p)

Aquella información adicional que se incluya en las bases del procedimiento de contratación.





Información que debe entregar el Contratista.

Se debe cumplir con la entrega de toda la información establecida en esta NRF, en el procedimiento de contratación y contrato. Los planos a que se aluden en el Anexo 12.17 de esta NRF, deben cumplir los requisitos establecidos en la NRF-271-PEMEX-2011, incluidos los planos de diseño, la versión de los planos de cómo quedó construido “Asbuilt”, así como la actualización de los mismos en caso de modificación, rehabilitación y/o modernización del sistema de protección catódica. También se debe entregar un listado en el que se indique que se ha verificado la observancia de todos y cada uno de los requisitos establecidos en esta NRF, en hojas oficiales de la compañía y la respectiva rubrica de su Superintendente de construcción. La que PEMEX indique desarrollar en el procedimiento de contratación y/o contrato conforme a los alcances del servicio contratado. 8.4

Requerimientos del servicio.

8.4.1

Tipos de sistemas de protección catódica.

Los tipos de sistemas de protección catódica que se deben utilizar de forma individual o combinados, según se establece en el procedimiento de contratación y contrato, son los siguientes: 8.4.1.1 Corriente impresa. Este tipo se debe integrar como mínimo con una fuente externa de c.d. o rectificador y un ánodo o grupo de ánodos inertes que integran la(s) cama(s) anódica(s) que se deben colocar a una distancia determinada por el diseño del sistema de protección catódica, en el cual la corriente debe fluir de la cama anódica al área del ducto sujeta a la protección o estructura a proteger incluida en el diseño. 8.4.1.2 Ánodos galvánicos o de sacrificio. Su masa es la fuente de corriente externa de protección que se activa espontáneamente cuando se conecta eléctricamente a la estructura por proteger toda vez que ésta es menos negativa en la serie electroquímica y se consume en función de la demanda de corriente, derivada del área expuesta y la resistividad del electrolito común. 8.4.2

Condiciones de diseño.

8.4.2.1 Requisitos generales. Desde su diseño, todos los ductos terrestres de acero al carbono y las estrucuras que requieran protección catódica, deben incluir el diseño de un sistema de protección catódica para prevenir daños por corrosión desde el inicio de su construcción y en un plazo no mayor a un año posterior a concluir su construcción, el sistema de protección catódica debe esta totalmente instaldo y en condiciones de operar permanentemente Cuando se trate de ductos nuevos que se incorporen a DDV existentes, se deben establecer las previsiones desde el diseño, para lograr la protección catódica desde el inicio de la construcción y su integración final al sistema de protección catódica existente a base de corriente impresa. Para el caso de ducto acero al carbono que sean sumergidos, el sistema de protección catódica se debe instalar simultaneamente a su tendido.





8.4.2.1.1 Recubrimiento anticorrosivo. Las estructuras metálicas enterradas o sumergidas nuevas o existentes con protección catódica, a excepción de las subestructuras de las plataformas marinas, se deben proteger con un sistema de recubrimientos anticorrosivos con propiedades dieléctricas que se debe complementar con el sistema de protección catódica y cumplir los requisitos que establece la NRF-026PEMEX-2008. Los ductos ascendentes y la subestructura de las plataformas marinas en la zona de mareas y oleajes, se deben proteger con un sistema que debe cumplir con los requisitos establecidos en la NRF-177-PEMEX-2007 y/o un sistema de recubrimientos anticorrosivos que debe cumplir los requisitos que establece NRF-295PEMEX-2013. 8.4.2.1.2 Aislamiento eléctrico. Los ductos y estructuras metálicas a proteger, subterráneas y/o sumergidas, se deben aislar con un dispositivo para evitar la continuidad eléctrica en ductos, mediante la instalación de componentes aislantes para seccionar eléctricamente el área que se debe proteger de cualquier otra estructura metálica que no esté incluida en el diseño, estos dispositivos deben ser la limitante del área a proteger y se deben incluir en el diseño del sistema de protección catódica, como puede ser en ductos una junta aislante conforme con los numerales 8.4.2.1.6 y 8.4.4.3.9 de esta NRF. Cuando se imposibilite la instalación de los aislamientos eléctrico, se debe hacer la previsiones de diseño del sistema de protección catódica para que suministre la corriente adicional que dicha situación representa. Estos aislamientos eléctricos se deben instalar en los siguientes casos y donde se establecen por diseño del sistema de protección catódica: a)

Válvulas de descarga de amarre al pozo y en cabezal de recolección de llegada a batería.

b)

Origen de ramales.

c)

Entrada y salida de ductos en estaciones de medición, regulación de presión y/o de compresión.

d)

Uniones de metales disímiles para proteger contra la corrosión galvánica.

e)

Origen y destino del sistema de ductos que se deseen proteger.

f)

Unión de un ducto con un sistema de recubrimientos con otro ducto sin protección anticorrosiva.

g)

Estaciones de bombeo y rebombeo.

h)

Entre ductos catódicamente protegidos e instalaciones no protegidas catódicamente.

i)

Entre estructuras catódicamente protegidas con estructuras desprotegidas o equipos aterrizados.





8.4.2.1.3 Criterios para protección catódica. Para proteger catódicamente ductos y/o estructuras de acero al carbono enterradas o sumergidas, se debe cumplir como mínimo con uno de los siguientes criterios: a) Ductos o estructuras en general enterrados o lacustres. Un potencial estructura–electrólito o medio corrosivo midido en la superficie del terreno, cuyo valor debe ser igual o más negativo que -0,850 V y no más negativo que -1,200 V para evitar daños al recubrimiento. Este potencial se debe medir con respecto a un electrodo de referencia de Cu/CuSO4, con el sistema de protección catódica encendido y la corriente eléctrica circulando en el circuito, para minimizar la caída IR el electrodo de referencia se debe colocar lo más cerca posible del ducto. Para hacer una interpretación válida de esta medición de potencial y debido a que las IR hacen más positivo o menos negativo el potencial, se debe sumar el valor absoluto de IR al potencial negativo medido con el sistema de protección operando. Estas caídas IR se deben determinar a partir del levantamiento de potenciales a intervalos cercanos (CIS) citado en 8.4.4.3.10 y que se establece en 8.4.5.1.5, ambos numerales de esta NRF. En la determinación de las caídas IR, se debe incluir además de los potenciales a intervalos cercanos, un análisis del desempeño histórico del sistema de protección catódica y evaluar las características físicas y eléctricas del ducto o estructura y del electrolito o medio circundante. Tal interpretación válida solo se debe aplicar a sistemas de protección catódica a base de corriente impresa y no se debe utilizar en sistemas de protección catódica con ánodos galvánicos o sistemas combinados de corriente impresa y ánodos galvánicos, debido a la imposibilidad de interrumpir simultáneamente todas las fuentes externas de corriente de protección catódica proveniente de los ánodos, excepto con el CIS. b) Ductos o estructuras con ánodos galvánicos de aluminio. Un potencial estructura–electrólito o medio corrosivo cuyo valor debe ser igual o más negativo que -0,800 V cuando están inmersas en agua de mar o un valor igual o más negativo que -0,900 V cuando están enterradas en el lecho marino con actividad de Bacterias Sulfato Reductoras (BSR) y/o temperaturas mayores de 60°C y en ambos casos, no más negativo que -1,100 V para evitar daños al recubrimiento. Este potencial se debe medir con respecto a un electrodo de referencia de Ag/AgCl en agua de mar, los valores que se establecen se determinaron en agua de mar con una resistividad de 30 -cm. c) Ductos o estructuras en suelo anaerobio en presencia de Bacterias Sulfato Reductoras (BSR) y/o de otro tipo asociado a corrosión. Un potencial estructura–electrólito o medio corrosivo, con valor igual o más negativo que -0,950 V y no más negativo que -1,200 V para evitar daños al recubrimiento. Este potencial se debe medir con respecto a un electrodo de referencia de Cu/CuSO4, con el sistema de protección catódica en operación y la corriente eléctrica circulando en el circuito. Para minimizar la caída IR, el electrodo de referencia se debe colocar lo más cerca posible del ducto. Para una interpretación válida de esta medición de potencial se deben incluir las caídas de potencial IR, diferentes a las de la interfase metal–electrolito, como se establece en el inciso a) de 8.4.2.1.3 de esta NRF y aplicar igualmente, solo a sistemas de protección catódica a base de corriente impresa. d) Ductos o estructuras en suelos de alta resistividad. Un potencial estructura–electrólito o medio corrosivo, determinado en función de la resistividad del electrolito dónde se ubican, conforme con los siguientes valores: Potencial (V) ( ) vs electrodo Cu/CuSO4 g g q - 0,750 Igual o más negativo que Igual Ig gual o más negativo nega g tivo que – 0,650 Fuente: Numeral 5.3.2.1 de ISO 15589-1:2003.


Resistividad del suelo (U) (U) en -m (-cm) ( ) ( 000 ) < U < 1 000 ((100 000)) 100 (10 U t 1 000 (100 (100 000))




Para una interpretación válida de esta medición de potencial se deben incluir las caídas de potencial IR, diferentes a las de la interfase metal–electrolito, como se establece en el inciso a) de 8.4.2.1.3 de esta NRF y aplicar igualmente, solo a sistemas de protección catódica a base de corriente impresa. El informe del perfil de potenciales obtenido, debe referir siempre la resistividad del electrolito donde se localiza el ducto o estructura. e) Cambio mínimo de 0,100 V en el potencial de ductos o estructuras, más negativo que el valor de potencial estructura–electrolito medido sin protección catódica (OFF). Este cambio de potencial se debe medir de manera inmediata al apagar el sistema de protección catódica ya que corresponde a la diferencia entre el valor de potencial que se mide con el sistema de protección catódica apagado instantáneamente o “instant OFF” y el valor de potencial natural que se mide manteniendo el sistema de protección catódica apagado (OFF), ambos con un electrodo de referencia de Cu/CuSO4. El potencial OFF se debe determinar al interrumpir la corriente eléctrica de protección y medir el abatimiento de la polarización conforme con lo que se establece en el Anexo 12.18 de esta NRF. Este criterio de protección de un cambio de 0,100 V en el potencial de ductos o estructuras, no se debe utilizar en ductos o estructuras que presenten alguna de las restricciones o condiciones siguientes: 1) Ductos con temperaturas altas de operación, en suelos que contengan BSR, con corrientes de interferencia, con corrientes de compensación o telúricas. Las condiciones se deben caracterizar previamente al uso del criterio. Tampoco se debe utilizar el criterio en el caso de ductos conectados a componentes de materiales diferentes al acero al carbono o ductos con segmentos de materiales distintos al acero al carbono. 2) Ductos con corrosión que presente agrietamiento por estrés debido a un alto pH en un rango de potenciales que va de -0,650 V a -0,750 V, esto se debe evitar cuando se utilicen potenciales de protección más positivos que -0,850 V. 3) Se debe cuidar el uso de todos los criterios de protección en situaciones donde el ducto tenga continuidad eléctrica con componentes fabricados con metales más nobles que el acero al carbón tales como el cobre en sistemas de tierra. 4) Ductos que operan a temperaturas mayores de 40°C, valores más positivos que -0,850 V no representan una eficiente protección, en los que se deben verificar y aplicar otros criterios. 8.4.2.1.4 Requerimientos generales de diseño. Se debe seleccionar el tipo de sistema de protección catódica para cada caso en particular, de los que se establecen en 8.4.1 de esta NRF, que suministre la corriente eléctrica demandada para polarizar los ductos o estructuras a proteger, a fin de cumplir con al menos uno de los criterios que se establecen en el numeral 8.4.2.1.3 de esta NRF, así como distribuir uniformemente dicha corriente en la totalidad de la longitud del ducto o en la totalidad del área de la estructura por proteger, evitar la posibilidad de ser interferido ni de interferir otras estructuras metálicas existentes y sin propiciar daños en el sistema de recubrimiento anticorrosivo dieléctrico que debe cumplir con lo que se establece en el numeral 8.4.2.1.1 de esta NRF. El diseño del sistema de protección se debe realizar en función de la vida útil de la instalación e incluir las interconexiones con otros ductos o arreglos de ductos y estructuras, que se encuentren compartiendo el mismo electrolito y conectados eléctricamente a la instalación a proteger. El diseño del sistema de protección catódica de ductos terrestres y marinos debe prever en todos los casos la protección del ducto desde el inicio de su construcción.





Los sistemas de protección catódica para ductos terrestres que utilicen ánodos galvánicos, se deben diseñar con ánodos de magnesio, los cuales deben cumplir los requisitos que establece la NRF-110-PEMEX-2010. Los sistemas de protección catódica para subestructuras y ductos marinos, se deben diseñar con ánodos de Aluminio, los cuales deben cumplir los requisitos que establece la NRF-126-PEMEX-2011. Los sistemas de protección catódica que utilicen ánodos galvánicos para ductos terrestres en zonas lacustres y pantanosas, con agua no salobre o de mar, se deben diseñar con ánodos de zinc, los cuales deben cumplir los requisitos que establece esta NRF. Los sistemas de protección catódica para ductos en zonas lacustres y pantanosas o marinas que utilicen ánodos galvánicos, deben cumplir los requisitos que se establecen en los numerales 8.4.2.2.6 y 8.4.3 de esta NRF. 8.4.2.1.5 Información mínima para el diseño del sistema de protección catódica en ductos terrestres, lacustres y ductos marinos. El diseño de ductos marinos no requieren la información a que se refieren los siguientes incisos f, h, j, l, m, r, u, v, w, y. a) Planos de trazo y perfil o planos de alineamiento con el sistema de coordenadas “Universal Transverse Mercator” (UTM), con el DATUM WGS84, para su geoposicionamiento satelital. b)

Fecha de construcción.

c)

Especificaciones del ducto, conexiones y otros accesorios.

d)

Tipo y calidad del recubrimiento anticorrosivo dieléctrico.

e)

Instalaciones adyacentes, cruces entre ductos e interconexiones.

f)

Cruces encamisados.

g)

Aislamientos eléctricos.

h)

Puenteos eléctricos entre ductos, si aplica.

i)

Requisitos de seguridad.

j)

Cruzamientos con vías terrestres y fluviales.

k)

Temperatura de operación del ducto.

l)

Sistemas de protección catódica existentes o propuestos.

m)

Posibles fuentes de interferencia.

n)

Condiciones especiales del ambiente que puedan tener efectos en el sistema de protección catódica.

o)

Vida útil del ducto.




NRF-047-PEMEX-2014

p)

Estructuras metálicas enterradas vecinas.

q)

Accesibilidad a las áreas de trabajo.

r)

Disponibilidad de energía eléctrica.

s)

Factibilidad de aislamiento eléctrico de las estructuras vecinas.

t)

Corrientes de agua.

u)

Uso y ocupación del suelo.

v)

Pruebas de requerimiento de corriente y número total de puntos de drenaje.

w)

Perfil de resistividad del electrolito.

x)

Estadística de fallas del ducto.

y)

Perfil de potenciales estructura-electrolito.

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z) Análisis físico-químico y microbiológico del electrolito con los parámetros requeridos en los procedimientos de diseño establecidos en esta NRF. 8.4.2.1.6 Juntas aislantes. Deben cumplir con los requisitos que establece la NRF-297-PEMEX-2012 y su instalación conforme con lo establecido en 8.4.2.1.2 de esta NRF. 8.4.2.1.7 Planos de diseño. La versión de “Aprobados para construcción” de los planos del sistema de protección catódica debe cumplir los requisitos que establece la NRF-271-PEMEX-2011 e incluir la especificación de los materiales empleados. Los planos que se deben elaborar y entregar son los que se establecen en el Anexo 12.17 de esta NRF e incluir como mínimo, lo siguiente: a) Datos del ducto por proteger como diámetro, espesor, tipo de acero, servicio, longitud, estructuras vecinas enterradas o sumergidas, aislamiento eléctrico, espesor y tipo recubrimiento, entre otros. b) Ubicación del sistema mediante posicionamiento en coordenadas UTM con el DATUM WGS84 para que se puedan ubicar en un sistema de localización satelital; que incluya casetas, camas anódicas, postes de señalamiento, registro y conexiones. c)

Acceso a las instalaciones.

d)

Cable y soldadura.

e)

Número, tipo, peso, espaciamiento y profundidad de ánodos, si van empacados o no.

f)

Perfil de resistividad del terreno del DDV.

g)

Nombre del(los) propietario(s) del terreno donde se localiza el sistema de protección.





h)

Capacidad y tipo del rectificador o de la fuente externa de corriente empleada.

i)

Capacidad de la subestación eléctrica.

j)

Caseta de protección para el rectificador.

k)

Cantidad, tipo y ubicación de postes de señalamiento o amojonamiento y registro eléctrico.

8.4.2.1.8 Información mínima para diseñar sistemas de protección catódica de plataformas marinas. a)

Planos de la subestructura.

b)

Requerimientos de seguridad.

c)

Vida útil de la plataforma.

d)

Tirante de agua y altura de mareas y oleajes.

e)

Profundidad y resistividad del lecho marino, velocidad de corrientes y temperatura.

f)

Instalaciones vecinas, incluyendo ductos.

g)

Aislamiento eléctrico de otras estructuras metálicas con juntas aislantes o de otro tipo.

h)

Sistemas de protección catódica existentes o propuestos.

i)

Resistividad del agua.

j)

Identificación de eje o pierna de plataforma donde cada ducto ascendente debe arribar.

k)

Planos de los pilotes de la plataforma.

8.4.2.1.9 Muelles, embarcaderos y monoboyas. Deben tener continuidad eléctrica en todas las partes metálicas de la estructura a proteger. Para diseñar los sistemas de protección catódica en este tipo de instalaciones, se debe cumplir con lo que establece al respecto la ISO 13174:2012. Los parámetros mínimos que se deben incluir en el diseño de un sistema de protección catódica para muelles y embarcaderos son los siguientes: a) Definir tipo de sistema de protección catódica, que puede ser con ánodos galvánicos o a base de corriente impresa como los de los Anexos 12.19b y 12.20 respectivamente de esta NRF. b) Definir tipo de ánodos galvánicos, que pueden ser de zinc o aluminio para aplicaciones en inmersión de agua de mar o magnesio para aplicaciones terrestres. c) Definir tipo de ánodos para sistemas a base de corriente impresa incluidos en esta NRF, que pueden ser de grafito o ferro-silicio.





d) Se deben incluir en el diseño de protección catódica las demandas de corriente de los duques de atraque y duques de amarre. e) Área a proteger de los pilotes tanto la parte que se encuentra en la zona de mareas, sumergida y de la hincada en el suelo marino. f)

Establecer la continuidad eléctrica de la estructura.

g) Para efectos de diseño se deben utilizar los siguientes porcentajes de área desnuda iniciales por daño al recubrimiento conforme con el anexo A.3 de ISO 13174:2012. 1.

Zona de mareas 50%.

2.

Zona sumergida 45%.

3.

Zona de suelo 50%.

h)

Vida útil de diseño para 40 años.

Las monoboyas se deben proteger por medio de ánodos galvánicos, similar a la forma como se muestra en el típico del Anexo 12.19a de esta NRF y para el diseño del sistema se deben aplicar los siguientes criterios: 1.

El peso del material anódico, el cual no debe afectar la flotabilidad de la monoboya.

2. Incluir la protección catódica a la cadena vertical de anclaje por medio de los ánodos galvánicos instalados en la boya. 3. La cadena de la estructura de fondeo se debe proteger por medio de los ánodos especialmente fundidos que se adapten sobre eslabones individuales. La continuidad eléctrica se debe proporcionar por medio de cables galvanizados trenzados flojamente a través de los eslabones, que se conectan al cable cada 6 ó 7 eslabones. Se debe incluir un ánodo por cada 6 ó 7 eslabones. 4. Incluir previsiones por daños mecánicos al ánodo durante su instalación, montaje y operación de la monoboya. 8.4.2.2 Diseño de un sistema de protección catódica con ánodos galvánicos para ductos terrestres y lacustres. Debe incluir como mínimo los criterios siguientes: a) Seleccionar la aleación del material anódico a utilizar en función del medio de exposición, que puede ser el suelo, pantano, agua dulce o agua de mar. b)

Determinar el arreglo para instalar los ánodos.

c)

Incluir las propiedades electroquímicas y eficiencia que establece la Tabla 1 de esta NRF.

d) El Consumo de ánodos de Magnesio de alto potencial y Zinc debe ser el que se establece en el numeral 8.4.2.2.6 de esta NRF.





8.4.2.2.1 Vida útil. La vida útil de un ánodo depende tanto del material de aleación como de su peso. Los datos del comportamiento del ánodo se deben utilizar para calcular el valor probable de consumo. Para un ánodo con tamaño y masa propuestos, la entrega de corriente se debe calcular mediante la ecuación 1. I

Ec Ea ............................................................................................ (1) Ra

Donde: I= Corriente que entrega el ánodo, expresada en A. Ec= Potencial mínimo de protección, expresado en V, conforme con 8.4.2.1.3 de esta NRF. Ea= Potencial del ánodo a circuito cerrado que se establece en la Tabla 1 de esta NRF, expresado en V. Ra= Resistencia del ánodo, expresada en :, se debe calcular por medio de la ecuación 32 ó 33 de esta NRF. El tiempo de vida del ánodo galvánico, se debe determinar con la ecuación 2. V

CxP xR x

U .................................................................................... (2) I

Donde: V= Tiempo de vida, expresado en años. C= Capacidad de corriente teórica, expresada en A-año/kg. P= Peso del ánodo expresado en kilogramo. R= Eficiencia en por ciento, que se establece en la Tabla 1 de esta NRF. U= Factor de utilización igual a 0.85. I= Corriente que entrega el ánodo, expresada en A. Material anódico

Capacidad corriente teórica (A-año/kg)

Zinc ((Zn)) Aluminio ((Al)) Magnesio (Mg)

0,094 , 0,340 0,251

Tabla 1


Eficiencia ( % ) 95 90 50

Potencial a circuito cerrado (V) -1,1 contra Cu/CuSO4 -1,03 contra Ag/AgCl -1,78 contra Cu/CuSO4

Propiedades electroquímicas de ánodos galvánicos.




8.4.2.2.2 Corriente de diseño para ductos enterrados o sumergidos. 8.4.2.2.2.1 Cálculo de la corriente requerida para protección. Para ductos nuevos, la demanda total de corriente (Itot) se debe determinar en función de los parámetros de diseño y/o a partir de experiencia previa con sistemas similares, mediante la ecuación 3. Itot

J x fc x 2 x x r x L ............................................................................. (3)

Donde: Itot= Demanda total de corriente total, expresada en mA. J= Densidad de corriente eléctrica para acero al carbono desnudo, expresada en mA/m2. fc= Factor de daño del recubrimiento que incluye los efectos del recubrimiento de fábrica y el recubrimiento compatible para juntas de campo, expresado como adimensional. r= Radio exterior del ducto, expresado en m. L= Longitud que se debe proteger del ducto, expresada en m. J x fc= Producto del efecto combinado de la densidad de corriente de diseño y el factor de daño del recubrimiento, cuyos valores establecen la Tabla 2 de esta NRF. S= Constante adimensional= 3,1416. 8.4.2.2.2.2 Densidades de corriente y factor de daño del recubrimiento. Propiedades que tienen una dependencia directa, por lo que su efecto combinado como producto “Jfc”, se establece en los valores contenidos en la Tabla 2 de esta NRF. Tipo de recubrimiento

Vida de diseño de 10 años

Producto Jfc Vida de diseño de 20 años

Vida de diseño de 30 años

Asfalto, 0,4 0,6 0,8 esmalte de alquitrán q o cinta aplicada p en frío Epóxico adherido por fusión (Fusion-Bonded Epoxy FBE) 0,4 0,9 o 0,6 epóxico p líquido q Tricapa Epoxi-Polietileno (incluye primario FBE) – polietileno (PE) o 0,08 0,1 0,4 p epóx p – polipropileno p p p (PP) ( ) tricapa - Para una vida de diseño mayor a 30 años, se deben utilizar factores mayores a los incluidos en esta tabla. - Se deben minimizar los daños al recubrimiento durante la construcción y operación del ducto. o - Para ductos con temperatura de operación mayor a 30 C, los valores de densidad de corriente se deben incrementar un o 25%, por cada 10 C de incremento a dicha temperatura. - Los requerimientos de corriente dependen también del contenido de oxígeno y resistividad del suelo, por lo que se deben determinar mediante pr pruebas p uebas de campo. campo p . Los valores para calcular la demanda de corriente total Itot aquí contenidos, están conforme con el numeral 5.8 de ISO 15589-1:2003.

Tabla 2 Producto Jfc para acero al carbono con diferente recubrimiento, que se debe utilizar para diseñar sistemas de protección catódica para temperaturas de operación igual o menor a 30 oC.





8.4.2.2.5 Cálculo de la masa anódica total requerida. Para calcular la masa anódica requerida, inicialmente se debe definir su geometría y dimensiones y seleccionar el material a utilizar para el diseño del sistema de protección catódica conforme con la Tabla 3 de esta NRF.

W

Itot x DR x DL ...................................................................................... (4)

Donde: W= Masa anódica total requerida para una sección específica del ducto, expresada en kg. Itot= Corriente requerida para protección, e debe calcular con la ecuación 3 o través de pruebas de requerimiento de corriente y se expresa en A. DR= Consumo del ánodo que se establece en la Tabla 3 de 8.4.2.2.6 de esta NRF, expresado en kg/A-año. DL = Vida de diseño del sistema, expresada en años. 8.4.2.2.6 Consumo de ánodos. Consumo de ánodos

Material anódico

g kg/A-año 7,9 3,1 , 11,8

Magnesio (Mg) Aluminio (Al) ( ) Zinc ((Zn) Zn))

Tabla 3

lb/A-año 17,4 6,8 , 26

Consumo de ánodos para calcular la masa anódica.

8.4.2.2.7 Cálculo del número de ánodos requeridos. n

W ............................................................................................... (5) WA

Donde: n= Número de ánodos requeridos. W= Peso de masa anódica total requerida, expresada en kg. WA= Peso de cada ánodo, expresado en kg. El número de ánodos que se determina mediante la ecuación 5, se debe instalar individualmente en cada punto de drenaje de corriente y su espaciamiento se debe calcular con la ecuación 6. No se deben utilizar camas anódicas, de más de un ánodo, en las estructuras metálicas de plataformas o ductos marinos, debido a que se concentra el drenaje de la corriente de protección y en caso de pérdida de la conexión eléctrica, la estructura metálica puede quedar sin protección catódica en toda el área incluida en el cálculo de diseño.





8.4.2.2.8 Espaciamiento entre ánodos. S

L ................................................................................................... (6) n

Donde: S= Espaciamiento entre ánodos, expresado en m. L= Longitud que se debe proteger del ducto, expresada en m. n= número de ánodos requeridos. 8.4.2.2.9 Espaciamiento máximo entre ánodos: Sin excepción la distancia se debe calcular mediante la ecuación 6 y debe ser menor a la separación máxima en función del diámetro del ducto, que se establece a continuación en este numeral, en caso contrario se deben utilizar las siguientes: Ductos terrestres y lacustres

0,304 m ó 12 in de Diámetro Nominal (DN) y menores Mayo y res a 0,304 m ó 12 in de Diámetro Nominal (D ((DN) N)) Mayores

152,4 metros 304,8 metros

8.4.2.2.10 Distribución de ánodos. La cantidad calculada de ánodos de sacrificio requeridos para un ducto conforme con 8.4.2.2.7, se debe distribuir uniformemente en su longitud total sin exceder la separación máxima que se establece en 8.4.2.2.9 de esta NRF. 8.4.2.2.11 Separación entre la estructura por proteger y los ánodos. La separación mínima y alcance máximo de protección, se debe establecer por diseño del sistema de protección catódica en función del tipo de ánodo, su configuración, pruebas de requerimiento de corriente, resistividad del terreno, entre otros aspectos para cumplir con alguno de los criterios de protección catódica establecido en 8.4.2.1.3 de esta NRF. 8.4.2.3 Sistema de protección catódica de ductos marinos con ánodos galvánicos. Se debe diseñar con ánodos de Aluminio o Zinc, cumplir con la composición química y propiedades electroquímicas establecidas en la NRF-126-PEMEX-2011 para Aluminio y esta NRF para Zinc, así como con lo siguiente: 8.4.2.3.1 Área exterior superficial del ducto a proteger. Se debe calcular el área de la superficie exterior del ducto a proteger. El diseño del sistema de protección catódica debe incluir interconexiones submarinas, ductos ascendentes, curvas de expansión que se encuentren sumergidos y en general toda estructura metálica conectada eléctricamente al ducto por proteger. 8.4.2.3.2 Cálculo de la corriente requerida para protección. La demanda de corriente total se debe determinar en función de tres valores de densidad de corriente que se demanda a una condición inicial, media y final. Los cuales corresponden respectivamente a la densidad de corriente requerida para poder polarizar un ducto en un periodo de tiempo de 1 a 2 meses como condición inicial, a la densidad de corriente necesaria para mantener la polarización del ducto como condición media y a la corriente necesaria para una eventual repolarización que pueda ser necesaria cerca del final de la vida útil del ducto como condición final. La demanda de corriente media (Icm) y la demanda de corriente final (Icf) se deben calcular por separado en función del área externa del ducto, utilizando las ecuaciones 7a y 7b, las cuales incluyen el tipo de recubrimiento para seleccionar el factor de daño.





Icm

A c x fc x ic ................................................................................... (7a)

Icf

A c x f f x i f ……….....………………………..……………………. (7b)

Donde: Icm= Demanda de corriente que circula en un circuito en una sección específica del ducto, expresada en A. Icf= Demanda de corriente final que circula en un circuito en una sección específica del ducto, expresada en A. Ac= Área total de la superficie de una sección específica del ducto, expresada en m². fc= factor de daño del recubrimiento para condiciones media ó final, se debe calcular con ecuaciones 8 y 9 de esta NRF, expresado como adimensional. ff= factor de daño del recubrimiento, calculado a condición final, expresado como adimensional. ic= Densidad de corriente para condición media, expresada en A/m². La demanda de corriente de un ducto se incrementa a medida que el recubrimiento se deteriora, degrada o desprende; por lo que el sistema de protección catódica debe suministrar la corriente necesaria para cumplir alguno de los criterios de protección catódica que se establecen en 8.4.2.1.3 de esta NRF, a medida que el recubrimiento se deteriora. Para prever lo anterior, se establece el concepto de factor de daño del recubrimiento (fc), que se define en el numeral 6.15 de esta NRF, el cual incluye la variación con que con respecto al tiempo, presenta la densidad de corriente de protección, debido al deterioro del recubrimiento. Cuando fc= 0 el recubrimiento aísla eléctricamente en un 100 por ciento la superficie. Cuando fc= 1, el recubrimiento no aísla eléctricamente la superficie y la demanda de corriente de protección es igual a la de una superficie de acero sin recubrimiento o desnuda. Para el diseño del sistema de protección catódica, los factores de daño a condición media del recubrimiento (fc) y final (ff), se deben calcular en función de la vida útil de diseño (tdl) del sistema. El factor de daño a condición media del recubrimiento fc, se debe calcular por medio de la ecuación 8.

fc

fi (0,5 x f x t dl ) .......................................................................... (8)

El factor de daño a condición final del recubrimiento ff, se debe calcular por medio de la ecuación 9.

ff

fi ( f x t dl ) ............................................................................. (9)

Donde: fc= Factor de daño del recubrimiento, calculado a condición media, expresado como adimensional.





ff= Factor de daño del recubrimiento, calculado a condición final, expresado como adimensional. fi= Factor de daño inicial en el recubrimiento a condición inicial, expresado como adimensional. f= Incremento promedio anual del factor de daño en el recubrimiento, expresado como adimensional. tdl= Vida de diseño del ducto, expresada en años. Los factores de daño del recubrimiento a condición media y final, se establecen en la Tabla 4 (fi y f), los que se deben utilizar para calcular la demanda de corriente del ducto recubierto, durante y al final de la vida de diseño, respectivamente. Los factores de daño establecidos en la Tabla 4 de esta NRF son valores mínimos, no hacen previsiones de daños mayores al recubrimiento que generalmente se presentan durante su aplicación, traslado o construcción del ducto por golpes con alguna estructura, entre otros. Si se conoce el grado de daño que puede presentar el recubrimiento, el factor de daño correspondiente se debe establecer en las bases de diseño como parte del procedimiento de contratación. En caso de que las bases de diseño no lo establezca, tales daños se deben prever mediante un incremento al factor de daño inicial (fi) hasta un 0.03 adicional. Tipo p de recubrimiento Epóxico p adherido por p fusión “Fusion-Bonded Epoxy p y FBE” o epóxico p líquido q -Polietileno extruido tricapa, incluye primario FBE, polietileno PE y polipropileno PP -Cintas o mangas g termocontráctiles Asfalto, esmalte de alqu alquitrán q itrán o cinta ap aplicada plicada en frío, entre otros tipo p de recubrimientos

Factor fi 0,020 ,

f 0,001 ,

0,005

0,0002

0,002

0,0001

Nota. Los factores de daño en el recubrimiento están referidos a ductos expuestos en agua de mar y tapados por el lecho marino.

Tabla 4

Factores de daño en recubrimientos anticorrosivos.

Los parámetros de la densidad de corriente de protección que se deben incluir son: a) Densidad de corriente para condición inicial. Corriente eléctrica inicial requerida para polarizar el ducto dentro de los dos primeros meses de operación del sistema de protección catódica. b) Densidad de corriente para condición media. Corriente necesaria para mantener la polarización del ducto durante su vida de diseño. c) Densidad de corriente para condición final. Corriente eléctrica necesaria para una eventual repolarización del ducto. Para seleccionar la densidad de corriente de diseño de las que establece la Tabla 5 de esta NRF, se deben utilizar los valores de temperatura de operación y condición de exposición del ducto. Para la zona de mareas y oleaje de ductos ascendentes, la densidad de corriente debe ser igual a la densidad de corriente del ducto marino como línea regular, más 0.01 A/m². o

Condición de exposición del ducto Sumergido g en agua g de mar Enterrado en lecho marino

Tabla 5


< 50 0,05 , 0,02

Temperatura p del ducto ( C)) 50 - 80 > 80 - 120 0,06 , 0,07 , 0,025 0,03

Densidad de corriente a condición media en A/m2.

> 120 0,13 , 0,04




Se debe suponer que el ducto ascendente esta solamente sumergido en agua de mar, excepto la zona de mareas y oleajes, así como que todo aquel ducto que esté instalado sobre el lecho marino. 8.4.2.3.3 Cálculo de la masa neta total anódica requerida. Para mantener la protección catódica por toda la vida de diseño, se debe calcular la masa neta total para cada sección del ducto, por medio de la ecuación 10.

W

Icm x t dl x 8760 ......................................................................... (10) ux

Donde: W= Masa anódica neta total requerida para una sección específica del ducto, expresada en kg. Icm= Demanda de corriente media para una sección específica del ducto, expresada en A. tdl= Vida de diseño, expresa en años. La protección catódica se debe diseñar para proteger durante todo el periodo de diseño de la instalación. u= Factor de utilización del ánodo. = Capacidad electroquímica del material del ánodo, expresada en A-h/kg. Para propósitos de diseño, los valores de este parámetro electroquímico se establecen en la Tabla 6 de esta NRF.

Tipo de ánodo

Aluminio a

Temperatura superficial a o del ánodo ( C) 30 30 - 60 b > 60 - 80

Inmerso en agua de mar Potencial del ánodo Capacidad electroquímica Ea Vs Ag/AgCl A·h/kgg en agua g de mar (mV) ( ) -1 050 2 500 -1 050 2 000 -1 000 900

Tapado por el lecho marino Potencial del ánodo Capacidad electroquímica Ea Vs Ag/AgCl A·h/kgg en agua g de mar ((mV)) -1 000 2 000 -1 000 850 -1 000 400

Notas: Para temperaturas entre los límites establecidos, la capacidad de corriente se debe interpolar. b o La superficie del ánodo no debe exceder 80 C a menos que su funcionamiento esté probado y documentado.

Tabla 6

Valores electroquímicos de diseño para ánodos galvánicos de Aluminio (Aleación de Aluminio-zinc-indio).

Los sistemas de protección con ánodos de brazalete del tipo media caña y de otro tipo, se deben diseñar en con base en un factor de utilización (u) mínimo de 0,80. 8.4.2.3.4 Cálculo del número de ánodos. Se debe calcular el número de ánodos y además sus dimensiones, su masa neta y cumplir con los requerimientos de corriente de protección del ducto en condiciones media y final. Las dimensiones y masa neta finales de ánodos individuales, se deben optimizar mediante cálculos reiterativos con la ecuación 11.

n


W .............................................................................................. (11) Wa




Donde: n= número de ánodos a ser instalados en una sección específica del ducto. W= Masa anódica requerida para una sección específica del ducto, expresada en kg. Wa= Masa neta individual del ánodo, expresada en kg. La cantidad calculada de ánodos de sacrificio requeridos para proteger un ducto conforme con este numeral 8.4.2.3.4, se debe distribuir uniformemente en su longitud total sin exceder en ningún caso, una separación máxima entre ánodos de 200 metros. La corriente de salida requerida de un ánodo al final de la vida de diseño If, se debe calcular con la ecuación 12. Se debe prever la disminución del espesor del ánodo para la condición final.

If

Icf .................................................................................................. (12) n

Donde: If = Corriente de salida de un ánodo requerida al final de la vida de diseño, expresada en A. Icf= Demanda total de corriente para proteger una sección específica del ducto al final de su vida de diseño, expresa en A. n= Número de ánodos que se deben instalar en una sección específica del ducto. Para un ánodo con tamaño y masa propuestos, la corriente de salida real de un ánodo al final de la vida de diseño Iaf, se debe calcular con la ecuación 13. Iaf

Ec Ea .......................................................................................... (13) Ra

Donde: Iaf= Corriente de salida de un ánodo al final de la vida de diseño, expresada en A. Ec – Ea= Diferencial del potencial, expresada en V. Ec= Potencial de protección permisible por diseño, expresado en V. Ea= Potencial del ánodo a circuito abierto, expresado en V. Ra= Resistencia del ánodo, expresada en .





8.4.2.3.4.1 Potencial de protección de diseño. Debe estar en el rango de -0,900 V a -1,100 V de c.d., con respecto a un electrodo de referencia de Ag/AgCl en un ambiente anaerobio circundante al ducto y como criterio de protección catódica el rango de -0,800 V a -1,100 V de c.d. con respecto a la celda de referencia de Ag/AgCl, para una estructura de acero al carbono enterrada o tapada por el lecho marino o sumergida en ausencia de bacterias anaeróbicas. El potencial del ánodo a circuito abierto (Ea) para propósitos de diseño con ánodos galvánicos de aluminio, se establece en la Tabla 6 de esta NRF en función de la temperatura y medio de operación de los ductos. El cálculo de la resistencia del ánodo en agua de mar al final de la vida de diseño se debe determinar en función del factor de utilización. Para proporcionar la demanda de corriente, la corriente de salida real del ánodo debe ser mayor o igual a la corriente de salida requerida conforme con la ecuación 14. Iaf t If .................................................................................................... (14)

8.4.2.3.5 Resistencia de un ánodo de brazalete. Está en función de su geometría original sin desgaste y la resistividad de agua de mar o lecho marino para ductos ahí alojados, se debe calcular mediante la ecuación 15. Ra

0,315 x A

...................................................................................... (15)

Donde: Ra= Resistencia del ánodo, expresada en . = Resistividad del agua de mar o lecho marino, expresada en -cm. A= Área de la superficie expuesta del ánodo, expresada en cm². En el diseño se deben utilizar los siguientes valores de resistividad del agua de mar y del lecho o suelo marino: a)

Resistividad del agua de mar: 17 -cm.

b)

Resistividad del lecho o suelo marino: 35 -cm.

8.4.2.3.6 Cálculo de la vida útil de los ánodos. Se debe calcular utilizando la ecuación 16 y verificar tal vida útil sea igual o mayor a la vida de diseño del ducto.

L

W xu .......................................................................................... (16) E x Icm

Donde: L= Vida útil de los ánodos, expresada en años. W= Masa neta de los ánodos, expresada en kg.





u= Factor de utilización del ánodo. E= Consumo del ánodo, expresado en kg/A-año, conforme con el numeral 8.4.2.2.6 de esta NRF. Icm= Demanda de corriente media, expresada en A. 8.4.2.4 Cálculo del sistema de protección catódica con ánodos galvánicos para la subestructura de una plataforma marina. Se deben aplicar los criterios contenidos en este numeral. 8.4.2.4.1 División de la subestructura. Se debe dividir en las siguientes zonas: a)

Sumergida en agua de mar en la que se debe incluir la zona de mareas y oleajes.

b)

Enterrada en el lecho o suelo marino.

8.4.2.4.2 Cálculo del área a proteger. Para cada una de las zonas en que se divide la subestructura, se debe realizar el cálculo de la superficie externa de los miembros tubulares que componen dichas zonas, en función de las longitudes a paños entre elementos tubulares y piernas o ejes de la subestructura. Asimismo, cualquier estructura sumergida que este o pueda estar en contacto eléctrico con la subestructura de la plataforma debe tener su propia protección catódica o se debe incluir en el área a proteger por el sistema de protección de la plataforma. 8.4.2.4.3 Demanda de corriente. Cantidad de corriente eléctrica de diseño que el sistema de protección catódica debe proporcionar para polarizar el área externa de los siguientes componentes, de la subestructura de las plataformas marinas entre otros: a)

Elementos tubulares sumergidos en el agua de mar.

b)

Pilotes, piernas y conductores localizados por debajo de la línea de lodos.

c)

El área desnuda parcial de las tuberías de revestimiento de los pozos.

d)

Tomas de agua de mar de bombas de contra incendio y servicios.

e)

Plantillas de pozos y placa base de la subestructura de la plataforma.

La Tabla 7 establece los valores de densidad de corriente que se deben utilizar en el diseño del sistema de protección catódica de los componentes antes mencionados, que integran la subestructura de las plataformas marinas, estos valores corresponden a la densidad de corriente para la condición inicial, media y final. 2

Lugar Golfo de México

Tabla 7

Densidad de corriente ((A/m ) Inicial Media Final 0,11 , 0,054 , 0,075 , 0,03 0,02 0,01

Condición En agua g de mar En lecho marino

Densidad de corriente expresada en A/m2 para diseñar el sistema de protección catódica de plataformas marinas.

Se debe incluir la corriente de diseño requerida por las tuberías de revestimiento de los pozos, localizadas por debajo de la línea de lodos. En valores típicos dentro del rango de 1,5 A a 5,0 A por pozo.





Se debe incluir la corriente adicional para los requerimientos de corriente de los pilotes localizados por debajo de la línea de lodos. En valores típicos dentro del rango de 1,5 A a 5,0 A por pilote. Los planos de ingeniería de la plataforma deben incluir la demanda de corriente de protección para las plantillas de los pozos y placas base de la plataforma marina. La demanda de corriente se debe calcular en función del área externa de cada componente de la subestructura y la densidad de corriente respectiva, establecida en la Tabla 7 de esta NRF. La demanda de corriente para cada una de las zonas de la subestructura se debe calcular mediante la ecuación 17. Ic

A c x fc x ic ....................................................................................... (17)

Donde: Ic= Demanda de corriente para cada una de las zonas de la subestructura, expresada en ampere (A). Ac= Área externa de cada una de las zonas de la subestructura, expresada en m². fc= Factor de daño del recubrimiento, solo para el caso de la zona de mareas y oleaje. ic= Densidad de corriente para la condición inicial, media y final, expresad en mA/m². Para el caso de la zona sumergida, se debe incluir la demanda de corriente del área externa de cada uno de los conductores de los pozos en contacto con el agua de mar. También se debe añadir el área sumergida de camisas de succión de bombas, atracaderos, defensas y abrazaderas de ductos ascendentes. 8.4.2.4.4 Selección de las características de los ánodos de galvánicos de Aluminio. Se deben seleccionar las características de un ánodo como su longitud, sección transversal, masa neta, capacidad de corriente, potencial a circuito cerrado entre ánodo y agua de mar. Para el caso de plataformas marinas, en las cuales se utilizan ánodos de sección trapezoidal, se debe calcular un radio equivalente, mediante la ecuación 18. r

ª c º « 2 x » ............................................................................................. (18) ¬ ¼

Donde: r= Radio equivalente de un ánodo trapezoidal, expresado en cm. c= Perímetro de la sección transversal del ánodo, expresado en cm. S= Constante adimensional= 3,1416. 8.4.2.4.5 Corriente de salida del ánodo. Cuando la subestructura ha sido instalada en el sitio en su condición inicial, se debe calcular por medio de la ecuación 19 de la Ley de Ohm.




I


E ..................................................................................................... (19) R

Donde: I= Corriente de salida de un ánodo, expresada en A. R= Resistencia de ánodo-electrolito, expresada en . E= Diferencia de potencial entre un ánodo de Aluminio y una estructura de acero protegida a -0,800 V contra Ag/AgCl= 0,25 V. 8.4.2.4.6 Cálculo de la resistencia inicial del ánodo. Se debe calcular la ecuación 20a ó 20 b, según corresponda en función de su geometría original y la resistividad del agua de mar o del lecho marino. Cuando la relación 4L/r t 16, utilizar la ecuación 20a, conforme con ISO 15589-2:2012 y NACE SP-0176-2007. R

0,159

a

· § § 4 xL · x ¨¨ 2,3 x Log ¨ ¸ 1 ¸¸ ............................. (20a) L © © r ¹ ¹

x

Cuando la relación 4L/r 16, utilizar la ecuación 20b, conforme con NACE SP 0176-2007. R

0,159

a

x

· § § 2 xL · x ¨ 2,3 x Log ¨ ¸ 1 ¸¸ ............................... (20b) L ¨© © r ¹ ¹

Donde: Ra= Resistencia del ánodo-electrolito, expresada en . = Resistividad del electrolito o agua de mar, expresada en -cm. L= Longitud del ánodo, expresada en cm. r= Radio equivalente del ánodo, expresado en cm. La resistividad del agua de mar , que se debe utilizar, se establece en el numeral 8.4.2.3.5 de esta NRF. La diferencia de potencial se debe calcular mediante la ecuación 21. E

E c E a ........................................................................................... (21)

Donde: E= Diferencia de potencial, expresada en V. Ec= Potencial permisible de protección, expresado en V. Ea= Potencial a circuito cerrado del ánodo, expresado en V.





La corriente inicial de salida de un ánodo, se debe calcular con la ecuación 22.

Ia

Ec Ea ..................................................................................... (22) Ra

8.4.2.4.7 Número de ánodos requeridos por corriente inicial. Con la demanda y la salida de corriente inicial de un ánodo, se debe calcular el número de ánodos requeridos por medio de la ecuación 23. N

Ii Ia

............................................................................................... (23)

Donde: N= Número de ánodos requeridos por la demanda de corriente en la condición inicial. Ii= Demanda de corriente en la condición inicial, expresada en A. Ia= Corriente de salida de un ánodo, expresa en A. 8.4.2.4.8 Determinación del número de ánodos por masa para condición media. Se debe determinar por medio de la ecuación 24.

Nm

ICM x L x 8760 ............................................................................ (24) x w

Donde: Nm= Número de ánodos requeridos por la demanda de corriente en la condición media.

ICM= Demanda de corriente en la condición media, expresada en A. L= Vida de diseño, expresada en años. = Capacidad de corriente del ánodo, expresada en A-h/kg. w= Peso del ánodo seleccionado, expresado en kg. 8.4.2.4.9 Determinación del número de ánodos para condición final. La cantidad necesaria de ánodos para satisfacer la demanda de corriente final, se debe determinar de manera similar a la condición inicial, excepto para calcular la resistencia del ánodo se utiliza el radio reducido (rconsumido) por el desgaste del ánodo al final de su vida útil, por medio de la ecuación 25. rconsumido


rinicial rinicial ralma x U ............................................................... (25)




Donde: U= Factor de utilización del ánodo o vida útil material anódico. rinicial= Radio equivalente del ánodo ralma= Radio del núcleo del ánodo. El número de ánodos requeridos para la condición de corriente final se debe calcular mediante la ecuación 26.

N

If .............................................................................................. (26) Ia

Donde: N= Número de ánodos requeridos por la demanda de corriente en la condición final. If= Demanda de corriente final, expresada en A. Ia= Corriente de salida de un ánodo, expresada en A. Se debe utilizar la misma secuencia de los conceptos de 8.4.2.4.2 al 8.4.2.4.8 de esta NRF, para determinar el número de ánodos para la zona de lecho o suelo marino, para la condición de demanda de corriente inicial, media y final de acuerdo con lo siguiente: Para los pilotes y el área de ambas caras de la placa base, se debe incluir el área externa multiplicada por las densidades de corriente, para el acero desnudo enterrado en lecho marino, en función de los valores de las densidades de corriente que se establecen en la Tabla 5 de esta NRF. 8.4.2.4.10 Factor de daño del recubrimiento. El sistema de protección catódica para la zona de mareas y oleaje (ZMO), debe proteger las áreas no cubiertas por el sistema de recubrimiento anticorrosivo. Se debe incluir un factor de daño del recubrimiento debido principalmente a daños mecánicos y/o a la velocidad de deterioro del recubrimiento como consecuencia del efecto de erosión en la ZMO. El factor de daño del recubrimiento, se debe determinar en función de las propiedades del recubrimiento, de los parámetros operacionales y del tiempo. El resultado de la densidad de corriente eléctrica para la protección de acero recubierto en la ZMO es por consiguiente igual al producto de la densidad de corriente eléctrica para el acero desnudo y el factor de daño del recubrimiento. Para diseñar el sistema de protección catódica en la ZMO, el factor de daño medio y final se debe calcular con las expresiones 27 y 28 respectivamente, que involucran la vida de diseño de la plataforma. fc (promedio)

k1

k2 x T .................................................................. (27) 2

ff (final) k1 k 2 x T ......................................................................... (28)





Donde: k1 = 0,02. k2 = 0,015. T= Tiempo de Vida de diseño de la plataforma, expresado en años. Para 20 años de vida útil, los factores de daño del recubrimiento deben ser como mínimo los siguientes valores: fi (inicial)= 5 por ciento= 0,05. fc (promedio)= 17 por ciento= 0,17. ff (final)= 32 por ciento= 0,32. 8.4.2.4.11 Cálculo de la vida útil de los ánodos. Se debe verificar que la vida útil de los ánodos galvánicos sea igual o mayor a la vida de diseño del ducto o estructura a proteger, la cual se debe calcular con la ecuación 29. L

W xU ........................................................................................... (29) E x Im

Donde: L= Vida útil de ánodos, expresada en años. W= Masa de ánodos, expresada en kg. U= Factor de utilización del ánodo o vida útil material anódico. Im= Requerimiento de corriente media, expresada en A. E= Rango de consumo de material anódico, expresado en kg/ A-año. 8.4.2.4.12 Determinación del número óptimo de ánodos. Con el número de ánodos calculados para las condiciones inicial, media y final; se procede mediante iteraciones con variación de las dimensiones del ánodo propuesto, verificando su capacidad de corriente y potencial; a determinar el número óptimo de ánodos que se determina cuando los resultados para las tres condiciones anteriores, tiendan a ser iguales. 8.4.2.4.13 Distribución de ánodos. Se deben repartir los ánodos de sacrificio en toda el área de la estructura para obtener una distribución uniforme y simétrica, puesto que tienen un radio de acción dentro del cual la protección de la estructura cumple con alguno de los criterios de protección establecidos en 8.4.2.1.3 de esta NRF, conocido como alcance de protección. Se deben colocar ánodos cerca de la zona de conductores y placa base, como se muestra en la distribución típico en el Anexo 12.11 y 12.12 de esta NRF. 8.4.2.5 Cálculo para el diseño de protección catódica con corriente impresa. Se deben aplicar los criterios y metodología establecida en este numeral.





La capacidad de la fuente externa de corriente, se debe terminar con la intensidad de corriente como corriente de protección que se debe determinar en el sitio mediante pruebas de requerimiento. 8.4.2.5.1 Tensión de salida en el rectificador. Se debe calcular con la ecuación 30. V

R t x I ............................................................................................ (30)

Donde: V= Tensión de c.d. de salida del rectificador, expresada en V. Rt= Resistencia total del circuito, expresada en :. I= Intensidad de corriente requerida, expresada en A. La resistencia total del circuito, Rt se debe determinar mediante la ecuación 31.

Rt

R c R e R g ó R h .................................................................. (31)

Donde: Rt= Resistencia total en el circuito, expresada en :. Rc= Resistencia del conductor, se debe calcular en función del área o calibre y longitud, expresada en :. Re= Resistencia de contacto a tierra del ducto o estructura a proteger. Se puede obtener directo en campo, es igual al cambio de potencial que se puede medir en el ducto o estructura entre la corriente aplicada en la prueba o calcular mediante factores de conductancia de recubrimiento del ducto conforme con lo que establece ANSI/NACE SP0502-2010. Rg= Resistencia del dispositivo de tierra o cama anódica, puede ser Rv para cama anódica vertical o Rh para cama anódica horizontal según el tipo establecido por diseño. El valor de Rg tiene una mayor influencia en el valor de Rt. 8.4.2.5.2 Resistencia de un ánodo con relleno. Cuando el dispositivo de tierra o cama anódica del sistema de protección catódica, consta de un solo ánodo en posición vertical se denomina Rv y se debe calcular mediante la ecuación 32. Rv

8xL · 0,00159 x § x ¨ 2,3 x log 1¸ ..................................................... (32) d L © ¹

Donde: Rv= Resistencia de un ánodo vertical a tierra, expresada en :. U= Resistividad del suelo o del material de relleno, expresada en :-cm. L= Longitud del ánodo, expresada en m.





d= Diámetro del ánodo, expresado en m. 8.4.2.5.3 Resistencia de varios ánodos en posición vertical. Cuando el dispositivo de tierra o cama anódica del sistema de protección catódica, conste de un “N” número de ánodos en posición vertical, Rv, se debe calcular mediante la ecuación 33. R vp

0,00159 x § 8xL 2xL · 2,3 x log (0,656 x N)¸ ............................. (33) 1 ¨ 2,3 x log NxL d S © ¹

Donde: Rvp= Resistencia de la cama anódica en posición vertical y conectados en paralelo, expresada en :. U= Resistividad del suelo o material de relleno, expresada en :-cm. Se debe medir la resistividad del suelo a diferentes profundidades para localizar la zona de mayor conductividad, en la que se deben alojar los ánodos. L= Longitud del ánodo, expresada en m. d= diámetro del ánodo, expresado en m. S= Espaciamiento entre ánodos; expresado en m. N= Número de ánodos en paralelo. 8.4.2.5.4 Resistencia de un ánodo en posición horizontal y en paralelo. Cuando el dispositivo de tierra o cama anódica del sistema de protección catódica, consta de un solo ánodo en posición horizontal se denomina Rh y se debe calcular mediante la ecuación 34. Rh

0,00159 x ° ª 4L2 4L S 2 L2 x ® «2,3 x log L dxS °¯ «¬

º S » »¼ L

½° S 2 L2 1¾ L °¿

.............................. (34)

Donde: Rh= Resistencia de la cama anódica en posición horizontal y ánodos conectados en paralelo, expresada en :. S= Distancia equivalente a dos veces la profundidad del ánodo, expresada en m. U= Resistividad del material de relleno o terreno, expresada en :-cm. Se debe medir la resistividad del suelo a diferentes profundidades para localizar la zona de mayor conductividad, en la que se deben alojar los ánodos. L= Longitud del ánodo, expresa en m. d= diámetro del ánodo, expresado en m.





8.4.2.5.5 Separación entre el ducto o estructura a proteger y los ánodos. Debe ser una distancia eléctricamente remota, denominada “tierra remota”. Esta distancia se puede determinar con una serie de lecturas de potencial tubo/suelo, entre el ducto o estructura a proteger y una media celda de Cu/CuSO4, a diferentes distancias alejándose de la estructura. La distancia dónde ya no obtengan cambios significativos en el potencial tubo/suelo, se establece como “tierra remota”. 8.4.2.5.6 Capacidad del transformador. Se debe calcular con la ecuación 35. C

V I x kVA .................................................................................... (35) 1000

Donde: C= Capacidad del transformador, expresada en kVA. I= Intensidad de c.d. del rectificador, expresada en A. V= Tensión de c.d. del rectificador, expresada en V. 8.4.2.5.7 Caseta. La fuente externa de corriente seleccionada para un sistema de protección catódica, se debe instalar en una caseta de protección y sus características se deben establecer en el proyecto. 8.4.2.5.8 Subestación eléctrica. Se debe determinar de acuerdo a las características de la línea de distribución eléctrica más cercana a la estructura por proteger. El diseño debe cumplir los requisitos establecidos al respecto en la NOM-001-SEDE-2012 y NRF-048-PEMEX-2014, así como lo aplicable para su operación, cumplir con los requisitos de la NOM-029-STPS-2011. El diseño de los sistemas a tierra debe cumplir los requisitos establecidas en la NRF-070-PEMEX-2011. Una subestación eléctrica, entre otros componentes, como mínimo consiste básicamente en la siguiente: a)

Acometida aérea de CFE.

b)

Transformador de distribución, aterrizado, 60 Hz.

c)

Cortacircuitos fusibles tipo expulsión.

d)

Conexión de puesta a tierra.

e)

Apartarrayo autovalvular.

f) g)

Herrajes y aisladores. Poste y retenida.

8.4.2.5.9 El sistema en baja tensión debe contar como mínimo con lo siguiente: a)

Acometida, conforme a la CFE DCMBT200 para acometidas bifásicas.

b)

Nicho para medidor con rejilla de protección sin candado.





c)

Interruptor termo magnético de dos polos.

d)

Sistema de conexión a tierra del rectificador.

e)

Fuente de energía externa de corriente directa.

f)

Equipo de medición e indicación continua local, de condiciones de operación.

8.4.3

Materiales.

8.4.3.1 Almacenamiento y transporte de materiales. En caso necesario, se deben almacenar a cubierto, en lugares donde el tránsito de personas y vehículos sea mínimo, donde no se puedan contaminar con sustancias que alteren sus condiciones de aplicación. 8.4.3.2 Materiales para sistemas de ánodos galvánicos. Los ánodos de magnesio de alto potencial deben cumplir con la composición química del material del relleno o “backfill” que establece la Tabla 8 de esta NRF, con el peso requerido para cada ánodo que se establece en la NRF-110-PEMEX-2010. Material Yeso seco en polvo p Bentonita seca en p polvo Sulfato de Sodio Anhidro Agua g para p saturar la mezcla Cantidad de relleno por p r ánodo po

Tabla 8

Peso en p por ciento 75 20 5 Tabla 1 de la NRF-110-PEMEX-2010

Composición química del material de relleno para ánodos galvánicos.

8.4.3.2.1 Ánodos de Magnesio de alto potencial. Para sistemas de protección catódica con este tipo de ánodos, se deben cumplir los requisitos que establece la NRF-110-PEMEX-2010, conforme a lo que establece el numeral 8.4.2.1.4 de esta NRF. El conductor soldado al ánodo debe ser alambre de cobre electrolítico, calibre 12 AWG, con aislamiento de para 600 V, 75 °C tipo THHW. 8.4.3.2.2 Ánodos de Zinc. Para sistemas de protección catódica con este tipo de ánodos, su composición química debe de cumplir lo que establece la Tabla 9 de esta NRF para una aleación tipo II y cumplir con lo que establece el numeral 8.4.2.1.4 de esta NRF. a)

Composición química: Elemento Aluminio (Al) ( )

Contenido en % peso p 0,005 máximo 0,003 máximo 0,0014 , máximo máximo 0,003 , 0,002 , máximo 99,9856 mínimo

Cadmio (Cd) Hierro (Fe) ( ) Plomo (Pb) ( ) Cobre (Cu) ( ) Zn)) Zinc ((Zn)

Método de prueba p

Espectroscopia p p conforme con ISO 3815-1 e ISO 3815-2. 3815-2

Fuente: ASTM B418-12 para una aleación tipo II.

Tabla 9


Composición química de ánodos de Zinc.

Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios b)



Propiedades electroquímicas. Deben cumplir las establecidas en la Tabla 10 de esta NRF. Propiedades electroquímicas Eficiencia Potencial Capa p cidad de drenaje j de corriente Capacidad

Tabla 10

Valor 95 p por ciento mínimo -1,10 , V (Cu/CuSO ( 4) máximo 780 A-h/kg g, mínimo A-h/kg,

Método de prueba NACE TM0190-2006.

Propiedades electroquímicas de ánodos de Zinc.

8.4.3.2.3 Ánodos de Aluminio. Para sistemas de protección catódica con este tipo de ánodos, se deben cumplir los requisitos que establece la NRF-126-PEMEX-2010 y el numeral 8.4.2.1.4 de esta NRF. 8.4.3.3 Materiales para sistemas de corriente impresa. 8.4.3.3.1 Relleno para ánodos inertes. Se debe cumplir con los siguientes requisitos: 8.4.3.3.1.1 Para mejorar el desempeño del ánodo en electrolitos de alta resistividad, se debe utilizar como material de relleno, carbón de coque pulverizado, preparado especialmente para aplicaciones de protección catódica. 8.4.3.3.1.2 Para ánodos de mezcla de óxidos metálicos o de polímeros conductivos que están incluidos en el numeral 6.2.4 de ISO 15589-1:2003, el relleno debe tener un contenido mínimo de 99.7% de carbón, determinado con ASTM D-3172-13. 8.4.3.3.1.3 Cuando se utilicen ánodos inertes para la protección catódica en electrolitos de baja resistividad se pueden utilizar los ánodos sin relleno o desnudos. 8.4.3.3.1.3 Cuando se utilicen ánodos inertes para la protección catódica del fondo externo de tanques de almacenamiento y que estos utilicen membrana impermeable, se deben instalar conforme con su diseño, el cual debe cumplir con los requisitos que establece la NRF-017-PEMEX-2007. 8.4.3.3.2 Ánodos de Ferro Silicio Cromo. Se deben utilizar en sistemas de protección catódica con corriente impresa. Su composición química debe cumplir con que establece la Tabla 11 de esta NRF. a)

Composición química. Elemento Carbón ((C)) g ( ) Manganeso (Mn) Silicio ((Si)) Cromo ((Cr)) Molibdeno ((Mo)) Cobre ((Cu)) Hierro ((Fe) Fe))

Contenido en % Peso)) 0,70 , – 1,10 , , máximo 1,50 , – 14,75 , 14,20 3,25 , – 5,00 , 0,20 máximo 0,50 , máximo 76,95 – 81,85

Método de p prueba

ASTM E350 E350-95(2005). 95(2005).

Fuente: ASTM A518/A518M-99(2012) para aleación Grado 3.

Tabla 11

Composición química de ánodos de Ferro-Silicio–Cromo.


Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios b)



Propiedades electroquímicas. Deben cumplir con las que se establecen en la Tabla 12 de esta NRF. Propiedad p Peso específico p Consumo aproximado p 2 Densidad de corriente estimada (A/m )

Tabla 12

Valor 3 7 000 kg/m g ± 0,5 , p por ciento 0,25 , – 1 kg/A-año g Suelo 60 máxima

Propiedades de ánodos de Ferro-Silicio-Cromo.

8.4.3.3.3 Ánodos de Grafito. Se deben utilizar en sistemas de protección catódica con corriente impresa. Su composición química y propiedades se establecen en las Tablas 13 y 14 de esta NRF. a)

Composición química. Elemento Impregnante p g Ceniza Humedad y volátiles Materia soluble en agua g Grafito

Contenido en % Peso 6,6 , máximo , máximo 1,5 0,5 , máximo 1 90,4 mínimo

Tabla 13 b)

Método de p prueba ASTM C561-91 C561 91 (2010) ASTM C562 C562-91 91 (2010)

Composición química de ánodos de grafito.

Propiedades electroquímicas. Deben cumplir con las que se establecen en la Tabla 14 de esta NRF. Propiedad p Peso específico p Consumo 2 Densidad de corriente máxima estimada (A/m )

Valor 3 1 560 kg/m g mínimo 0,1 , – 1 kg/A-año g Suelo 10

NOTA: Los ánodos de grafito se deben tratar con ceras o resina fenólica y tener su conexión al centro.

Tabla 14

Propiedades de los ánodos de grafito.

8.4.3.3.4 Ánodos de mezcla de óxidos metálicos (MMO). 8.4.3.3.4.1 Este tipo de ánodos se puede utilizar en electrolitos con una resistividad mayor a 10 001 -cm conforme con la composición química y propiedades electróquimicas establecidas en las Tablas 15 y 16 de esta NRF, cuando no se cumpla con el criterio de protección que se establece en el numeral 8.4.2.1.3 inciso d) y deben incluir un cable conductor con un área de 13,3 mm2 (6 AWG) o 8,37 mm2 (8 AWG) y con lo que se establece en esta NRF. Estos ánodos de MMO no se deben utilizar en aplicaciones o servicios de inmersión. a)

Composición química.

Propiedad p Pureza del Titanio

Tabla 15


Sustrato de MMO Valor 99,9% mínimo

Método de Prueba ASTM B338-14, Grado 1 ó 2

Composición química de los ánodos de MMO.

b)

NRF-047-PEMEX-2014




Propiedades electroquímicas. Propiedad p Peso Vida útil Densidad de corriente estimada

Tabla 16

Valor 1,5 , Kg/m g máximo 20 años mínimo 2 200 mA/m máxima

Propiedades electroquímicas de los ánodos de MMO.

8.4.3.3.5 Ánodos de polímero conductivo. 8.4.3.3.5.1 Este tipo de ánodos se puede utilizar en electrolitos con una resistividad mayor a 10,001 -cm conforme con la composición química y propiedades electróquimicas establecidas en las Tabla 17 y 18 de esta NRF, cuando no se cumpla con el criterio de protección que se establece en el numeral 8.4.2.1.3 inciso d) y deben incluir un cable conductor con un área de 13,3 mm2 (6 AWG) ó 8,37 mm2 (8 AWG) y con lo que se establece en esta NRF. Estos ánodos de polímero conductivo no se deben utilizar en aplicaciones o servicios de inmersión. a)

Composición química. Polímero conductivo Valor 99,90% , mínimo > 45% < 0,5% , 2,5 -cm

Propiedad p Pureza del cobre % Carbón Humedad Resistividad

Tabla 17 b)

Método de Prueba ASTM B694-13 ASTM D1603-12 ASTM D6980-12 ASTM B193-02 Reapproved 2008

Composición química de ánodos de polímero conductivo.

Propiedades electroquímicas. Propiedad p Densidad de corriente Vida útil

Tabla 16

Valor 2 52 mA/m máxima 20 años mínimo

Propiedades de los ánodos de MMO.

8.4.3.3.6 Conductores eléctricos. 8.4.3.3.6.1 El área y tipos de forro de los conductores eléctricos de un sistema de protección catódica, se deben seleccionar en función de la resistencia y capacidad de conducción de corriente requerida. El tipo de aislamiento de los cables anódico y catódico debe ser de doble forro de polietileno negro de alto peso molecular (HMWPE). 8.4.3.3.6.2 También se puede utilizar el conductor descrito con una de asilante interior de ECTFE Ethylene ChloroTriFluoroEthylene y una capa de aislante exterior de polietileno negro de alto peso molecular (HMWPE). 8.4.3.3.6.3 En todos los casos el aislamiento mínimo de 600 V y resistir una temperatura máxima de 75°C.


Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios 8.4.4



Instalación y pruebas.

Los Anexos 12.6, 12.9, 12.10, 12.13, 12.14, 12.19, 12.20, 12.21, 12.22 y 12.23 de esta NRF incluyen diferentes arreglos de instalación de ánodos galvánicos. La instalación de cualquier tipo de sistema de protección catódica se debe realizar conforme con su diseño y desde el inicio de la construcción del ducto para cumplir con lo establecido en los numerales 8.4.2 y 8.4.2.1.4. 8.4.4.1 Instalación para Sistemas con Ánodos Galvánicos. 8.4.4.1.1 Instalación y conexión de Ánodos Galvánicos. a) Se deben alojar en hoyos excavados en el suelo con las dimensiones necesarias para alojarlos y se puedan cubrir con una capa de material de relleno, con un espesor mínimo de cinco cm en su periferia. b) El cable de los ánodos se debe soldar al ducto o estructura a proteger y se debe aplicar un sistema dieléctrico de recubrimientos que sea compatible con el recubrimiento original. Para el caso de resanar la protección anticorrosiva en servicios de inmersión se debe utilizar resina epóxica autoimprimante de dos componentes, identificada como Sistema 14 de la NRF-295-PEMEX-2013. c) Los ánodos de sacrificio tipo brazalete para protección de ductos submarinos, se deben colocar previo retiro del revestimiento de concreto, dejando una ventana de longitud aproximada al ancho del brazalete, con una tolerancia máxima de un centímetro y sin dañar el recubrimiento anticorrosivo. En caso de que ocurra algún daño, tal protección anticorrosiva se debe resanar o restituir. d) El brazalete se debe colocar sobre el recubrimiento anticorrosivo conforme con el procedimiento que se establece para el proyecto. e)

En el caso de ductos submarinos no se deben instalar ánodos de brazalete en las juntas de campo.

f) Para rehabilitar el sistema de protección catódica de ductos submarinos en operación, se deben utilizar ánodos tipo barra trapezoidal para ser instalados en línea regular por medio de una conexión eléctrica individual y tipo brazalete en ducto ascendente. g) Todas las uniones entre cables con soldadura de aluminotermia o con conectores, se deben aislar con empalmes con resina líquida. 8.4.4.2 Instalación y pruebas de Sistemas de protección catódica a base de Corriente Impresa. 8.4.4.2.1 Fuente externa de corriente. Debe suministrar c.d. para protección catódica mediante rectificadores de c.a/c.d., celdas fotovoltaicas, motogeneradores de combustión interna, generadores eólicos, termogeneradores u otro equipo autónomo generador de energía eléctrica. El tipo que especifique el diseño debe incluir instrumentos para medir y controlar tensión, corriente y potencial estructura-electrolito en el punto de drenaje de corriente. 8.4.4.2.2 Camas anódicas. El Anexo 12.7 de esta NRF incluye un arreglo típico de un sistema de protección catódica a base de corriente impresa.





8.4.4.2.3 Instalación y conexión de ánodos para corriente impresa. En un sistema de protección a base de corriente impresa, los ánodos se deben instalar y conectar conforme a como lo establece la ingeniería del proyecto, en cuanto a localización de la instalación, separación entre los ánodos y espaciamiento entre ductos o estructura y arreglo de cama anódica u otro aplique. 8.4.4.2.3.1 El circuito eléctrico del sistema de protección. Cuando se protege más de un ducto, se debe controlar la corriente drenada por ducto, de tal forma que solo se suministre a cada uno la cantidad de corriente que demande para cumplir con uno de los criterios de protección establecidos en 8.4.2.1.3 de esta NRF, lo cual se puede lograr al insertar en el circuito resistencias variables de rango conocido como se muestra en los Anexos 12.7 y 12.8a de esta NRF, conectadas a un dispositivo para cumplir con este fin, una por cada ducto a proteger, entre el ducto y el rectificador de corriente o instalar rectificadores de salida multicanal que permitan ejercer control de la corriente drenada a cada ducto. 8.4.4.2.3.2 Opcionalmente, los ánodos se pueden conectar individualmente en una caja de conexiones con una resistencia calibrada “shunt” insertada entre el ánodo y el cable colector y opcionalmente una resistencia variable, como se muestra en los Anexos 12.7 y 12.8b de esta NRF, para medir la corriente drenada por cada ánodo y verificar cualquier afectación en su funcionamiento o consumo total. Cuando se utilice una caja de conexiones con “shunt”, se debe instalar entre el rectificador y la cama de ánodos. La colocación de los ánodos se debe hacer conforme a como lo establece la ingeniería de diseño del proyecto. 8.4.4.3 Instalación y pruebas comunes a sistemas de protección catódica a base de corriente impresa y con ánodos galvánicos. Antes de aplicar cualquier tipo de soldadura incluido en esta NRF, se debe medir el espesor del ducto para confirmar que se encuentre dentro del espesor permisible. 8.4.4.3.1 Medición de potenciales. Se deben hacer con voltímetro o multímetro digital, el cual debe tener las siguientes características mínimas: a)

Impedancia de entrada de 10 M:.

b)

Exactitud de ± 1 por ciento +1.

c)

Rango de 0 - 2 V.

d)

Resolución de 0,0001 V.

Los equipos de medición tales como voltímetros o multímetros, deben mantener vigente su calibración durante el periodo de ejecución del contrato. Los electrodos de referencia a utilizar en trabajos de protección catódica deben estar conforme con el Apéndice I, numeral 3.8.1 de la NOM-007-SECRE-2010. Los tipos de electrodos que se deben utilizar, son uno de los siguientes: a)

Cobre/Sulfato de Cobre saturado (Cu/CuSO4).

b)

Plata/Cloruro de Plata (Ag)/AgCl).

c)

Calomel saturado con Cloruro de Potasio (Hg2Cl2 saturado en KCl).





La conexión del voltímetro para medir el potencial estructura–electrolito, se debe realizar conforme al diagrama del Anexo 12.15 de esta NRF. 8.4.4.3.2 Medición de la resistividad. 8.4.4.3.2.1 Se debe medir la resistividad del electrolito en la ubicación de la estructura o ducto conforme con lo que establece ASTM G57-06 (2012), para obtener un perfil de resistividades del suelo a lo largo del derecho de vía en donde se presenten cambios en el rango de valores que establece la Tabla 15 de esta NRF y del sitio de ubicación de las camas anódicas, dicho sitio se debe determinar en función de las resistividades del electrolito, donde el diseño lo establezca. 8.4.4.3.2.2 Los valores obtenidos se deben utilizar para el diseño del sistema de protección. Los equipos para medir resistividad deben mantener vigente su calibración durante el periodo de ejecución del contrato. 8.4.4.3.2.3 En terrenos con resistividad en el rango de 0 a 1 000 -cm, se debe obtener un perfil con mediciones cuando menos a cada 100 metros o a longitudes menores según requiera el diseño del sistema de protección catódica. 8.4.4.3.3 Clasificación de medios corrosivos en función de su resistividad. La corrosividad de un terreno se debe clasificar conforme con la Tabla 15 de esta NRF: Resistividad del suelo (-cm) ( ) 0 – 1 000 1 001 – 5 000 5 001 – 10 000 – en adelante 10 001

Tabla 15

Corrosividad del suelo Altamente corrosivo Corrosivo Poco corrosivo Muy y poco p co corrosivo po

Corrosividad de suelos.

8.4.4.3.4 Aislamiento de las conexiones. Las conexiones entre conductores se deben aislar con resina epóxica líquida vertida en un molde desechable. 8.4.4.3.5 Conexión por aluminotermia. Se debe utilizar para realizar las conexiones siguientes en ambiente seco, similar a los típicos de la Figura 12.6a de esta NRF. a)

Conexión del elemento de medición del poste de registro al ducto o estructura a proteger.

b)

Conexión del cable catódico y el ducto o estructura a proteger.

c)

Conexión en puenteos.

Las soldaduras efectuadas por aluminotermia se deben aplicar con una “carga”, cuyo Nº se debe definir en función del calibre del conductor, conforme con lo que se establece en la Tabla 16 de esta NRF.


Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios Calibre del conductor Nº 14 12 10 8 6 4 2 1 1/0 2/0

Tabla 16

DISEÑO, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA 2

Tamaño en mm 2,08 , 3,31 , 5,26 , 8,37 , 13,3 , 21,2 , 33,6 , , 42,4 53,5 , 67,4

NRF-047-PEMEX-2014 Rev.: 0 PÁGINA 46 DE 79 Carga g Nº 15 15 15 15 15 25 32 45 65 65

Calibre de conductor y carga para soldadura por aluminotermia.

8.4.4.3.6 Soldadura eléctrica. Para fijar los ánodos con alma o soportes metálicos, el alma o soporte se debe soldar a la estructura a proteger, de acuerdo con el AWS D1.1/D1.1M:2010 y la calificación de los soldadores conforme con la NRF-020-PEMEX-2012. 8.4.4.3.7 Postes de amojonamiento o señalamiento y registro. Deben cumplir los requerimientos mínimos especificados en los Anexos de los numerales 12.1 a 12.5 de esta NRF, pero se pueden aceptar postes con diferente configuración y materiales, siempre y cuando cumplan con la función, requerimientos de identificación, resistencia y durabilidad. Se debe instalar antes y después de cuerpos de agua, vías de comunicación, zonas de interfase, cruce con líneas de alta tensión, cruces con vías de tren, cruce con otros ductos o estructuras metálicas, en terrenos con presencia de bacterias sulfatoreductoras, en zonas urbanas a una distancia no mayor a 500 metros y en zonas rurales de acuerdo a lo que se indica en los incisos a, b y c de este numeral. a) Poste tipo “R”. Se deben instalar a un espaciamiento máximo de 1 kilómetro, a lo largo del ducto o ductos a proteger. Este espaciamiento puede ser menor si así se establece por necesidades del proyecto. b) Poste tipo “RA”. Se deben instalar a un espaciamiento máximo de 5 km, a lo largo del ducto o ductos a proteger. Este espaciamiento puede ser menor si así se establece por necesidades del proyecto. c) Postes de registro eléctrico en ductos que se cruzan. Se debe conectar un poste de registro eléctrico a cada estructura o ducto en puntos de cruzamiento para monitoreo de comportamiento catódico en cada una. En caso de existir inducción de corriente de un sistema a otro, se debe estudiar detalladamente su comportamiento para determinar las soluciones de mitigación. 8.4.4.3.8 Aislamiento y resane. El resane y aislamiento de la conexión a la estructura por proteger, se debe hacer con materiales dieléctricos compatibles con el recubrimiento original de la estructura. 8.4.4.3.9 Aislamientos eléctricos en ductos. Se deben instalar durante la construcción, conforme con el diseño. El suministro e instalación de las juntas aislantes debe cumplir con NRF-297-PEMEX-2012. 8.4.4.3.10 Pruebas. Una vez instalado el sistema de protección catódica, se debe realizar una inspección de gradiente de potencial de corriente directa (DCVG) y obtener un perfil de potenciales a intervalos cercanos (CIS) encendido-apagado (ON-OFF), conforme con lo que establece el Anexo 12.18 de está NRF, a todo lo largo del ducto, para verificar que se cumpla con alguno de los criterios de protección establecidos en 8.4.2.1.3 esta NRF.





En estructuras recién construidas se debe obtener el perfil CIS en las condiciones en que el terreno presente mayores caídas IR debido a la falta de asentamiento del terreno o en período de estiaje. 8.4.4.3.10 Pruebas. 8.4.4.3.10.1 Una vez instalado el sistema de protección catódica, se debe realizar una inspección indirecta por medio de técnicas conforme con la Tabla 2 de NACE SP0502 2010, tales como las de gradiente de potencial de corriente directa o alterna (DCVG o ACVG) o métodos de atenuación de corriente y obtener un perfil de potenciales a intervalos cercanos (CIS) encendido-apagado (ON-OFF), conforme con lo que establece el Anexo 12.18 de está NRF y a todo lo largo del ducto, para verificar que se cumpla con alguno de los criterios de protección establecidos en 8.4.2.1.3 esta NRF. 8.4.4.3.10.2 En estructuras recién construidas se debe obtener el perfil CIS en las condiciones en que el terreno presente mayores caídas IR debido a la falta de asentamiento del terreno o en período de estiaje. 8.4.5

Inspección y mantenimiento.

Para proteger ductos o estructuras mediante sistemas de protección catódica, el área encargada de la operación inspección y mantenimiento del sistema debe establecer, implementar y cumplir un programa conforme los requisitos que se establecen en esta NRF. El programa para la inspección y mantenimiento debe incluir todo ducto o estructura a proteger alojado en el corredor o DDV individual o compartido, que contenga cruzamientos o paralelismos, a fin de brindar una atención integral e incluyente al sistema de protección catódica. 8.4.5.1 Inspección. 8.4.5.1.1 Inspección de ductos submarinos/costafuera. Esta inspección debe incluir las actividades con la periodicidad y equipo de apoyo que se establecen en la Tabla 1 de la NRF-014-PEMEX-2013. En ductos ascendentes se deben medir los potenciales con multímetro digital de alta impedancia y media celda de Ag/AgCl conforme con el numeral 8.4.4.3.1 de esta NRF, para verificar que su cumpla al menos uno de los criterios de protección que se establecen en 8.4.2.1.3 esta NRF. 8.4.5.1.2 Inspección de fuentes externas de corriente no controladas remotamente. Los sistemas a base de corriente impresa no controlados en forma remota, para asegurar su operación continúa, se deben inspeccionar cada 30 días como mínimo o antes si las condiciones lo requieren. En zonas donde PEMEX lo determine, las inspecciones se deben realizar cada semana. Durante la inspección realizar las mediciones siguientes: a)

Tensión y corriente alterna de alimentación.

b)

Tensión y corriente directa aplicado a la estructura protegida.

c)

El potencial estructura-electrolito en el punto de drenaje.

d)

Calcular la eficiencia de operación de la fuente externa.

e)

Resistencia de circuito.


Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios f)



Ajustes realizados durante la inspección.

8.4.5.1.3 Inspección de sistemas con supervisión a control remoto. Los sistemas a base de corriente impresa con supervisión a control remoto, se deben inspeccionar como mínimo cada dos meses, siempre y cuando se monitoreé que está operando. Si el sistema de transmisión de datos se llega a interrumpir por un tiempo mayor a 30 días, la frecuencia de inspección se debe establecer igual a la de los sistemas no controlados en forma remota, conforme con el numeral 8.4.5.1.2 de esta NRF. En ambos casos se deben registrar cada mes, las lecturas de las condiciones de operación. Durante la inspección, se deben realizar las mediciones siguientes: a)

Tensión y corriente alterna de alimentación.

b)

Tensión y corriente directa aplicado a la estructura protegida.

c)

Potencial estructura-electrolito en el punto de drenaje.

d)

Eficiencia de operación.

e)

Resistencia de circuito.

f)

Ajustes realizados durante la inspección.

8.4.5.1.4 Inspección de camas de ánodos inertes. Se deben inspeccionar como mínimo cada año. Cuando existan conexiones individuales para cada ánodo, la inspección se debe realizar mediante medición directa de corriente. En caso contrario, se debe medir el potencial sobre cada ánodo. 8.4.5.1.5 Levantamiento de potenciales a intervalos cercanos (CIS). Se debe realizar un CIS en encendidoapagado “ON–OFF”, con mediciones como se establece en el Anexo 12.18 de esta NRF, con una frecuencia no mayor a 5 años, en el primer levantamiento de este tipo se debe preponderar su realización antes de la temporada de lluvias para medir y registrar las mayores caídas de IR, en los levantamientos posteriores se pueden realizar después de temporada de lluvias o cuando existan cambios sustantivos derivados de un rediseño del sistema de protección catódica existente. Este levantamiento CIS tiene como finalidad verificar que el nivel de protección cumple con alguno de los criterios establecidos en el numeral 8.4.2.1.3 de esta NRF y se debe hacer por cada sistema de protección catódica e incluir a todas y cada uno de los ductos o estructuras conectadas eléctricamente al sistema motivo de estudio, sin importar que se operen y/o administren de manera independiente por diferentes Organismos Susbsidiarios. 8.4.5.1.6 Frecuencia de levantamiento del Perfil de potenciales. Se debe obtener un perfil de potenciales completo por ducto, con las frecuencias que se establecen en este numeral. El Contratista debe realizar la medición de potenciales estructura-electrolito de los ductos terrestres y lacustres, únicamente cuando el ducto se encuentra enterrado o sumergido, ya que cuando dicho ducto, tramos o secciones del mismo estén superficiales o aéreos, es decir que no estén enterrados o sumergidos, no deben medir los potenciales y se debe informar a PEMEX las condiciones encontradas. La medición de potenciales de ductos terrestres se debe realizar conectando el equipo de medición en los postes de registro localizados en toda su longitud, para obtener un perfil de potenciales completo por ducto, conforme a lo siguiente:





a) Para ductos terrestres ubicados en zonas rurales con clase de localización 1 y 2 en un período máximo de cada seis meses y ductos terrestres ubicados en zonas urbanas con clase de localización 3, 4 o 5 conforme con ISO 13623:2009, en un período máximo de cada tres meses. Estas mediciones se deben realizar con el sistema de protección catódica operando y la corriente circulando en el circuito, para construir una gráfica de valores de potencial contra distancia del DDV. b) Para ductos marinos en línea regular sin incluir el ducto ascendente, debe ser en un periodo máximo de cinco años. c) Para ductos ascendentes y subestructuras de plataformas marinas desde la plataforma sin utilizar apoyo de buceo, cada tres años como mínimo. Los Anexos 12.16a y 12.16b de esta NRF establece como se debe conectar el circuito para esta medición. 8.4.5.1.7 Inspección del recubrimiento anticorrosivo. Cuando se determine llevar a cabo la inspección del recubrimiento se debe realizar una inspección del recubrimiento anticorrosivo en las zonas donde se obtengan indicios de fallas del recubrimiento, derivada de la inspección con la técnica CIS, por medio de técnicas como la de gradiente de potencial de corriente directa (DCVG), métodos inductivos (ACVG) o conductivos, para localizar, ubicar, dimensionar y evaluar el comportamiento catódico, de estas fallas para definir la estrategia que permita hacer más eficiente el sistema de protección catódica. Se deben obtener registros del estado del recubrimiento anticorrosivo de la estructura por proteger. 8.4.5.1.7 Inspección del recubrimiento anticorrosivo. Cuando se determine necesaria, se debe realizar su inspección en las zonas donde se obtengan indicios de cambios de potencial de protección identificados con la técnica CIS, que puedan representar posibilidad de fallas en el recubrimiento. La inspección se debe realizar conforme con lo siguiente: 8.4.5.1.7.1 Por medio de técnicas como las de gradiente de potencial de corriente directa o alterna (DCVG o ACVG) o métodos de atenuación de corriente conforme con la Tabla 2 de NACE SP0502 2010 para localizar con precisión y dimensionar las posibles fallas en el recubrimiento y evaluar el comportamiento catódico del ducto en la zona de falla del recubrimiento, para definir la estrategia que permita hacer más eficiente el sistema de protección catódica. 8.4.5.1.7.2 Se deben emitir y conservar los registros de cada inspección del estado del recubrimiento anticorrosivo del ducto o estructura. 8.4.5.1.8 Levantamiento de perfil de resistividades. Como mínimo cada 10 años se debe realizar la medición del perfil de resistividades del suelo a lo largo del derecho de vía, para lo cual se debe evitar la interferencia con los ductos o estructuras existentes. 8.4.5.1.9 Análisis conjunto de inspecciones del sistema de protección catódica con la inspección interior con equipo instrumentado. Toda la información resultante de cumplir con los numerales 8.4.5.1.1 a 8.4.5.1.8 de esta NRF, se debe analizar en conjunto con el informe de la inspección interior del mismo ducto con equipo instrumentado para comprobar si las pérdidas de metal externas reportadas se relacionan con el desempeño del sistema de protección catódica o del recubrimiento dieléctrico. Se debe incluir la información recabada y analizada en la evaluación de riesgo e integridad conforme a la NOM 027 SESH 2010.





8.4.5.2 Mantenimiento. 8.4.5.2.1 Rectificador, dispositivos de protección y conexiones eléctricas. Las conexiones eléctricas tanto internas del rectificador como las de alimentación de corriente alterna o cualquier fuente externa de energía de corriente directa, se deben limpiar y todo defecto de los componentes del sistema se debe eliminar o corregir. 8.4.5.2.2 Fuente externa de corriente. Se debe aplicar recubrimiento anticorrosivo a la cubierta de las fuentes de corriente, transformador de la subestación eléctrica y a todas las partes metálicas de la instalación. 8.4.5.2.3 Caseta. El mantenimiento de la caseta y todos sus componentes conforme a como lo establece PEMEX en el procedimiento de contratación y/o contrato, se debe realizar en un periodo máximo de dos años. 8.4.5.2.4 Postes de registro y conexión eléctrica ducto-poste. Los postes de registro R y RA, se deben rehabilitar cada vez que se detecte que están desconectados, con falso contacto, derribados o fuera de la vertical, se deben sustituir cuando se detecten con deterioro físico, en caso necesario aplicar recubrimiento y rotular conforme los requisitos establecidos en los Anexos 12.3 y 12.5 de esta NRF. 8.4.5.3 Frecuencia de actividades de inspección y mantenimiento de sistemas de protección catódica. Nº 1 2

Actividad Inspección de sistemas con supervisión a control remoto Inspección p recubrimiento anticorrosivo del g gradiente de voltaje j de corriente directa (DCVG) ( ) Inspección y ajuste de fuentes externas de corriente, no controladas remotamente ((rectificadores estándar)) p y mantenimiento de camas anódicas Inspección p Inspección y mantenimiento de conexiones y aislamientos eléctricos de ductos Mantenimiento a caseta Mantenimiento a fuentes externas de corriente (rectificadores estándar), sus conexiones y aislamientos eléctricos. Mantenimiento postes p de registro g Medición de perfil p de resistividades p ( ) encendido-apagado p g ( ) Medición de potenciales a intervalos cercanos en ductos (CIS) (ON-OFF) Medición de potenciales en ductos ascendentes y subestructuras de plataforma marinas p p Medición de potenciales en ductos enterrados y lacustres zona rural clase 1 y 2 p Medición de potenciales en ductos enterrados y lacustres zona urbana clase 3,, 4 y 5 Medición de potenciales p enciales en ductos marinos en línea regular pot reg gular sin incluir el ducto ascendente

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Tabla 17 8.4.6

Frecuencia Bimestral Quinquenal q

Numeral 8.4.5.1.3 8.4.5.1.7

Mensual

8.4.5.1.2

Anual Anual Bianual

8.4.5.1.4 8.4.5.2.1 8.4.5.2.3

Anual

8.4.5.2.1

Bianual Década q Quinquenal Trianual Semestral Trimestral Quinquenal Quinq quenal

8.4.5.2.4 8.4.5.1.8 8.4.5.1.5 c 8.4.5.1.6 c 8.4.5.1.6 a 8.4.5.1.6 a 8.4.5.1.6 b

Actividades de inspección y mantenimiento de sistemas de protección catódica.

Documentación y registros.

El Contratista debe presentar los siguientes documentos: 8.4.6.1 Dictamen o informe de calibración. Los equipos e instrumentos de medición utilizados para las actividades incluidas en esta NRF, se deben calibrar y tener su correspondiente dictamen o informe de calibración vigente, emitido por un laboratorio de calibración acreditado en términos de la LMFN. 8.4.6.2 Informe de resultados. Los materiales utilizados en los sistemas de protección catódica deben tener su correspondiente informe de resultados de las pruebas que se establecen en esta NRF, emitido por un laboratorio acreditado en términos de la LFMN. Para ánodos respecto a su composición química, eficiencia, capacidad de drenaje de corriente, potencial de circuito abierto y peso específico.





8.4.6.3 Durante el periodo que se desarrollen los servicios contratados, se deben elaborar los registros y documentos siguientes: 8.4.6.3.1 Historial del sistema de protección catódica, interacción con estructuras y sistemas de otras dependencias. 8.4.6.3.2 Registros de las actividades y trabajos realizados, especificar la funcionalidad del sistema de protección catódica, modificaciones al sistema original, reparación o reemplazo de algún componente del sistema de protección catódica y estudios especiales realizados. 8.4.6.4 Entregar debidamente rubricados, sellados y con los membretes oficiales por parte de la compañía, los planos de como quedo construido “As built”, modificado, rehabilitado y/o modernizado. 8.4.6.5 Certificado del sistema de gestión de calidad conforme a la NMX-CC-9001-IMNC-2008 o ISO 9001:2008, que se debe validar con sello y rúbrica del Organismos de Certificación acreditado en los términos de la LFMN. 8.5

Criterios de aceptación.

Entre otros, se deben cumplir con los establecidos en 8.4.3, 8.4.6, 9.2 de esta NRF y lo que se estipule en el procedimiento de contratación y contrato. Se debe presentar la evidencia documental de la competencia técnica del responsable de realizar el diseño, instalación y mantenimiento de sistemas de protección catódica conforme se establece en el procedimiento de contratación. 9. RESPONSABILIDADES. 9.1

Licitante o Contratista.

Conocer y cumplir con los requisitos establecidos de esta NRF para diseño, instalación y mantenimiento de los sistemas de protección catódica. Toda la documentación y registros que se generen en los trabajos que competen a esta NRF, antes y durante el desarrollo de la construcción y/o ingeniería, como procedimientos, planos, bitácoras, diagramas, memorias, estudios, correspondencia, entre otros; se deben entregar a PEMEX en idioma español y conforme a la NOM008-SCFI-2002, se puede anexar entre paréntesis otro idioma o sistema de medidas, aclarando que para esta NRF no se aplicó lo publicado el 24 de septiembre de 2009 en el Diario Oficial de la Federación, en lo que se refiere al punto decimal, sino se conserva el criterio de la coma que cita la NOM. Asimismo, la entrega se debe realizar por medios electrónicos e impresos, según los requerimientos del procedimiento de contratación y contrato, validar con sello y rúbrica del superintendente de construcción del Contratista. 9.2

Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios.

Verificar el cumplimiento de esta NRF en la contratación y ejecución de los servicios de diseño, instalación y mantenimiento de los sistemas de protección catódica.





10. CONCORDACIA CON NORMAS MEXICANAS O INTERNACIONALES. Esta NRF concuerda parcialmente con la NOM-007-SECRE-2010, ISO 15589-1:2003 e ISO 15589-2:2012.

11. BIBLIOGRAFÍA. 11.1 ASTM A518/A518M-99(2012) Standard Specification for Corrosion Resistant High-Silicon Iron Castings (Especificación para la fundición Hierro de alto Silicio resistente a la corrosión). 11.2 ASTM B193-02 (Reapproved 2008) Standard Test Method for Resistivity of Electrical Conductor Materials (Método de prueba estándar para resisitividad de materiales conductores). 11.3 ASTM B338-14 Standard Specification for Seamless and Welded Titanium and Titanium Alloy Tubes for Condensers and Heat Exchangers (Especificación estándar para tubos soldados o sin costura de titanio y aleación de titanio para condensadores y cambiadores de calor). 11.4 ASTM B418-12 Standard Specification for cast and Wrought Galvanic Zinc Anodes (Especificación para el fundido y forjado de ánodos galvánicos de Zinc). 11.5 ASTM B694-13 Standard Specification for Copper, Copper-Alloy, Copper-Clad Bronze (CCB), CopperClad Stainless Steel (CCS), and Copper-Clad Alloy Steel (CAS) Sheet and Strip for Electrical Cable Shielding (Especicación estándar para Cobre, aleación de cobre, revestido de cobre bronce (CCB), acero revestido de cobre (CCS) y revestido de cobre de la aleación de acero (CAS) hojas y tiras para blindaje de Cable eléctrico). 11.6 ASTM C561-91(2010) Standard Test Method for Ash in a Graphite Sample (Método de prueba estándar para cenizas de una muestra de grafito). 11.7 ASTM C562-91(2010) Standard Test Method for Moisture in a Graphite Sample (Método de prueba estándar para la humedad de una muestra de grafito). 11.8 ASTM D1603-12 Standard Test Method for Carbon Black Content in Olefin Plastics (Método estándar de prueba para el contenido de carbón negro olefina plástica). 11.9 ASTM D3172-13 Standard Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke (Práctica estándar para análisis proximal de carbón y coque). 11.10 ASTM D6980-12 Standard Test Method for Determination of Moisture in Plastics by Loss in Weight (Método de prueba estándar para determinación de humedad en plásticos por pérdida de peso). 11.11 ASTM E350-95(2005) Standard Test Methods for Chemical Analysis of Carbon Steel, Low-Alloy Steel, Silicon Electrical Steel, Ingot Iron, and Wrought Iron (Métodos de prueba estándar para análisis químico de acero al carbono, aceros de baja aleación, acero eléctrico al silicio, hierro en lingotes y hierro forjado). 11.12 ASTM G57-06(2012) Standard Test Method for Field Measurement of Soil Resistivity Using the Wenner Four-Electrode Method (Método estándar de prueba para campo de medición de resistividad del suelo, mediante el método Wenner de cuatro - electrodos). 11.13

AWS D1.1/D1.1 M:2010 Structural Welding Code-Steel (Código de Soldadura Estructural-Acero).





11.14 NACE TM0190-2006 Standard Test Method, Impressed Current Laboratory Testing of Aluminium Anodes (Método estándar de prueba, Prueba de corriente impresa en laboratorio de ánodos de aleación de Aluminio). 11.15

ESPECIFICACIÓN CFE DCMBT200 2013 Medición para acometidas bifásicas.

11.16 NACE SP0169-2007 Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems (Control de corrosión externa en sistemas de ductos metálicos, subterráneos o sumergidos). 11.17 NACE SP0176-2007 Corrosion Control of Submerged Areas of Permanently Installed Steel Offshore Structures Associated with Petroleum Production (Control de corrosión de áreas sumergidas de estructuras de acero costafuera instaladas permanentemente). 11.18 ANSI/NACE SP0502-2010 Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology (Metodología de evaluación directa de corrosion externa de ductos).

12.

ANEXOS.

Los postes para señalamiento y/o registro deben cumplir con los requisitos que se establecen en los Anexos 12.1 a 12.5 de esta NRF, así como los siguientes: a)

Las grabaciones en las caras de los postes deben ser bajo – relieve.

b)

Los postes se deben pintar de color naranja y las grabaciones de color negro.

c) Los postes de concreto deben ser tipo V, con una resistencia a la compresión (f´c) igual a 150 kg/cm2 reforzados con varillas de 9,5 mm ( in) y estribos de 6,3 mm (¼ in).





Dispositivo terrestre para medir en poste de señalamiento y registro tipo “R” y “RA”.

Relleno de mortero de cemento y arena 1:1

50

74 26

Al ánodo

21

Al ánodo 25

25

110

Alambre calibre 12 AWG con doble forro, aislamiento de polietileno de alto peso molecular y PVC

15

15

34

Tubo conduit

Caja hueca dejada en el poste rellena de esmalte de alquitrán de hulla

Resistencia calibrada Tipo R.S. de 0,01 :

15 38

38 21

110

21

21

15 80

Soldadura de Estaño

Tubo conduit de 12,7 (½ in)

Al ducto

Al ducto Forro de cinta eléctrica de plástico para las partes embebidas de mortero

Acotación en mm

NOTA: El dispositivo con resistencia calibrada tipo RS “shunt” sólo se utiliza en sistemas de protección catódica con ánodos galvánicos y no se debe instalar en los postes que se utilizan exclusivamente para medición de potenciales.



NRF-047-PEMEX-2014



12.2 Poste de señalamiento y registro tipo “R”. Es tipo de poste se debe utilizar en sistemas de protección catódica para amojonamiento y registro de potenciales de ductos terrestres. 15 2,5

10

2,5

2,5

15 2,5

10

4 varillas de in

1

1

A’

1

36

A

1

5

10

8,5

2,5

1

5

5

2,5

5

CORTE A - A’

145

145

2,5

Tubo de /2 in

Estribos de ¼ in a cada 30

2,5

25

36

4 varillas de in

ELEVACIÓN

12.3

Acotaciones en cm CORTE

Grabado para poste de señalamiento y registro tipo “RA” para ductos terrestres.

Notas: La cara “A” se debe orientar hacia ductos, instalar una placa de aluminio bajo relieve las coordenadas geográficas UTM. La cara “B” debe indicar el km del ducto donde se localiza el poste. La cara “C” debe indicar el origen y destino del ducto. La cara “C1” se debe utilizar en ambas desviaciones. La cara “C2” se debe utilizar para localizar camas de ánodos. La cara “D” se debe utilizar para indicar los diámetros de las ductos.





2,5

4 10

3 7

12 18 20

#

22

7

32

3

7

3

56,5

7

A

7

3

1 5 8 + 5 5

3

3

2,5 5 2 32 5 2 5 2 5 22 3 5

59,5

P E M E X

54,5

22 5

2,5 5 3 7 3 7

12 1

7 3 7 22 7

2,5 5 22 7

2 5 2

7 3

54.5

5

P E M E X

2 4 0 + 5 5

COORDENADAS GEOGRÁFICAS

Placa de aluminio con coordenadas geográficas UTM

2 2 5 2 5 2

5

2

5

2

62

7

7

8

3 7

2,5 7,5

6,5

A

B Cara “C”, “C1”, C2

C

C1

C2

D

Cara “B”

Cara “A”

Cara “D”


Acotaciones en cm


NRF-047-PEMEX-2014



Poste de señalamiento y registro tipo “RA”.

Es tipo de poste se debe utilizar en sistemas de protección catódica como referencia para la inspección aérea y registro de potenciales en ductos terrestres.

75 45

3 alambrones de ¼ in a cada 18 cm

15

15

45

Placa de concreto armado (definitiva) 45

Placa de lámina provisional Caja cónica para recibir ancla de la placa de concreto

5 alambrones de ¼ in a cada 17 cm

Solera de 2 x in 45 Concreto 1:2:4

11

16

15

15

Registro de medición

9

19

4

150

370

250

Alambrón de ¼ in Tubo conduit ½ in Ø

Nivel de tierra

15

4 varilla de in a 9 cm y estribos a cada 35 cm

12

2 ganchos Fe de in cedula estándar

20 Acotaciones en cm


12.5

NRF-047-PEMEX-2014




Acabado y grabados para poste de señalamiento y registro tipo “RA”. 75

Grabados en la placa con acabado de mosaico en color negro sobre fondo naranja

45

5

5.5

18

18 5

18

5.5

5

Caja rectangular de 49 x 205 x 15 para embutir numeración de placas de azulejo Registro de medición Hasta nivel de tierra

Desarrollo de 5 caras del poste Tubo 2,6

1

150 hasta el nivel de tierra

3 4

Hasta el nivel de tierra

2

210

Grabados en el poste en cavorelieve

1

39

Cara hacia el origen

Registro para medición

Acotaciones en cm




12.6

Arreglo típico de un sistema de protección catódica a base de ánodos galvánicos.

12.6a

Ductos terrestres.

Agujero

Ducto Poste de conexión R o RA

Empalme de conexión con aislamiento

Variable

Alambre de cobre con doble aislamiento de HWDP y PVC

Soldadura por aluminotermia resane posterior con material aislante.

Variable

Ánodo

Ver Detalle Nº 1. Soldadura por aluminotermia

Variable


PLANTA Sin escala

Soldadura por aluminotermia

Ducto

0,8 m

Variable

Poste de conexión R o RA

Alambre de cobre con aislamiento de polietileno de alto peso molecular y PVC

4,5 m


Relleno producto de la excavación

Empalme de conexión con aislamiento

Ánodo de magnesio



Detalle Nº1. Soldadura por aluminotermia.

12.6b Estructuras en cabezales de pozos.






12.7

Arreglo típico de un sistema terrestre de protección catódica a base de corriente impresa.

12.8

Sistema de protección catódica con corriente impresa para proteger dos o más ductos.


Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios 12.8a



Detalle de circuito típico para una caja de conexión de ductos.

12.8b Detalle de circuito típico para una caja conexión de ánodos.

12.9

Vista lateral conexión típica de un ánodo galvánico en elemento estructural costafuera.



12.10



Vista transversal conexión típica de ánodo galvánico a elemento estructural costafuera.



12.11

NRF-047-PEMEX-2014



Distribución típica ánodos galvánicos a diferente elevación en subestructuras costafuera.

1

2

3

4

CORTE DEL PILOTE Y P.T. ELEV. (+7.315) ELEV. SUPERIOR DE SUBESTRUCTURA (+5.858) ELEV. DE REF. (+5.095)

NIVEL MEDIO DEL MAR + 0.000)

ELEV. DE REF. (-5.230)

ELEV. DE REF. (-24.384)

ELEV. DE REF. (-42.672)

LECHO MARINO ELEV. (-65.200)


P

P

P

P




Distribución típica ánodos galvánicos a diferente elevación en subestructuras costafuera.

1

1

B

A

PLANTA (ELEVACIÓN)

(Sin escala)


1

1




Instalación Típica de un ánodo de brazalete tipo molde cilíndrico en un ducto submarino.

Tipo

Placa de acero para sujeción

Redondo soldado a parte interna de núcleo de soldadura (tipo)

Núcleo de soldadura Recubrimiento anticorrosivo Ánodo prefabricado de aluminio

Ancho de muesca de 8 mm

8 mm (Tipo)

Placa de acero para sujeción Ducto

Ánodo prefabricado de aluminio tipo

Recubrimiento anticorrosivo

Corte A - A CL de ducto

Ver detalle - A

Isométrico

Tipo Núcleo de solera

Ánodo prefabricado de aluminio

Redondo soldado a pared interna de núcleo de solera (tipo)

A

A

Placa de acero para sujeción soldada al ducto solo en dirección circunferencial (doblar la placa a la curvatura necesaria

Ánodo de brazalete tipo molde cilíndrico


(Tipo)

Detalle - A




Instalación típica de un ánodo de brazalete tipo segmentado en un ducto submarino.

Tipo

Agarradera de placa de acero

Núcleo de solera


Ancho de muesca de 8 mm


8 mm (Tipo)

Placa de acero para sujeción Ducto

Ánodo prefabricado de aluminio tipo

Corte B - B


Isométrico

CL de ducto

50

Núcleo de solera 6 x 50 mm (tipo)


Abrazadera de placa de acero

B Placa de acero para sujeción soldada al ducto solo en dirección circunferencial (doblar la placa a la curvatura necesaria

Ánodo de brazalete tipo segmentado


B

(Tipo)




Medición de potencial estructura-electrolito en sistemas de protección catódica terrestres.

Circuito de conexión que se debe habilitar para medir potencial estructura-electrolito mediante un voltímetro en sistemas terrestres de protección catódica. Voltímetro digital

- 0,975

+ -

Electrodo de referencia de Cu/CUSO4

Estructura Electrolito (terreno o lacustre)

12.16

Medición de potencial estructura-electrolito en sistemas de protección catódica costafuera.

12.16a Subestructuras de plataformas marinas. Circuito de conexión que se debe habilitar para medir potencial estructura-electrolito mediante un voltímetro/multímetro en subestructuras de plataformas marinas.





12.16b Ductos ascendentes marinos. Circuito de conexión que se debe habilitar para medir potencial estructura-electrolito mediante un voltímetro/multímetro en ductos ascendentes marinos.

12.17

Requerimiento de planos para un sistema terrestre de protección catódica.

12.17.1 Plano de localización general-contenido. a) Escala: la misma de los plano de trazo y perfil (1:4000) con cuadrícula de coordenadas respectivas. b) Croquis de localización. c) Ubicación mediante liga topográfica con trazo del ducto, de los siguientes elementos: c1) Área para caseta y subestación eléctrica. c2) Polígono de cama anódica. c3) Polígono de ruta de cables. c4) Polígono de línea de transmisión eléctrica existentes y de proyecto. c5) Línea de transmisión eléctrica existentes, indicar tensión y propietario. c6) Camino o caminos de acceso existentes. c7) Acceso de proyecto, en caso que aplique. c8) Detalle conteniendo los primeros 3 elementos de esta relación. c9) Dibujo de sección transversal indicando profundidad, ancho de sección, componente, entre otros. c10) Elaborar esquemas de propietarios con el cuadro de construcción respectivo para trámite de afectaciones de las áreas a contratar.





12.17.2 Plano de cama anódica-contenido. 12.17.2.1 Detalles de excavación para alojar la cama anódica y postes de amojonamiento. a) b) c) d) e) f)

Título del detalle. Acotaciones en mm. Indicación del N.T.N. Indicación de postes tipo “RA” o “R”. Indicación de cortes de secciones transversales de la cama anódica. Indicación de la localización de celdas de referencia permanente, sí aplica.

12.17.2.2 Instalación de lecho anódico. a) Diagrama representativo de la conexión de los componentes principales de la protección catódica: cama anódica, ducto, rectificador, postes “RA” o “R”, caseta de protección del rectificador. b) Indicación del tipo y calibres de los conductores (+) y (-). c) Indicación del tipo de soldadura por utilizar. 12.17.2.3 Detalle de instalación de ánodos. a) b) c) d) e) f) g) h)

Título del detalle. Corte transversal de la cama anódica en forma representativa. Acotaciones en mm. Indicación de escala utilizada. Indicación del N.T.N. Indicación del tipo y calibres de los conductores primario y secundario por utilizar. Indicación del tipo de soldaduras que apliquen. Detalle típico de instalación de ánodos indicando relleno, tipo, diámetro y longitud del ánodo.

12.17.2.4 Cuadro de la composición química del ánodo. 12.17.3 Plano de interconexiones eléctricas-contenido. 12.17.3.1 Conexión eléctrica tipo I. a) b) c) d) e) f) g)

Rectificador-lecho anódico, rectificador-tubo-poste “RA”. Tipo de poste “R” o “RA”. Tipo y calibre de conductor (+) y (-). Notas que apliquen. Tipo de conexiones soldadas. Caseta de rectificador. Rectificador.

12.17.3.2 Detalles de los tipos de conexiones soldadas. a) b) c)

Tipo ta. Tipo ss. Tipo caja.





12.17.3.3 Conexión eléctrica tipo II. a) b) c) d) e) f) g)

tubo-poste “RA”. Indicación de la escala. Acotaciones en mm. Indicación del N.T.N. Detalle de ducto-conductor. Tipo y calibre del conductor. Detalle de caja de conexiones del poste “R” o “RA”.

12.17.3.4 Interconexiones con ductos para puntos de drenaje de corriente impresa. a) b) c) d) e) f)

Detalle “a”. Ductos a proteger por proyecto. Tipo de conector soldado al ducto. Tipo y calibre del conductor. Indicación del tipo de resina epóxica por utilizar en la protección de la soldadura. Corte del detalle “a”.

12.17.3.5 Tabla de tipos de soldadura. a) b) c) d) e) f) g) h)

Datos generales. Localización. Corriente del rectificador. Calibre del conductor primario (AWG). Tipo de soldadura. Molde (cartucho). Calibre de conductores. Cantidad de soldaduras.

12.17.3.6 Conexiones eléctricas tipo III para puenteo eléctrico de ductos, si aplica. a) b) c) d) e) f) g) h)

Ducto a proteger de proyecto. Indicación de ductos existentes que se puentean. Profundidad del conductor. Tipo y calibre del conductor. Acotaciones. Escala utilizada. Indicación del N.T.N. Indicación de las conexiones de la Caja Unión (sí aplica).

12.17.3.7 Cuadro de localización de interconexiones a) b)

Tipo I, II, III y IV; los que apliquen. Cantidad.





12.17.4 Plano de postes de señalamiento y registro tipo “RA”. 12.17.4.1 Detalle de construcción de poste de concreto tipo “RA” a) b) c) d) e) f) g) h) i)

Indicaciones de acotaciones. Indicaciones de la escala. Indicaciones de la caja de registro para dispositivo de conexión y medición. Indicaciones de dimensiones en mm. Indicaciones del nivel de terreno natural. Indicaciones de profundidad de la excavación. Indicaciones de las dimensiones de capuchón de concreto. Indicaciones del tipo y diámetro de tubería conduit ahogada en poste “RA”. Indicaciones del corte de armado del poste “RA”.

12.17.4.2 Detalles de grabado en caras del poste “RA”. a) b)

Dimensiones de letras en cada una de las caras (en mm). Indicación del número de cara.

12.17.4.3 Construcción de capuchón de concreto. a) b) c) d)

Detalle de corte (armado del capuchón vista de planta). Corte (armado y dimensiones del capuchón de concreto, vista lateral). Corte (armado de poste “RA”). Detalle (leyenda en capuchón de concreto vista de planta).

12.17.4.4 Conexión y medición en punto de drenaje con detalles de construcción e instalación de shunt. 12.17.5 Plano de postes de señalamiento y registro tipo “R”. 12.17.5.1 Construcción de poste de concreto para amojonamiento tipo “R” Elevación. a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)

Indicación de cortes que intervienen en este dibujo. Indicación de la caja de registro. Indicación de las acotaciones en mm. Indicación de la escala utilizada. Indicación de N.T.N. Corte (vista lateral de poste “R”). Acotaciones en mm. Indicar N.T.N. Indicación de la escala. Indicación de tubería conduit ahogada en poste.

12.17.5.2 Datos grabados en los postes de concreto tipo “R”. a) b) c) d) e)

Cara a; Cara b; Cara c; Cara c1; Cara c2; Cara d. Acotaciones en mm. Indicar N.T.N. Indicación de la profundidad de instalación. Indicación de las letras en cada una de las caras con acotaciones en mm.





12.17.5.3 Dispositivo de conexión y medición a) b) c) d)

Detalle de la vista frontal instalación de conductor tipo HMWPE-PVC. Detalle de la vista de perfil de la caja de conexiones incluyendo el shunt. Conexiones interiores del shunt en la caja de conexiones. Acotaciones en mm.

12.17.6 Plano constructivo y de instalación eléctrica de la caseta para rectificador. 12.17.7 Plano de subestación eléctrica. 12.17.8 Plano(s) de línea de distribución eléctrica. 12.17.9 Requerimientos de planos para un sistema de protección catódica marino. 12.17.9.1 Planos para ductos marinos. El plano debe incluir a) b) c)

Plano de localización del ducto marino. Diagrama típico de instalación de los ánodos en corte A-A, isométrico. Diagrama típico de distancia entre ánodos en la línea regular.

12.17.9.2 Planos para estructuras marinas. a) a1)

El plano debe incluir: Conexión del ánodo a elemento estructural, típico de elevación y elevación corte A-A.

b) b1) b2) b3) b4) b5) b6)

Distribución típica de los ánodos en la estructura de la plataforma en diferentes elevaciones: Elevación marco eje 1. Elevación marco eje 2. Elevación marco eje 3. Elevación marco eje 4. Elevación marco eje A. Elevación marco eje B.

c) c1) c2) c3) c4) c5)

Distribución típica de los ánodos en la estructura de la plataforma en diferentes plantas: Planta en elevación + 5.095 metros. Planta en elevación -5.230 metros. Planta en elevación -24.384 metros. Planta en elevación -42.672 metros. Planta en elevación -65.200 metros.

12.18

Medición del potencial instantáneo de apagado.

Se elimina la caída IR causada por la corriente de protección cuando se utiliza la técnica del potencial instantáneo de apagado. Los valores obtenidos se deben referir como potenciales instantáneos de apagado. Para tuberías enterradas, el potencial se debe medir con respecto a un electrodo de referencia, generalmente 1 segundo después de haber interrumpido la corriente de protección. Si la depolarización ocurre de manera rápida entonces los potenciales instantáneos de apagado se deben determinar por medio de un procesador de datos de alta velocidad.





El potencial instantáneo de apagado se debe medir con un instrumento de respuesta rápida. Los ciclos para los periodos encendido-apagado se debe elegir en función de evitar una depolarización significativa. Para una medición efectiva todas las fuentes de corriente del sistema de protección catódica se deben interrumpir simultáneamente. La figura 1 muestra el perfil de potenciales típico durante una medición potencialencendido o potencial-apagado y cómo el componente de la caída IR, que se genera al circular por el suelo la corriente de protección catódica, se puede eliminar para dar una lectura de potencial polarizado más real. Se debe evitar que otras fuentes de corriente directa, telúricas y de interferencia puedan influir en la medición y qué como consecuencia se obtengan resultados que no representen el potencial polarizado verdadero.

Figura xx. Diagrama de polarización de protección catódica 1 Caída IR 2 Polarización 3 Rectificador encendido 4 Potencial de corrosión 5 Potencial instantáneo de encendido X Tiempo Y Potencial estructura-electrolito, mV

6 Depolarización 7 Rectificador apagado 8 Potencial encendido 9 Potencial instantáneo de apagado 10 Potencial de depolarización (potencial de corrosión)




Instalación de ánodos galvánicos.

12.19a Instalación típica de ánodos galvánicos en monoboyas.






12.19b Instalación típica de ánodos galvánicos en muelles.

12.20

Instalación típica de sistema de protección a base de corriente impresa en muelles.




NRF-047-PEMEX-2014

Instalación de ánodos en cabezal de pozos.

PLANTA ESTRUCTURAL DEL CABEZAL .


SIN ESCALA





Instalación de ánodos galvánicos con sistema retroclamp con masa anódica integrada.

Detalle 2. Conexión rápida tipo retroclamp.





Instalación de ánodos galvánicos tipo barra trapezoidal en lecho marino.

ANODO DE ALUMINIO

SACOS DE ARENA-CEMENTO

Nota: El ánodo debe estar adyacente al ducto, a una distancia tal que se evite tensar el cable

12.24 Arreglo típico de un sistema terrestre de protección catódica a base de corriente impresa con ánodos de poliméro conductivo.

Longitud del circuito

Ducto Ánodo

Distancia Ducto - Anodo


NRF-047-PEMEX-2014

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