SUBDIRECCION DE TECNOLOGIA Y DESARROLLO PROFESIONAL UNIDAD DE NORMATIVIDAD TECNICA
ESPECIFICACION TECNICA PARA CONSTRUCCION DE OBRAS
INSTALACION DE SISTEMAS PARA PROTECCION CATODICA
(CATHODIC PROTECTION SYSTEMS)
P.3.0413.01 PRIMERA EDICION AGOSTO, 2000
INSTALACIÓN DE SISTEMAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA Primera Edición
P.3.0413.01: 2000 UNT
PREFACIO Pemex Exploración y Producción (PEP) en cumplimiento del decreto por el que se reforman, adicionan y derogan diversas disposiciones de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicada en el Diario Oficial de la Federación de fecha 20 de mayo de 1997 y acorde con el Programa de Modernización de la Administración Pública Federal 1995 - 2000, así como con la facultad que le confiere, la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del Sector Público, la Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las Mismas y la Sección 4 de las Reglas Generales para la Contratación y Ejecución de Obras Públicas y de Servicios Relacionados con las Mismas, expide la presente especificación la cual aplica a la instalación de sistemas para protección catódica. Esta especificación se elaboró tomando como base la tercera edición de la norma No. 3.413.01, emitida en 1990 por Petróleos Mexicanos, de la que se llevó a cabo su revisión, adecuación y actualización, a fin de adaptarla a los requerimientos de Pemex Exploración y Producción.
En la elaboración de estas especificaciones participaron: Subdirección de Región Norte Subdirección de Región Sur Subdirección de Región Marina Noreste Subdirección de Región Marina Suroeste Dirección Ejecutiva del Proyecto Cantarell Subdirección de Perforación y Mantenimiento de Pozos Coordinación Ejecutiva de Estrategias de Exploración Auditoría de Seguridad Industrial y Protección Ambiental Subdirección de Planeación Subdirección de Administración y Finanzas Subdirección de Tecnología y Desarrollo Profesional Unidad de Normatividad Técnica
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INSTALACIÓN DE SISTEMAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA Primera Edición
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INDICE DE CONTENIDO
Página
0.
Introducción..............................................................................
3
1.
Objetivo....................................................................................
3
2.
Alcance.....................................................................................
3
3.
Actualización…………………………………………………........
3
4.
Campo de aplicación................................................................
3
5.
Definiciones..............................................................................
3
6.
Referencias..............................................................................
4
7.
Abreviaturas.............................................................................
5
8.
Materiales.................................................................................
5
8.1
Anodos......................................................................................
5
8.2
Rectificador...............................................................................
6
8.3.
Subestación eléctrica...............................................................
7
8.4.
Conductores eléctricos.............................................................
7
8.5
Conectores y conexiones.........................................................
8
8.6
Soldadura.................................................................................
8
8.7
Postes de señalamiento y registro...........................................
8
8.8
Material para aislamiento y parchado......................................
9
8.9
Aislamientos eléctricos.............................................................
9
9.
Almacenamiento y transporte de materiales............................
9
10.
Camas anódicas.......................................................................
9
10.1
Instalación y conexión de ánodos de grafito............................
10
10.2
Instalación y conexión de ánodos galvánicos...........................
10
11.
Pruebas....................................................................................
11
12.
Inspección................................................................................
11
13.
Criterios de medición................................................................
12
14.
Bibliografía................................................................................
12
Figuras......................................................................................
13
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INSTALACIÓN DE SISTEMAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA Primera Edición
0.
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Introducción.
Pemex Exploración y Producción.
Dentro de las principales actividades que se llevan a cabo en PEMEX Exploración y Producción (PEP), se encuentran el diseño, construcción, operación y mantenimiento de las instalaciones para extracción, recolección, procesamiento primario, almacenamiento, medición y transporte de hidrocarburos, así como la adquisición de materiales y equipos requeridos para cumplir con eficiencia y eficacia los objetivos de la Empresa. En vista de esto, es necesaria la participación de las diversas disciplinas de la ingeniería, lo que involucra diferencia de criterios.
Unidad de Normatividad Técnica.
Con el objeto de unificar criterios, aprovechar las experiencias dispersas, y conjuntar resultados de las investigaciones nacionales e internacionales, Pemex Exploración y Producción emite a través del Area de Normatividad Técnica, esta especificación con el objeto de que sea aplicada en la instalación de sistemas para protección catódica.
Email:
[email protected]
1.
Dirección: Bahía de Ballenas # 5, 9° piso. Col. Verónica Anzures, México, D.F. C.P. 11300. Teléfono directo: 55-45-20-35 Conmutador: 57-22-25-00, ext. 3-80-80. Fax: 3-26-54
4.
Campo de aplicación.
Este documento normativo técnico aplica en todas las áreas de Pemex Exploración y Producción, en la que se instalarán sistemas de protección catódica.
Objetivo.
Este documento tiene como objeto la protección de estructuras metálicas enterradas y/o sumergidas expuestas a la corrosión.
5.
Definiciones
5.1
Corrosión.
Es la degradación de un material, generalmente un metal, debido a la reacción con el medio ambiente. 2.
Alcance. 5.2
Esta especificación establece los requisitos mínimos para la instalación de sistemas para protección catódica de estructuras metálicas enterradas y/o sumergidas.
3.
Protección catódica.
Es la técnica que controla la corrosión externa de material enterrado o sumergido, en contacto con un electrólito convirtiendo al metal en el cátodo de una celda electroquímica, mediante el paso de la corriente que proviene de un ánodo.
Actualización.
5.3 Recubrimientos anticorrosivos usados en protección catódica.
A las personas e instituciones que hagan uso de este documento normativo técnico, se solicita comuniquen por escrito las observaciones que estimen pertinentes, dirigiendo su correspondencia a:
Son los materiales y revestimientos, que se usan para prevenir la corrosión de una estructura metálica, por aislamiento del medio ambiente en que se encuentra.
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5.4
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5.13
Electrólito.
Es un conductor iónico de corriente directa. Se refiere al subsuelo o al agua en contacto con una estructura metálica enterrada o sumergida. 5.5
Es la unión de estructuras metálicas por medio de un conductor eléctrico, soldado por aluminotermia, con el fin de igualar su potencial estructuraelectrólito.
Cátodo. 5.14
Es el electrodo en el cual ocurre el fenómeno de reducción. 5.6
Anodo.
5.15
Anodo galvánico o de sacrificio.
5.16
Anodo inerte.
5.17
Cama anódica.
5.18
Rectificador.
Equipo para convertir la corriente alterna a corriente directa controlada.
Corriente de protección.
5.19
Es la necesaria para obtener los valores de potenciales de protección, de una estructura metálica. 5.11
Poste de señalamiento y registro.
Es aquél que indica la trayectoria y localización de las estructuras metálicas por proteger, sirviendo además para medir el potencial de la estructura al electrólito.
Es el grupo de ánodos inertes o galvánicos que forman parte del circuito de protección catódico. 5.10
Junta de aislamiento.
Elemento de material aislante que sirve para seccionar eléctricamente la estructura metálica por proteger.
Es aquél que no produce corriente eléctrica y su consumo no es directamente proporcional a la corriente de protección. 5.9
Material de relleno.
Material que envuelve al ánodo para reducir su resistencia de contacto con el terreno.
Es un metal con potencial normal de oxidación mayor que el de la estructura metálica por proteger, de tal forma, que al emitir corriente de protección se consume. 5.8
Resistividad del terreno.
Es la resistencia eléctrica específica de un terreno, se expresa en ohms-cm.
Es el electrodo en el cual ocurre el fenómeno de oxidación. 5.7
Puenteo.
Soldadura por aluminotermia.
Procedimiento para soldar conductores eléctricos a estructuras metálicas, consiste de una mezcla pulverizada de óxido de cobre, aluminio y pólvora, que se activa mediante una chispa.
Potencial de estructura al electrólito.
Es la diferencia de tensión, entre una estructura metálica enterrada o sumergida y un electrodo de referencia, en contacto con el electrólito. 5.12
6.
Referencias.
6.1
Norma DGN J-120-1970.
Polarización.
Es la magnitud de variación de potencial de circuito abierto de un electrodo, causado por el paso de una corriente eléctrica.
6.2 NOM-008 SCFI 1993 Sistema General de Unidades de Medida.
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7.
Abreviaturas.
NOM
Norma Oficial Mexicana.
PEP
Pemex Exploración y Producción.
AWS
Sociedad Americana de Soldadura.
8.
Materiales.
8.1
Anodos.
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∅ X
60” Long.
3”
∅ X
60” Long.
Uso: terreno severo, agua salada. 8.1.1.2.2 Anodos de acero al alto silicio y cromo. Se fabrican en forma cilíndrica, en las siguientes dimensiones.
El diseño de un sistema de protección catódica debe considerar el uso de ánodos inertes y/o galvánicos. 8.1.1
2”
1.5” ∅ X
9”
Long.
2”
∅ X
9”
Long.
1”
∅ X
30”
Long.
1.5” ∅ X
30”
Long.
∅ X
30”
Long.
2”
Anodos inertes.
Los ánodos inertes más comunes son:
Uso en condiciones de alta agresividad.
8.1.1.1
8.1.1.3
Anodos de grafito.
Anodos de plomo-plata.
El grafito es el material más empleado para la instalación de dispositivos anódicos en tierra, por su gran conductividad y bajo consumo, en la mayoría de los suelos.
El plomo aleado con 6% de antimonio y 1% de plata, presenta una gran resistencia al desgaste, al tolerar altas densidades de corriente. Se fabrican en diversos pesos y medidas.
Se fabrican en forma cilíndrica, en las siguientes dimensiones.
Usos: en agua de mar.
3” ∅ 60” Long.
8.1.1.4
4” ∅ 80” Long.
El platino siendo un buen conductor, presenta un consumo prácticamente nulo a cualquier densidad de corriente. Pero debido a su alto costo, su uso es muy restringido.
Uso en todo tipo de suelos. 8.1.1.2
Anodos de acero al alto silicio. Uso: en forma de recubrimiento sobre otro metal base, como la plata o el titanio.
Este tipo de ánodos se producen en dos aleaciones de acero al alto silicio, cuyas características son:
8.1.2
8.1.1.2.1 Anodos de acero al alto silicio.
∅ X 1.5” ∅ X
Anodos galvánicos (de sacrificio).
Este tipo de ánodos sirven como fuente de energía, en particular, cuando no es posible obtener energía eléctrica con facilidad o en las que no es conveniente o económico instalar líneas de energía para este propósito, lo materiales que más se utilizan como ánodos galvánicos son el magnesio, el aluminio y el zinc.
Se fabrican en forma cilíndrica, en las siguientes dimensiones. 1”
Anodos de platino.
60” Long. 60” Long.
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8.1.2.1
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Anodos de magnesio.
8.1.3.2
Se fabrican en diversos pesos y medidas, incluyendo cintas, los hay de los siguientes pesos en libras: 2, 7, 5, 9, 15, 17, 32, 48, 100, las cintas tienen un peso promedio de 0.22 libras por metro lineal y se surte en rollos de 300 m de longitud. El magnesio es el material más utilizado como ánodo galvánico.
En estos casos se puede usar como material de relleno, como la composición que a continuación se indica. Material
Uso: principalmente para proteger estructuras enterradas, tanques, condensadores, etc. 8.1.2.2
Para ánodos galvánicos.
Anodos de aluminio.
Peso en %
Yeso seco en polvo.
75
Bentonita seca en polvo
20
Sulfato de sodio anhidro.
5
Agua para saturar la mezcla. Se fabrican en diversos pesos y medidas: los hay de los siguientes pesos en libras: 15, 12, 21, 23, 26, 30, 39, 48, 60, 90, 100, 120, 175 y 240.
Cantidad de relleno por ánodo: Peso de ánodo (lbs)
Uso: para proteger estructuras sumergidas que operan a altas temperaturas, plataformas marinas. 8.1.2.3
Anodos de zinc.
Este tipo de ánodos se fabrican con zinc de alta pureza, (99.99%), en diversos pesos y medidas con alma de tubo, varilla o patín de solera galvanizada, para su instalación los hay de los siguientes pesos en libras: 5, 12, 23, 24, 30, 48, 50, 60, 150 y 250.
8.2
30
32
35
48
52
Rectificador.
8.2.1 El rectificador de corriente alterna es el tipo de fuente de corriente directa comúnmente empleado para protección catódica, por su capacidad prácticamente ilimitada de potencia, tensión y corriente.
Materiales de relleno. (Back fill). Generalmente se alimenta de corriente alterna de baja tensión (110/220/440 V.C.A.) monofásica o trifásica.
S utilizan para envolver los ánodos con el fin de reducir su resistencia de contacto con el suelo. 8.1.3.1
17
Los ánodos en forma de brazalete o de cinta no requieren de relleno.
Usos: en forma de brazalete para proteger estructuras sumergidas, tuberías de acero desnudas en suelos de baja resistividad, cascos de barcos, etc. 8.1.3
Cantidad de relleno (lbs)
Para ánodos inertes.
En el proyecto se deben indicar las características eléctricas, de construcción, de operación e instalación, procurando seleccionar la unidad más simple posible para su aplicación particular.
En estos casos se usa como material de relleno carbón de coque triturado, cuya granulometría debe cumplir lo siguiente:
Deben preferirse unidades monofásicas a las trifásicas por facilidad de mantenimiento y ajuste.
Debe pasar 100% por la malla No. 6. Debe pasar 40% por la malla No. 14.
Las unidades trifásicas deben seleccionarse, donde el costo de energía eléctrica sea significativo.
El material restante debe desecharse.
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protección contra el medio ambiente y sus características las debe marcar el proyecto.
Es importante que el rectificador tenga un enfriamiento adecuado, por lo que debe instalarse lejos de cualquier fuente que irradie calor o circule aire o gases calientes, así como también lejos de fuentes que tengan descargas corrosivas que pudieran atacar a la unidad, especialmente si es enfriado por aire.
8.3
Cuando se selecciona un sistema de protección catódica a base de corriente impresa, es necesario contar con una subestación eléctrica, fuente de alimentación de corriente alterna para el rectificador.
El enfriamiento por aceite debe seleccionarse en áreas donde la atmósfera es muy corrosiva o en áreas donde hay mucho polvo.
La subestación se debe seleccionar, considerando las características de la línea de transmisión eléctrica de baja tensión más cercana a la estructura por proteger.
Se debe seleccionar el banco de rectificación apropiado, considerando que los bancos de selenio son generalmente más baratos y más susceptibles a sobrecargas de tensión.
Una subestación eléctrica consiste básicamente de:
El silicio puede ser la mejor elección en unidades de gran capacidad, particularmente aquellas con elevadas salidas de tensión. El silicio es más susceptible a sobrecargas de corriente que el selenio. El gabinete rectificador independientemente del tipo de enfriamiento debe conectarse a tierra. El tablero de control rectificador debe ser fácil acceso y debe constar fundamentalmente de: •
Terminales de corriente alterna.
•
Terminales de salida de corriente directa.
•
Elementos de sobrecargas.
•
Elementos para regular las condiciones de operación (amperímetro y voltímetro de corriente directa).
•
Elemento de protección para descargas atmosféricas. En la figura 1 se puede ver una instalación típica de un rectificador monofásico enfriado por aire.
8.2.2
alimentación
protección
Subestación eléctrica.
para
•
Transformador.
•
Cuchillas desconectadoras.
•
Protecciones para corto circuito, fusibles, apartarrayos.
•
Herrajes.
•
Poste.
8.4
Conductores eléctricos.
Los calibres y tipos de forro de los conductores eléctricos que intervienen en un sistema de protección catódica, deben seleccionarse de acuerdo a la resistencia y capacidad de conducción de corriente, que requieran.
contra
El cable anódico debe ser de doble forro e impermeable. El cable catódico se recomienda sea del mismo tipo que el cable anódico.
Caseta.
8.5
Conectores y conexiones.
8.5.1
Para ánodos inertes.
Se deben utilizar conectores bipartidos, de alta resistencia, esta conexión debe ser aislada con resina epóxica líquida. (Ver figura 2).
El rectificador seleccionado para un sistema de protección catódica debe contar con una caseta de
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8.5.2
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Para ánodos galvánicos.
Se deben utilizar conectores de resorte para unir el cable de los ánodos galvánicos con la estructura metálica por proteger y la conexión debe aislarse con mastique eléctrico y cinta adhesiva de plástico. (Ver figura 3). 8.6
En ánodos que para su fijación cuenten con alma o soportes metálicos, el alma o soporte, debe soldarse a la estructura por proteger, de acuerdo a AWS A.3.061.
•
En la protección del interior del fondo de tanques de almacenamiento, el alma del ánodo debe soldarse al fondo del tanque, de acuerdo a AWS A.3.061.
•
En la instalación de ánodos prismáticos con alma de tubo galvanizado, así como soportes especiales de acero o fierro galvanizado, dichas almas o soportes, se deben soldar a la estructura por proteger.
•
En donde lo indique el proyecto. Postes de señalamiento y registro.
Soldadura.
8.6.1 La soldadura por aluminotermia se debe emplear en las conexiones siguientes: •
•
Entre el elemento de medición del poste de registro y amojonamiento y la estructura por proteger.
•
Entre el cable catódico y la estructura por proteger.
8.7
•
Entre las terminales de conexión de los ánodos tipo brazalete y la estructura por proteger.
Se usan en sistemas de protección catódica para tuberías enterradas principalmente, los hay de dos tipos “R” y “RA”.
•
En puenteos. (Ver figura 4).
•
En donde lo indique el proyecto.
Los postes deben ser de concreto proporción 1:2:4 cemento-arena-grava, reforzados con varillas de 3/8 pulg. y estribos de 1/4 pulg., deben contar con un dispositivo de medición de acuerdo a la figura 5.
A las soldaduras efectuadas por el procedimiento de aluminotermia se les debe aplicar una “carga”. La cual debe estar en función del calibre del conductor, según lo indica la siguiente tabla. Calibre No. 14 12 10 8 6 4 2 1 1/0 2/0 8.6.2
Las grabaciones en las caras de los postes deben ser hechas en cavo-relieve, del tipo, proporciones y distribuciones similares a lo indicado en las figuras 7 y 9.
Carga No. 15 15 15 15 15 25 25 32 45 65
Los postes deben ser pintados de color naranja o del color que indique el proyecto y las grabaciones de color negro. Los datos grabados en los postes son específicos para cada ducto y deben recabarse antes de su construcción. 8.7.1
Poste tipo “R”.
Se usa como amojonamiento y registro para protección catódica (ver figuras 6 y 7). 8.7.2
Soldadura eléctrica.
Poste tipo “RA”.
Se usa para inspección aérea y registro para protección catódica (ver figuras 8 y 9).
La soldadura eléctrica se debe emplear bajo las condiciones siguientes:
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En este caso se deben instalar en todos aquellos puntos donde la tubería por proteger, tiene contacto con otras estructuras metálicas o de concreto, con el propósito de lograr un buen aislamiento entre ellas.
Se deben instalar con espaciamientos de 5 kilómetros, a lo largo del derecho de vía de la(s) tubería(s) por proteger, o donde lo indique el proyecto. 8.8
Material para aislamiento y parchado. Los aislamientos eléctricos que más se utilizan en las instalaciones de Pemex Exploración y Producción, son juntas aislantes tipo monobloc para tubería (figura 10), juntas aislantes para bridas y aislantes para soportería, las cuales deben ser instaladas durante la construcción de la línea. (Ver figuras 11 y 12).
8.8.1 Para estructuras metálicas enterradas y exterior de fondos de tanques. El resane y aislamiento de la conexión a la estructura por proteger, debe hacerse con cualquiera de los siguientes materiales. •
•
Mastique eléctrico, sometido al método de prueba de rigidez dieléctrica de materiales aislantes, de la Norma DGNJ-120-1970, en cantidad suficiente para recubrir el área que se preparó para hacer la conexión y suficiente también para recibir el material de la soldadura. Sobre el mastique eléctrico se debe colocar un pedazo de cartón asfáltico que evite la contaminación por el terreno.
Cuando se trate de aislar conexiones que van a quedar sumergidas, debe usarse el recubrimiento para zonas de mareas y oleajes, según la Norma Pemex 4.411.01 o el material y procedimiento que el proyecto indique.
9. Almacenamiento materiales.
Esmalte de alquitrán de hulla, a una temperatura tal que permita su aplicación en forma de película continua, hasta cubrir el área que se pretenda aislar.
estructuras
de
Los materiales que resulten defectuosos de deben desechar.
metálicas
El material de aislamiento y parchado que se debe utilizar en zona de mareas y oleajes, es el indicado en la especificación PEP P.3.0351.01, en cantidad suficiente para resanar la protección anticorrosiva y aislar la estructura por proteger. 8.9
transporte
Los materiales mencionados deben ser almacenados a cubierto, en lugares en que no transiten personas ni vehículos sobre de ellos y donde no pueden ser contaminados por sustancias, que alteren sus condiciones de aplicación.
Cinta aislante de plástico, sometida al método de prueba de rigidez dieléctrica de materiales aislantes, de la Norma DGN-J-120-1970. 8.8.2 Para sumergidas.
y
10.
Camas anódicas.
Existen básicamente tres tipos distintos de lechos de puesta a tierra, que se pueden usar en sistemas de corriente impresa, el proyecto debe indicar el tipo de instalación a utilizar.
Aislamientos eléctricos.
Los aislamientos eléctricos son necesarios por lo general en todas las estructuras metálicas protegidas catódicamente, para evitar fugas de corriente de protección.
•
En la protección catódica de tuberías es donde encuentran su mayor aplicación.
9/24
Lecho de puesta a tierra remoto. Se usa generalmente para la protección de tuberías desnudas y con recubrimiento, cuando se desea obtener un alcance distante con la corriente protectora. Con este tipo de instalación, los problemas de interferencia son mayores, así como los
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•
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costos de derecho de vía para la instalación.
En la figura 13 se puede ver un arreglo típico de esta instalación.
Lechos de puesta a tierra con ánodos distribuidos a lo largo de la tubería. Este sistema tiene gran eficacia para la protección de tuberías desnudas en ambientes altamente corrosivos, cuando la cantidad de corriente requerida es muy alta o cuando la posibilidad de interferencia es un factor primordial.
10.1 Instalación y conexión de ánodos de grafito.
También se utiliza este tipo de distribución para la protección de sistemas de tuberías y otras estructuras, tales como las que se encuentran en las estaciones de bombeo, áreas de tanques de almacenamiento y terminales de tubería.
a.
Para un sistema de protección mediante corriente impresa, la colocación de los ánodos debe hacerse de acuerdo a lo indicado en el proyecto, en cuanto a localización de la instalación y separación de los ánodos entre sí.
b.
La instalación de los ánodos de grafito puede verse en las figuras 14 y 14 A.
10.2 Instalación y conexión de ánodos galvánicos.
En estos casos, los ánodos se instalan en puntos diversos y sin seguir un patrón geométrico. El propósito de esta instalación es el de vencer el efecto de apantallado, que una estructura puede tener sobre otra.
Para estructuras metálicas enterradas (tuberías) exterior de fondos de tanques. Es aconsejable instalar los ánodos galvánicos en el terreno con la resistividad más baja, siempre y cuando este terreno se encuentre en las cercanías de la estructura a proteger. Los ánodos deben instalarse en lugares donde se facilite la retención de la humedad. Es preferible instalar los ánodos en lugares bajos cerca de riachuelos o zanjas y no en lugares elevados. Los ánodos galvánicos deben alojarse en los agujeros que para el caso se han practicado, de dimensiones suficientes para que el ánodo quede cubierto por una capa de material de relleno, con un espesor mínimo de cinco centímetros en su periferia, pueden ser preempaquetados, los cuales ya se suministran con el relleno dentro de un paquete poroso o pueden suministrarse individualmente en donde el ánodo y el relleno hay que instalarlos separadamente.
El costo de esta instalación es aproximadamente el doble que el de tipo remoto, pero debido a que la resistencia del circuito es menor, el costo de la energía requerida por el rectificador disminuye. • Lecho de puesta a tierra profundo. Esta instalación puede utilizar, cuando la resistividad del electrólito cerca de la superficie del terreno sea muy alta, o que la interferencia que se cause a tuberías ajenas con un lecho de puesta a tierra remoto sea crítica, también se puede utilizar cuando sea problemático obtener el permiso de afectación para instalación. Esta instalación se lleva a cabo en un pozo taladrado a profundidades, que pueden llegar a un valor de varios cientos de metros. Para reducir la interferencia en estructuras ajenas, la porción superior de la instalación no debe descargar corriente al electrólito, (tubo plástico, tubo de acero con recubrimientos, etc.).
En el caso de ánodos preempaquetados, la instalación es más sencilla pues el paquete total se instala en la zanja (horizontal) o el agujero (vertical) que se hizo para su instalación. Sólo se requiere suministrar agua al paquete del ánodo después de colocado en su lugar. Para lograr que el ánodo inicie el suministro de corriente. (Ver figuras 15 y 16).
El costo de este tipo de instalación es generalmente mayor que el de una instalación equivalente de tipo remoto. Se tiene como inconveniente, que es muy difícil repararla en el caso de una falla del lecho de puesta a tierra.
Para estructuras metálicas sumergidas (tubería) e
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La corriente de protección debe tener un valor aproximado al indicado en el proyecto.
interior de fondos de tanques. 10.2.1 Los ánodos para protección de tuberías sumergidas e interior de fondos de tanques de almacenamiento, deben llevar un alma de solera o de algún perfil estructural galvanizado.
Si el sistema de protección es a base de corriente impresa, debe obtenerse un perfil de potenciales de protección, efectuando las mediciones en los postes de amojonamiento y registro.
Pueden llevar también soportes de fierro estructural o de algún acero en especial. Dichos soportes deben especificarse en el proyecto.
Mediciones de potencial. Para las mediciones de potencial entre la estructura por proteger y el terreno en que está se encuentre alojada, debe usarse un electrodo de cobre/sulfato de cobre saturado, para completar el circuito a través del terreno.
10.2.2 El alma o los soportes de los ánodos deben soldarse al elemento por proteger. 10.2.3 La colocación de los ánodos de sacrificio tipo brazalete para protección de tuberías sumergidas, debe hacerse removiendo el revestimiento de concreto, dejando una cavidad de longitud aproximada al ancho del brazalete, con una tolerancia máxima de un centímetro y procurando no dañar el recubrimiento anticorrosivo. En caso de que así suceda, dicha protección se resanará o restituirá.
Para mediciones de potencial de estructuras sumergidas, debe emplearse un electrodo de plata/cloruro de plata, para completar el circuito a través del agua. Para medir potenciales entre la estructura por proteger y el medio en que ésta se encuentre alojada, se debe usar un voltímetro para corriente directa, con resistencia interna mínima de 1000 ohms por volt.
10.2.4 El brazalete debe colocarse sobre el recubrimiento anticorrosivo y las puntas de conexión, debe unirse a la tubería con soldadura por aluminotermia, por el procedimiento que el proyecto indique.
12.
La inspección durante la construcción de un sistema de protección catódica, es una fase crítica. El sistema mejor diseñado si no es instalado adecuadamente, no logrará el objetivo.
10.2.5 Para plataformas marinas se recomienda fundir el metal del ánodo, (zinc o aluminio), alrededor de un soporte de tubería gruesa y estos soportes se sueldan a la estructura cuando la misma está siendo construida.
11.
Inspección.
El inspector debe estar capacitado para llevar a cabo las siguientes funciones: 12.1 Seguir los lineamientos de diseño durante la construcción del sistema de protección catódica.
Pruebas.
12.2 Entrenar, si es necesario, al personal de construcción en los métodos requeridos para implementar el diseño.
Antes de llevar a cabo la instalación de un sistema para protección catódica, debe obtenerse un perfil de potenciales naturales de la estructura por proteger, las mediciones deben efectuarse en los lugares donde quedarán localizados los postes de amojonamiento y registro. Las variantes que se presenten deben indicarse en el proyecto, cuando concluya la instalación del sistema de protección catódica, debe verificarse la continuidad del circuito.
12.3 Verificar que las instalaciones estén de acuerdo con las especificaciones. 12.4 Hacer modificaciones menores, sin afectar el funcionamiento del sistema, en caso de imprevistos en campo.
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12.5 Efectuar las pruebas y mediciones necesarias, para el correcto funcionamiento del sistema de protección catódica.
13.
P.2.413.01
Sistemas de Protección Catódica.
P.3.0351.01
Aplicación e recubrimientos anticorrosiva.
P.3.121.02
Excavaciones.
P.3.121.03
Cortes.
P.3.121.04
Rellenos
P.3.135.02
Elaboración, Transporte, Colocación, Capacitación, Acabado y Curado de Concreto.
Criterios de medición.
13.1 Localización de tuberías enterradas y sumergidas. Unidad: Kilómetro, con aproximaciones a tres decimales. 13.2 Excavaciones. Unidad: Metro cúbico, se cuantifican en base a los volúmenes de material extraído y las características del material de que se trate. 13.3
Rellenos: Unidad: Metro cúbico.
13.4
Instalación de ánodos. Unidad: Anodo.
Normas Pemex
13.5 Instalación de postes de señalamiento y registro. Unidad: Pieza. 13.6
Conexiones. Unidad: Conexión.
13.7
Instalación de rectificador. Unidad: Pieza.
3.251.01
Instalaciones de Subestaciones de Baja Potencia.
3.421.01
Sistema de Transporte de Petróleo por Tubería (Partes I, II y III).
14.2 13.8 Instalación Unidad: Pieza. 13.9
inspección de para protección
de
subestación
Manual de procedimientos generales.
Pemex Sección Prevención de Corrosión Gerencia de Producción.
eléctrica.
14.3 Corrosion and lts Parker the oil and gas journal.
Cable de cobre. Unidad: Metro.
14.4 Control Peabody.
13.11 Construcción de caseta para rectificador. La obra civil e instalación eléctrica que requiera la construcción de la caseta deben estar de acuerdo a las especificaciones PEP aplicables.
14.5 Corrosion control handbook. Petroleum Engineer Pipeline and Gas Journal, petr/chem. Engineer.
Bibliografía.
14.1
Especificaciones PEP.
P.2.411.01
Sistemas Anticorrosiva.
corrosion-A.W.
14.6 Recommended practice. Corrosion control on steel, fixed offshore platforms associated with petroleum productor. 14.7
de
pipeline
l.
13.10 Puenteo con alambre de cobre. Unidad: Puenteo.
14.
of
control-marchall
Protección
12/24
Corrosion basics. Nace.
INSTALACIÓN DE SISTEMAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA Primera Edición
P.3.0413.01:2000 UNT
Rectificador monofásico
Rectificador monofásico
Condulet Condulet Amp
Volt
Taps gruesos Int. termomagnético
Tubo conduit C 40 1" ∅ Taps finos Fusibles Tuerca unión UNY 1" ∅
Base metálica con ángulo 1- 1/2"
20 cm.
Tubo conduit C 40 1" ∅
Dado de concreto 15 x 15 x 10 cm
Nivel de piso
Nivel de piso 10 cm
Registro de tierra
10 cm
15 cm.
10 cm
Varilla Copper Weld 16 mm ∅ 3.05 m Long
Cable de cobre desnudo cal. No. 2 AWG
Concreto coloreado de 15 x 15 cm
Vista Frontal
15 cm.
Vista lateral derecha
Vista lateral
Figura 1. Rectificador monofásico enfriado por aire.
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INSTALACIÓN DE SISTEMAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA Primera Edición
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La conexión debe aislarse con resina epóxica líquida
A rectificador
A siguiente ánodo
Cable del ánodo
Figura 2. Conector bipartido de alta resistencia.
Tubería por proteger
Parcheo posterior a la soldadura con material aislante
Poste de señalamiento y registro
Alambre de cobre Tipo AWG-TW
Al ánodo o grupo de ánodos Soldadura por aluminotermia Planta S/Esc.
Conector de resorte aislamiento con mastique eléctrico y cinta plástica Poste de señalamiento y registro
Soldadura por alumino termia
0.8 m
Variable
Nivel de piso
Alambre de cobre tipo AWG--TW
Al ánodo o grupo de ánodos Tubería por proteger Alzado S/Esc.
1.25 m
Figura 3. Instalación de postes de amojonamiento y registro con ánodos.
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INSTALACIÓN DE SISTEMAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA
2
0.8 mts. Constante
Variable
Alambre de cobre No 12 T.W.
Variable
Variable
P.3.0413.01:2000 UNT
Variable
Primera Edición
2 1
1 1 1
N
O
T
A
S
1. Soldaduras por aluminotermia, cuando el alambre se desarrolle en ambos sentidos se debe utilizar crisol de paso, soldando las dos secciones de alambre al tubo en una sola operación. 2. Cualquiera de los dos extremos del puente, puede prolongarse cuando sea necesario conectarlo a otra instalación (poste, ánodo, cinta, etc.).
Figura 4. Puenteo eléctrico de tuberías.
50
26
Relleno de mortero de cemento y arena 1:1
74
15
110
Derivación Tipo R.S. de 0.01?
Caja hueca dejada en el poste rellena de esmalte de alquitrán de hulla
Alambre No. 12 T.W.
15
15
21
38
80
38 21
110
21
21
15
Soldadura de estaño
34
Tubo conduit
Al ánodo 25
Tubo conduit de 1/2" (12.7)
A la tubería
25 Forro de cinta eléctrica de plástico para las partes embebidas del mortero
Acot. en mm.
Figura 5. Dispositivo de medición para poste de señalamiento y registro tipo “R” y “RA”.
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P.3.0413.01:2000 UNT
15 15 10
2.5
10
2.5
2.5
2.5
2.5
10
2.5
36
A´
A
10
15
11
5
10
8.5
4 vars. de (3/8")
2.5
Tubo de (1/12")
5
5
Estribos de (1/4") cada 30 cm.
145
145
5
Corte A-A'
2.5
25
36
4 vars. de (3/8")
Acot. en cm Elevación
Corte
Acot. en cm.
Figura 6. Poste de señalamiento y registro tipo “R”.
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P.3.0413.01:2000 UNT
3
Cara "B"
7 7
3
4 10
3
56.5
7
#
3
32
7
1 5 8 + 4
3 A
3
"
7
0
Cara "A"
12 18 20
22
5 2 2 3 5 2
54.5
5 2 5 5 2 3 2 2 2
M E X
Cara "C", "C",C" 2 1
2.5
2.5 5
2.5 5 7 3 7
59.5
1 2 1 7 3 7 7
3
7
54.5
3 7 5 2 2 7
P R
2 2
X
2 2
7 5
P E M E
2 4 0 + 5
2 2
5
2
5
2
5
2 5
2
62.0
3
8
7
5
7.5
2.5
2.5
10
Cara "D"
Acot. en cm
A
B
C
C1
C2
D
La cara "A" se debe orientar hacia las tuberías para proteger. La cara "B" debe indicar el kilometraje del lugar donde se localiza el poste. La cara "C" debe indicar el origen y final del conducto por proteger. La cara "C1 " se debe utilizar en ambas desviaciones. La cara "C2" se debe utilizar para localizar camas de ánodos galvánicos. La cara "D" se debe utilizar para indicar los diámetros de las tuberías por proteger.
Figura 7. Grabados para poste de señalamiento y registro tipo “R”.
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P.3.0413.01:2000 UNT
75
45 15
45
45
15°
Placa de concreto armado (definitiva).
3 Alambrones de 1/4" (0.64) a cada 18 cm. Placas de lámina provisional
Caja cónica para recibir ancla de la placa de concreto
5 Alambrones de 1/4" (0.64) a cada 17 cm.
4 var.3/8" (0.95) a 9 cm.y estribos cada 35 cm.
Solera de 2"x1/8" (5.1 x 0.32) 16
11
45
Concreto 1: 2: 4: 15°
Registro de medición
15°
9
19
4
Alambrón 1/4" (0.64)
Tubo conduit 1/2" ∅ (1.27) 250
370
150
15
2 ganchos Fe de 3/8" (0.95) cda. std
Nivel de tierra
Acotaciones en cm. 120
Salida del tubo a 30 cm del extremo superior
20
Figura 8. Poste de señalamiento y registro tipo “RA”.
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P.3.0413.01:2000 UNT
75
Grabados en la placa con acabado de mosaico en color negro sobre fondo naranja.
2
3 4
5
210
Grabados en el poste en cavorelieve
Hasta el nivel de tierra
1
39
45
Cara hacia el origen
Acotaciones en cm. 5.5
18
5
18
5
5.5
18
Caja rectangular de 49 x205x15 mm. para embutir numeración de placas de azulejo.
Registro para medición
150 hasta el Nivel de tierra
Hasta el nivel de tierra
Desarrollo de 5 caras del poste Tubo conduit 2.6
15
Registro para medición
Figura 9. Acabados y grabados para poste de señalamiento y registro tipo “RA”.
Junta monobloc
DUCTO
Trampa de envio de diablos
Junta monobloc
Trampa de recibo de diablos
Figura 10. Junta aislante monobloc.
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P.3.0413.01:2000 UNT
Aislante (neopreno) mínimo 1/4" de espesor
Abrazadera
A
Abrazadera
Tubo Roldana de acero y roldana aislante
Tubo
Tornillo de anclaje Tornillo de anclaje
Aislante (neopreno) mínimo 1/4" espesor
A´ CORTE A-A´
VISTA LATERAL
S/esc.
S/esc.
Figura 11. Aislamiento en apoyos y abrazaderas.
7
1
6
2
5
3
4
2
4
5
6
7
8 3 8
N
O
T
A
S
1
Tuerca hexagonal
2
Brida de acero
3
Empaque aislante
4
Chaqueta aislante de P.V.C.
5
Roldana aislante
6
Roldana de acero
7
Espárrago de la brida
8
Tubo
- Apretar las tuercas justamente lo necesario. - Las caras de la brida deben quedar paralelas. - No dejar ningún dispositivo auxiliar para alinear el empaque en el interior del tubo o entre bridas. - Limpiar perfectamente los asientos de las bridas.
Figura 12. Aislamiento en bridas.
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1
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P.3.0413.01:2000 UNT
Nivel de piso
Ventilado y tapa registro de seguridad
Rectificador
-
Tubo soporte
+
Tubo soporte
Anodo grafito Tubería protegida
Atado a tubo soporte
Grava mediana Carbón de coque
Variable
Carbón de coque
Acot. en metros 0.3
Figura 13. Instalación de cama anódica del tipo profundo.
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P.3.0413.01:2000 UNT Nivel de piso
Relleno con suelo natural o grava
Al ánodo siguiente
Capuchón de neopreno
0.75
0.75
1.0
Relleno coque grado metalúrgico triturado y compactado 1/2" ∅ max.
0.45
8.5
0.45
0.5
1.5
0.6
0.8
1.5
Conector bipartido compacto, aislado con resina epóxica líquida
3.3
principal
Anodo
Cable principal
Cable
Anodo
0.8
Al rectificador
Anodo de grafito de 3" ∅ x 60"L 1.0
0.3
0.3
10.0
CORTE LONGITUDINAL
CORTE TRANSVERSAL
0.3 ALZADO
Acot. en metros
Figura14. Dimensiones de la excavación para sembrar ánodos de grafito e instalación.
Conector bipartido compacto aislado con resina epóxica líquida
Nivel de piso
80
Relleno con suelo natural o grava
Cable principal
80
Al siguiente ánodo
Capuchón de neopreno
30
Relleno de coque grado metalúrgico triturado y compactado 1/2" ∅ max. 30
152
30 Anodo de grafito de 2" ∅ x 60" L ó 3" ∅ x 60" L
Acot. en cm. Acot. en cm
Figura 14-A. Instalación de ánodos para corriente impresa en posición horizontal.
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P.3.0413.01:2000 UNT
Agujero
Tubería por proteger
Variable
Anodo
Variable
Conector de resorte
Alambre de cobre TW forrado
Variable
Soldadura por aluminotermia parcheo posterior con material aislante
PLANTA
Nivel de piso Soldadura por aluminotermia
Relleno compacto
0.8 m
Variable
Sin Esc.
Conector de resorte
Alambre de cobre preforrado Tubería por proteger
Anodo de magnesio 25 m
ELEVACION Sin Esc.
Figura 15. Instalación de grupos de ánodos de magnesio.
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P.3.0413.01:2000 UNT
Cinta de magnesio
Tubería por proteger
Alma de acero (Alambre No. 11)
Soldadura por aluminotermia aislamiento posterior con el mismo tipo de recubrimiento empleado en la tubería Alambre de cobre AWG-TW
Soldadura de cobre por aluminotermia aislamiento posterior. Mastique eléctrico y cinta adhesiva de plástico
Alambre de cobre AWG-TW
Zanja
Relleno compactado 0.80 m.
Variable
Planta
Soldadura de cobreS/Esc. Nivel de piso por aluminotermia
Cinta de magnesio
25 m.
Elevación S/Esc.
Figura 16. Instalación de cinta de magnesio.
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