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VALORACIÓN DE LA CORROSION CORROSIÓN EXTERIOR

PREPARADO POR: Eric Tarazona Garnica, NACE CT-CP3-8354 PARA: ELITE TRAINING-Colombia Página 1 de 14

1.0. Introducción

La valoración directa exterior –ECDA NACE 0502- es una metodología que permite conocer el estado de las tuberías (pipelines) de Oleoductos, Gasoductos, Poliductos, etc, a partir de la información que entregan diferentes tecnologías para ser integradas a Planes de Integridad, las cuales se describen a continuación. 1.1. Toma de Potenciales de Protección Catódica Para realizar un seguimiento de la eficiencia y valoración de un Sistema de Protección Catódica contra la corrosión exterior que puedan sufrir las tuberías se realizan tomas de los Potenciales de Protección Catódica que posea la tubería en referencia con los Criterios establecidos por la Norma NACE RP 0169-02. NACE RP 0169-02 -Criterio No.1 850 mV ON con respecto a una celda de referencia de Cu/CuSO4, teniendo en cuenta la caída IR del terreno. -Criterio No.2 850 mV potencial de polarización “Instant OFF”. -Criterio No.3 100 mV de diferencia de potencial entre el potencial natural y potencial OFF de polarización. La técnicas de Inspección de Potenciales de Protección Catódica mas utilizadas y

recomendadas a los operadores de pipelines son: 1.1.1.Poste a Poste –PAP- Esta inspección generalmente es recomendada para realizarse una vez al año, con el objetivo de monitorear y valorar la protección que tenga la tubería y de esta forma llevar un histórico del Sistema de Protección Catódica instalado. ON/OFF

Protección Catódica

Ic =Corriente de Protección Catódica

Ip x Rp

DEFINICION DE ON / OFF

Ig x Rg

I x RcVON= IGRG+IPRP+IRP

Figura No.1. Definición ON/OFF

Protección Catódica

Ip x Rp

DEFINICION DE ON / OFF

VOFF= +IRP

Figura No.2. Definición OFF



Interrupción del Sistema Se instalan Interruptores de Corriente que permiten que la corriente del circuito de protección catódica sea interrumpido con ciclos que van desde 2 a 6 segundos: Los ciclos de interrupción más usados son 1,5 seg. ON y 0,5 seg. OFF, llamado ciclo rápido o 3 seg. ON y 1 seg. OFF, lo que se busca con el ciclado del SPC (Sistema de Protección Catódica) es despreciar la caída IR del terreno, es decir leer un potencial OFF “Instant OFF” o polarizado en la tubería. Los interruptores de corriente se instalan ya sea en el circuito AC o DC del SPC, y de acuerdo al numero de URPC (Unidades Rectificadoras de Protección Catódica) que posea la Tubería a Inspeccionar en el PAP se deben instalar en cada URPC un interruptor de corriente, estos interruptores poseen hoy día un sistema interno de sincronización vía GPS. De esta forma se garantiza que toda la línea a inspeccionar se encuentra ciclando y sincronizada.

Protección CatódicaON

Figura No.3. Posición Interruptores

Protección CatódicaOFF

Figura No.4. Interruptores en OFF Una vez instalados los Interruptores de corriente se realiza un proceso de balance de los potenciales en cada URPC manipulando los Taps de cada rectificador, de esta forma se obtiene la mayor protección catódica que pude brindar la URPC sin perjudicar el propio circuito nominal del rectificador y protegiendo el recubrimiento de la tubería. Generalmente se acostumbra llevar los potenciales en el punto más cercano a la URPC en el rango: -Potencial OFF entre los 1100 a 1200 mV. -Potencial ON entre los 2000 a 220 Mv. Una vez sincronizado y balanceado todo el SPC de la línea a Inspeccionar se procede a tomar la información de los potenciales de protección catódica en las Estaciones de prueba que posea la línea, de ahí el nombre de la Inspección Poste a Poste. Generalmente las Estaciones de Prueba se encuentran localizadas cada 1 o 2 kilómetros y muchas veces estas estaciones de prueba o estaciones para



toma de potenciales están en combinación con los postes de kilometraje o abcisado. Figura No.5. Estación de Prueba La estación de prueba posee internamente dos cables que van soldados a la tubería, llamados negativos o cables catódicos, estos sirven para leer junto con una celda de referencia de Cu/CuSO4 y un voltímetro digital con Datalogger los potenciales de polarización de la tubería inspeccionada. En cada poste o estación de prueba el inspector toma o registra un potencial ON y un potencial OFF. Estos valores pueden ser llevado a un Software especializado el cual registra de manera gráfica un perfil de la línea inspeccionada y de esta forma muestra como se encuentra el SPC, siempre en Referencia a al Norma NACE RP 0169-02. Mediante esta inspección se puede ver de manera muy general sobre la tubería

sectores de la línea que posean deficiencias en su SPC. 1.1.2. Close Interval Survey – CIS A diferencia del Poste a Poste en donde las medidas de potencial están tomadas cada 1 o 2 kilómetros y solo representan el conocimiento del Sistema de Protección Catódica de tan solo una fracción de la longitud de la tubería. La técnica Close Interval Survey – CIS-, fue diseñada para revisar la efectividad de un sistema de protección catódica en la totalidad del recorrido de una línea, es decir en los espacios entre las estaciones de prueba.

Figura No.6. Esquema del CIS

Antes de iniciar el CIS, una cuadrilla de operarios identifica la posición del tubo. El operador del CIS establece una conexión eléctrica a la tubería, por medio de un cable eléctrico parafinado AWG 33 ó 34, el cual se conecta al negativo de la estación de prueba del sector a inspeccionar, y lo va desenrollando desde un carrete que lleva en sus espaldas, mientras camina a



lo largo de la tubería. El potencial es medido con dos celdas de referencia que lleva en dos bastones de mano el operador, quién toma los datos enterrándolos en el suelo directamente sobre la tubería, a intervalos de aproximadamente un (1) metro.

TUBERIA

DISTANCIAMIENTO ENTRE MEDIDAS

Mantenimiento de SPC

Figura No.7. Esquema toma de Datos CIS Para obtener una verdadera lectura del potencial tubería – suelo, el error de caída de voltaje IR debe ser minimizado. Para ello se requiere interrumpir desde el Rectificador el flujo de corriente y tomar con ello medidas “Instant-OFF”. En la práctica, esto significa que si existen varios rectificadores en el sistema de Protección Catódica, deben ser interrumpidos sincronizadamente. Con los datos se elaboran curvas metro a metro de la variación de los potenciales de protección catódica en un Software especializado, que sirven para analizar el desempeño del sistema de Protección Catódica de la tubería que se esta inspeccionando.

Figura No.8. Grafica Típica de CIS

1.2. Inspección de Recubrimientos 1.2.1. Técnica DCVG Es un método nuevo que permite realizar diagnósticos del estado del recubrimiento de tuberías enterradas, sin efectuar excavaciones. Permite localizar y dimensionar los defectos. La técnica DCVG (Direct Current Voltage Gradient) nación en Australia por Jhon Mulvany a principios de la década de los 80. Figura No.10. Inspección DCVG



La técnica se basa fundamentalmente en mediciones de gradiente de voltajes por encima de los voltajes de protección catódica. Lo que distingue este desarrollo es que los pequeños defectos pueden ser localizados con alta precisión. Un gradiente de voltaje se establece en el suelo alrededor del defecto, cuando se aplica corriente directa sobre el recubrimiento de la tubería, a través de un sistema de protección catódica temporal. Para ello hay que construir lechos anódicos temporales cuando la señal de inspección es deficiente, estas camas temporales se ubican a lo largo de la línea y pueden ir cambiando de ubicación a medida que avanza la inspección.

Cama Cama AnodicaAnodica

Interruptor de corriente Interruptor de corriente Ciclo 0.3 s ON, 0.7 s OFFCiclo 0.3 s ON, 0.7 s OFF

RectificadorRectificador

Estación Estación de Pruebade Prueba

Inspector Inspector DCVGDCVG

Posición GPS Posición GPS (Defecto)(Defecto)

Estaca de Estaca de demarcacióndemarcación

Figura No.11. Esquema Inspección DCVG El más alto gradiente de voltaje detectado es analizado con profundidad. En la técnica DCVG, la señal de entrada de corriente DC es pulsada mediante un interruptor de corriente generalmente con un pulso de 0,7 seg. en OFF y 0,3 seg. en ON. Un mili voltímetro sensitivo

y dos celdas de referencia de cobre sulfato de cobre, que se instalan a una distancia de un metro del operador, permiten obtener el epicentro del gradiente.

Equipo DCVGEquipo DCVGMultimetro Multimetro

Análogo Análogo (Altamente (Altamente Sensitivo)Sensitivo)

Interruptor de Interruptor de CorrienteCorriente

Bastones Bastones (Celdas de (Celdas de Referencia Referencia Cu CuSOCu CuSO4 4 ))

Figura No.12. Equipo DCVG Un GPS sub métrico permite ubicar el sitio exacto del epicentro. La intensidad del gradiente de voltaje permite evaluar el tamaño del defecto en el recubrimiento, con el objeto de dimensionar la excavación para repararlo.

Figura No.13. Señales DCVG



Los datos del DCVG también sirven para computar la caída de voltaje IR. La correlación de este dato con la intensidad del gradiente encontrado, permite definir si es justificable efectuar la excavación para reparar. Este método necesita un operador con alta destreza y experiencia para la interpretación de las señales. 1.2.2. Técnica PCM Es otra técnica utilizada para valorar el estado de recubrimiento que posea una tubería enterrada, además de estudios de corrientes parásitas, llamada también ACVG. Pipeline Current Mapper (PCM), consta de un transmisor portátil que aplica una señal especial (corriente continua) a una tubería, y un receptor de mano que permite localizar la línea y muestra la magnitud de la corriente y su dirección. Proporciona un perfil de la corriente aplicada por el transmisor así como su dirección de circulación, la cual se comporta prácticamente igual que la corriente de protección catódica de la tubería. El comportamiento de la corriente que circula en la tubería tiene la siguiente interpretación para hallar defectos del recubrimiento.

1. Atenuación de corriente insignificante: indica que el recubrimiento esta en buenas condiciones.

2. Pérdida rápida de corriente: el recubrimiento se encuentra en malas condiciones, la magnitud de la pérdida de corriente indica el nivel de daño generalizado.

3. Atenuación Intermedia: El recubrimiento es una combinación de buenas y malas condiciones. La parte defectuosa se revela por una caída brusca de corriente en la sección de tubería.

4. Pérdida brusca de corriente: Rápidamente es posible identificar entre un contacto con otra estructura o un daño puntual severo del recubrimiento.

1.3. Técnicas Complementarias 1.3.1. Resistividades Continuas –RC- -Inducción Electromagnética La técnica para tomar resistividades de suelos por el método de los cuatro pines (Wenner), esta empezando a ser desplazado por el método de inducción electromagnética. El nuevo método se basa en que las diferentes clases de suelos emiten diferentes señales magnéticas a diversas profundidades debido a la variedad de componentes que contienen. Cuando se inducen corrientes electromagnéticas desde el exterior, antenas tipo radar de alta y baja frecuencia, son capaces de obtener las señales reflejadas que emiten los componentes del suelo, las cuales son llevadas a un equipo e interpretadas.



Figura No.14. Equipo para Medición de Resistividades Continuas por Inducción

Electromagnética El estudio de las variaciones magnéticas de un área analizada, producen una imagen tipo fotografía, de las que se pueden tomar lecturas cuantitativas de la intensidad magnética reflejada por los componentes del suelo, las cuales son llevadas a una curva. Con un software se puede correlacionar la intensidad magnética reflejada con la resistencia al paso de la corriente. De esta forma podemos obtener los valores de resistividad de un terreno a diferentes profundidades. Los equipos actuales pueden obtener cerca de 30 lecturas de alta sensibilidad en un área de un metro cuadrado, a través de 15 a 20 pares de electrodos que captan lecturas automáticas. También se pueden obtener cerca de 180 lecturas en 15 metros lineales. Los datos colectados pueden generar mapas en dos o tres dimensiones con los resultados de resistividad.

Figura No.15. Toma de RC en Campo

Se deben tener algunos cuidados durante la toma de resistividades continuas, dado que en terrenos muy secos se produce ruido eléctrico que puede alterar las señales. Un juego de filtros en el equipo de medición puede corregir las medidas. El método permite también localizar estructuras, tanques o tubería enterrada, caracterizar substratos hidrológicos, realizar mapas de estructuras geológicas entre otros.

Figura No.16. Mapa de Resistividades



CLASIFICACION RESISTIVIDAD

RESISTIVIDAD DEL SUELO ( Ω-cm )

CORROSIVIDAD DEL SUELO

0 - 500 SEVERAMENTE CORROSIVO 500 - 1000 MUY CORROSIVO 1000 - 3000 CORROSIVO 3000 - 10000 MODERADAMENTE CORROSIVO 10000 - 25000 LIGERAMENTE CORROSIVO

Arriba de 25000 RELATIVA BAJA CORROSIVIDAD

Tabla 1. Clasificación de la resistividad como un grado de corrosividad (*) MP. Material Performance. An official Nace Publication. Abril 1993. Volumen 32. Number 4. Pag. 56-58

Figura No.17. Clasificación Resistividad Una vez inspeccionado el terreno que cobija la tubería a lo largo del derecho de vía por la técnica de Resistividad Continua se hace una clasificación de los tramos Inspeccionados de acuerdo a la Figura No. 17. De esta forma tenemos mayor información del comportamiento agresivo del terreno a la línea, para correlacionar con otras técnicas y determinar acciones para mantener la Integridad de la Tubería. 1.3.2. Global Positioning System – GPS- El GPS consiste en 32 satélites que orbitan la tierra dos veces por día, transmitiendo información precisa de hora y posicionamiento en cualquier parte del globo las 24 horas del día. Los satélites orbitan la tierra en 6 planos fijos que están inclinados a 60° de la línea Ecuatorial. Cada uno se encuentra

a 1.000 millas náuticas sobre la tierra y la orbitan dos veces al día.

Figura No.18. Equipo GPS Los equipos GPS son portátiles, contiendo canales con códigos especiales SPS capaces de recopilar datos en seudo rango y fase portadora, permitiendo un alto grado de precisión en la marcación y reubicación de sitios geográficos. Las aplicaciones GPS han sido muy utilizadas recientemente en sistemas de protección catódica para la ubicación del trazado de tubería, perfiles de profundidad, estaciones de prueba, zonas de pérdida de potencial y zonas con defectos detectados por otra tecnología. Hoy día existen equipos GPS con capacidad de hacer en pocos segundos los cálculos necesarios para determinar la exactitud de un punto con error de centímetros, o conocidos como corrección diferencial en tiempo real, estos equipos GPS son costosos, debido a lo anterior existen otros equipos que



realizan la misma exactitud pero requieren de un software especial para hacer la corrección diferencial. La corrección diferencial de un punto es la toma en campo de una gran cantidad de información registrada por un equipo GPS llamado Rover que en el instante que está tomando la información debe existir otro equipo en un lugar fijo denominado Base y además un punto georeferenciado y certificado por el IGAC (Instituto Geográfico Agustín Codazzi), para de esta forma realizar una triangulación y determinar la exactitud del punto requerido como por ejemplo un defecto de recubrimiento localizado en una inspección DCVG.

Diagrama de Corrección Diagrama de Corrección DiferencialDiferencial

Mojon IGAC GPS Certificado

Rover

Base

Figura No.19. Diagrama Corrección Diferencial

1.3.3. Perfil de Profundidades Mas que una técnica es un procedimiento de Inspección que permite determinar a lo largo de la tubería la profundidad a la cual se encuentra enterrada la línea.

Mediante un equipo localizador de tuberías se determina la profundidad de esta en secciones cada 100 o 200 metros, de esta forma se realiza un perfil a la cual está enterrada la tubería y determinar en zonas críticas en las cuales la profundidad no es la recomendada, generalmente debe ser entre 1,5 a 3 metros. Lo anterior sucede en terrenos que por la misma acción erosiva del las aguas lluvias van poco a poco van dejando al descubierto la tubería dejando esta en condiciones a acciones delictivas o de manipulación de extraños que pueden ocasionar accidentes mas aun si se encuentran en zonas pobladas. 1.3.4. Medida de corriente sobre una tubería La medida de corriente que circula sobre un oleoducto catódicamente protegido sirve sobre todo para determinar la distribución de corriente a lo largo de la estructura, pero también para otras aplicaciones de la misma naturaleza. Método de la caída de tensión Se podrán determinar las corrientes sobre un pipeline donde se disponga de tomas de potencial en dos hilos que cubran una longitud conocida del tubo. En efecto, al medir la caída de potencial entre los hilos y conociendo la resistencia del conducto por las tablas apropiadas, bastará entonces con calcular la corriente por la Ley de Ohmio.



El procedimiento de trabajo es el siguiente: 1. Medir la resistencia que presentan los hilos de toma de potencial y la longitud del tubo correspondiente inyectando una corriente de intensidad conocida, proveniente de una batería, y midiendo la caída de tensión entre los hilos. Calcular la resistencia por la Ley de Ohmio: resistencia = tensión ÷ corriente. Si la resistencia obtenida supera lo razonable, debe tenerse en cuenta el grosor y la longitud de los hilos para detectar un defecto del cable. 2. Medir, entre los dos hilos de la toma de potencial, la caída de tensión causada por la corriente que circula normalmente sobre el oleoducto. Ella será habitualmente del orden de algunos milivoltios o fracciones de milivoltios. Deberá corregirse este valor en función de la resistencia del circuito de medida (determinado en la etapa precedente) y de la resistencia del voltímetro. Observar la polaridad del enchufe o derivación de los hilos en el voltímetro e indicar el sentido de corriente (del + al -) sobre el oleoducto. 3. Por medio de las tablas de resistencia del oleoducto, determinar la resistencia del conducto por la longitud correspondiente. 4. Calcular la corriente que circula sobre el oleoducto por la Ley de Ohmio: corriente, en mA = caída de tensión corregida, en mV, ÷ resistencia del tubo, en Ω.

Método de corte de protección Ciertos oleoductos están provistos de tomas de potencial de 4 hilos, cada extremidad de la longitud del tubo a ser conectada con dos hilos, codificados por el color de su funda. Estas tomas de potencial son preferibles por las medidas de corriente, que ofrecen la posibilidad de una calibración precisa, contrariamente a las tomas en dos hilos donde la longitud y la resistencia efectiva del conducto probado no pueden verificarse con precisión. El procedimiento de verificación es el siguiente: 1. Medir la resistencia del circuito sobre la longitud del tubo, entre los polos 2 y 3, tal como se describe en la etapa 1 del procedimiento por toma con dos hilos. 2. Calibrar esta longitud del oleoducto inyectando una corriente de intensidad conocida entre los hilos externos (polos 1 y 4), esta corriente proviene de una batería; medir la variación de caída de potencial así producida entre los hilos de medida de corriente (polos 2 y 3), las tensiones medidas son corregidas en función de la resistencia real del circuito. Dividir la corriente medida, en amperios, por la variación de caída de potencial, en milivoltios, para obtener el factor de calibración, en amperios por milivoltios (no confundirlo con el factor de corrección de la resistencia).



Normalmente, puesto que la temperatura de operación de un oleoducto es estable, esta operación no se efectuará más que una sola vez para una toma de potencial dado, el factor de calibración siendo debidamente registrado para verificaciones posteriores en el mismo sitio. Sin embargo, para los oleoductos cuya temperatura de operación varía considerablemente, lo que implica una variación de resistencia consecuente, será necesario proceder con mayor frecuencia a una recalibración de la toma de potencial. 3. Medir, entre los hilos de medida de corriente (polos 2 y 3), la caída de potencial, en milivoltios, provocada por la corriente que circula normalmente sobre el oleoducto. Aplicar el factor de corrección para la resistencia del circuito y calcular la intensidad de corriente multiplicando la caída de potencial corregida por el factor de calibración determinado en la etapa precedente. Observar el sentido de la corriente. 1.3.5. Monitoreo Remoto Los valores de potenciales de protección catódica, el desempeño de los Rectificadores y las señales que se pueden adquirir en las estaciones de prueba, pueden ser Monitoreados desde una Unidad Sistematizada, la cual envía los datos vía línea telefónica o a través de línea celular. Las señales son recibidas en una computadora personal ó portátil, la cual tiene configurado un software que

permite registrar los datos, analizarlos desde el punto de vista de confiabilidad operacional del sistema de protección. Cuando se utiliza la vía celular, los datos son transmitidos a través de CDPD lo que permite pagar tarifas reducidas a las compañías operadoras de este tipo de telefonía.

Unidad de Monitoreo Remoto 1.3.6 Análisis de Interferencias Paralelismos y Cruces Para realizar el Análisis de Interferencias que pueda existir entre dos tuberías que se encuentran protegidas catódicamente y presentan paralelismo o cruces, se deben seguir los pasos que se mencionan a continuación: Realizar la Instalación de los

Interruptores en los rectificadores. Instalar los Equipos de adquisición

de datos data logger. Recolectar la información de dos (2)

a tres (3) ciclos con los rectificadores.



Apagar el rectificador de la Tubería No. 1 correspondiente a su Cama Anódica y realizar el registro de dos (2) o tres (3) ciclos. Desconectar los ánodos ó las camas

anódicas de la Tubería No. 2 y encender el Rectificador de la Cama 1 y realizar el registro de dos (2) o tres (3) ciclos. Des-instalar los rectificadores de

acuerdo y retirar los equipos de registro de datos. Interrupción de rectificadores Se utilizan Interruptores GPS, que

tiene la capacidad de poder sincronizarse entre sí utilizando la señal de posicionamiento emitida por satélites de órbita baja denominada GPS con una desviación máxima de 5 mili – segundos Se ciclan los rectificadores de las

Cama Anódicas encargadas de la protección catódica de las tuberías mencionadas, con un ciclo de 7 minutos “ON” y 5 minutos “OFF”. Recolección de datos Para la recolección de datos podrá

usarse equipos de recolección de datos Data Logger tipo MiCaps CDL 200E. El equipo seleccionado se programa

en modo “Continuos reading” y se recolectan los potenciales durante mínimo dos ciclos. Se Grafican los datos recolectados y

se analizan los resultados. A continuación se presentan los tres posibles resultados que se pueden obtener en esta clase de estudio:

1. Gráfica en la cual no hay interferencia

2. Gráfica en la cual la interferencia no afecta de manera negativa la tubería de la Cama Anódica 1.

3. Gráfica que afecta en forma negativa la tubería de la Cama Anódica No. 1. Los potenciales tubo-suelo con respecto a una celda de referencia de cobre sulfato de cobre, son gravados utilizando un Colector de Datos, Datta Logger para evitar la grabación de lecturas de



potencial afectados por picos producidos por la interrupción de los rectificadores, corrientes transitorios mientras los rectificadores están cambiando de “ON” a “OFF” o viceversa. Adicionalmente, en donde sea aplicable se debe recoger la siguiente información: Medios aislantes: La persona encargada de realizar la inspección deberá verificar el funcionamiento de todos los elementos aislantes que puedan intervenir en la inspección que se está realizando. Verificación de la Continuidad de la Operación del Sistema Durante la toma de datos se debe asegurar que los rectificadores que tienen influencia en el área, estén en funcionamiento. Si alguno de estos sale de funcionamiento temporalmente, como por ejemplo por fallas en el suministro del fluido eléctrico, los datos tomados durante este periodo de tiempo serán invalidados y se deberán repetir una vez se haya solucionado el problema y el rectificador se encuentre nuevamente en operación normal. Diseño para suprimir interferencias Los datos reportados serán analizados y permiten decidir sobre algunas de estas soluciones: 1. Manejo del Flujo de Corriente. Instalando una caja que contengan una resistencia variable y conexiones a las

tuberías en interferencia. La regulación del paso de corriente permitirá controlar las interferencias. 2. Aterrizamiento de corriente. Instalando celdas de zinc, ánodos de magnesio de alto potencial o celdas en estado sólido. Estas serán instaladas en el sitio a corregir. Las cantidades de masa requeridas o especificaciones de los aditamentos serán calculadas con base en la cantidad de corriente desviada. 3. Integración del SPC Las normas internacionales no permiten construir un puente eléctrico para proveer protección catódica entre las dos tuberías. Esto quiere decir que los sistemas se deben manejar de forma independiente. 1.3.7. Programas integrales para el análisis de riesgos Todos los datos de inspección de la tubería protegida catódicamente, pueden ser indexados en programas especiales que permiten analizar en conjunto con los datos de operación de una tubería, los riesgos operacionales, teniendo en cuenta que una de las variables de la operación es el comportamiento del sistema de protección catódica.



Software de análisis

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