Corrosão – Melhor proteção catódica e revestimentos controlam ação corrosiva de dutos

química e derivados, corrosão, proteção catódica, comgásSe há uma atividade da manutenção preventiva com muita necessidade de ser dominada pelo Brasil é, sem dúvida, a do controle de corrosão de dutos. Com a expansão do mercado de óleo e gás, e os novos investimentos em saneamento básico, a malha dutoviária nacional tende a crescer de forma exponencial nos próximos anos, assim como os riscos inerentes ao transporte de fluidos por dutos terrestres enterrados, aéreos e submersos. E para completar, outros investimentos em infraestrutura, em específico na transmissão e distribuição de energia elétrica e ainda no transporte ferroviário, aumentam a interferência elétrica de correntes contínuas e alternadas em solos de corredores compartilhados entre trilhos, torres e tubulações, agravando a possibilidade de corrosão eletrolítica nos dutos.

Felizmente, porém, pode-se afirmar que nesse setor o país está bem atualizado com o estado da arte da tecnologia de controle, e caminha com certa segurança em um terreno intrinsecamente perigoso nos aspectos de segurança e meio ambiente, tendo em vista que também destina recursos consideráveis para a pesquisa científica da corrosão. Ter como principais interessados grupos de grande porte, com destaque para a Petrobras, e ainda empresas como Comgás, TBG e companhias estaduais de saneamento, facilita em muito a busca pelas boas práticas, com ações de incentivo e intercâmbio com centros de pesquisa.

O controle ideal da ação corrosiva em dutos enterrados ou submersos, aqueles que mais cuidados demandam dos técnicos, se dá por meio de duas frentes de ação: proteção catódica e revestimentos. Essa fórmula se prolonga por mais de quatro décadas, mas logicamente vem se aperfeiçoando de forma contínua na atualidade, por meio de melhorias no controle e monitoramento dos sistemas de proteção catódica e no desenvolvimento de revestimentos poliméricos mais sofisticados e resistentes.

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Nunes: foco no monitoramento dos sistemas de proteção catódica

Proteção catódica – Apesar da importância dos revestimentos nos tubos, é possível considerar a proteção catódica o “coração” da chamada integridade dos dutos enterrados ou submersos. Não por menos, os principais usuários não medem esforços para melhorar continuamente a aplicação da tecnologia. “Hoje os avanços nesse segmento ficam por conta de como os usuários gerenciam e monitoram os parâmetros do duto, para acompanhar assim o desempenho da proteção catódica e melhorar o sistema se preciso”, explicou o presidente da Associação Brasileira de Corrosão, Laerce de Paula Nunes, considerado um dos maiores especialistas em corrosão na área de petróleo e gás e autor de vários livros sobre o assunto. “A Petrobras, por exemplo, hoje tem condições de saber por telemetria como funciona sua proteção catódica em qualquer lugar do país, a qualquer hora”, disse.

A preocupação com a proteção catódica se explica com facilidade. É esse sistema que faz com que as condições naturais para a corrosão de dutos metálicos enterrados ou submersos sejam anuladas. Em um meio que funciona como eletrólito (solo ou a água do mar), com dois ou mais metais na formulação do aço (diferenças metalúrgicas micro ou macroscópicas, impurezas do metal), que trabalham na reação como a parte mais ativa (ânodo) ou menos ativa (catodo), e um caminho metálico condutivo (o tubo), essa condição cria várias pilhas corrosivas ao longo do duto, caso não seja feito algo.

E esse “algo” a ser feito é a famigerada proteção catódica, levada muitíssimo a sério por qualquer empresa de transporte de fluidos. Disponível em duas formas, a galvânica e a por corrente impressa, em suma a técnica transforma o duto em um imenso catodo, convertendo todos os locais anódicos da superfície do metal em catódicos, por meio do fornecimento de uma corrente elétrica ou de elétrons livres por uma fonte alternativa.

A galvânica, utilizada apenas em alguns dutos submersos no oceano, emprega a corrente elétrica provida pela força eletromotriz existente entre o metal a ser protegido, no caso o aço carbono do tubo, e o metal escolhido como ânodo de sacrifício, normalmente ligas de zinco, magnésio e alumínio. Esses metais contam com maior diferença de potencial em comparação com o das estruturas, como o aço, e se desgastam no lugar dele, conectados por braçadeiras nas junções dos tubos submarinos ou em fundos de tanques. “Sua aplicação offshore se explica por causa da baixa resistividade da água do mar, que possibilita baixa resistência no circuito de proteção catódica e facilita a injeção de corrente de maior intensidade no sistema”, afirmou o presidente da Abraco, que também exerce a função de gerente de projetos da IEC Instalações e Engenharia de Corrosão.

Já quando o eletrólito é o solo, cuja resistividade elétrica é de média a alta, o método empregado é o de corrente impressa. Nessa tecnologia, retificadores instalados ao longo dos dutos (aproximadamente a 100 metros de distância) geram corrente contínua a leitos de ânodos inertes enterrados perpendicularmente e conectados entre si por cabos elétricos. Estes ânodos, tradicionalmente de ferro-silício-cromo e os mais recentes de titânio ativado com óxidos de metais nobres, dispersarão a corrente em direção aos dutos para anular o processo corrosivo eletroquímico.

Todos os grandes gasodutos e oleodutos terrestres do país e do mundo contam com imensos sistemas de proteção catódica por corrente impressa. A maior rede de dutos do país, da Transpetro, por exemplo, com 14 mil quilômetros de extensão, precisa de 382 retificadores ao longo da malha. A Comgás, na sua área de concessão em São Paulo, que conta com uma malha de dutos de aço de 2 mil quilômetros (o total é de 7,6 mil km, quando incluem os tubos de polietileno para distribuição), precisa gerenciar 171 retificadores com potência nominal de 2 KVA cada um.

Correntes no solo – A engenharia da corrosão, no caso do gerenciamento da proteção catódica de dutos enterrados, não se limita a transformar o aço em um catodo. Um aspecto controlado de forma bem acurada, considerado por muitos como o mais fundamental, é o que evita as influências corrosivas das correntes elétricas fugitivas no solo, sejam elas principalmente as contínuas (DC) advindas de trilhos de trens e metrôs ou de algumas linhas de transmissão de energia ou as alternadas (AC), originárias de redes elétricas de alta tensão.

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Ilustração 1: Polietileno extrudado tripla camada/Manta termocontrátil tripla camada - Clique para ampliar

“Esta é a pior corrosão para o duto, a que precisa ser mais bem controlada para garantir a integridade”, afirmou Diogo Menezes, engenheiro de manutenção da Comgás. Segundo ele, a principal frente de ataque da concessionária visa a controlar a parte da corrente contínua que escapa dos trilhos do metrô de São Paulo e da Companhia de Trens Metropolitanos (CPTM). “Essas correntes que escapam dos trilhos vão para o solo atrás de um metal e o mais próximo será o constante no duto nas faixas de servidão. E depois elas tendem a sair pelas falhas do revestimento do tubo, podendo provocar furos perigosos”, explicou.

Para combater esse círculo elétrico provocador de corrosão eletrolítica, as empresas criam sistemas de drenagem elétrica em pontos dos dutos que cruzam com ferrovias. Trata-se de equipamento que capta as correntes fugitivas e as devolve por cabos para os trilhos. Todo esse cuidado, de acordo com o engenheiro da Comgás, é para evitar uma taxa de corrosão que a literatura técnica estima da seguinte forma: 9,6 kg.ampere/ano. Isto é: sem controle, uma fuga de 1 ampere no solo durante um ano destrói 9,6 kg de tubulação.

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Ilustração 2: Proteção catódica por corrente galvânica - Clique para ampliar

Menezes explica que o trabalho de monitoramento das correntes nos dutos foi muito favorecido ultimamente pela interação entre os diversos compartilhadores dos leitos de passagem. Pelo menos no que diz respeito a São Paulo, a Comgás e a Petrobras se uniram e lideraram em 2008 a formação da comissão de interferência do estado, presidida por Diogo Menezes e da qual também fazem parte, além das duas empresas, a Abraco, o IPT, a Sabesp, a Braskem/Quattor, o Metrô, a Cteep, a Eletropaulo, a CPTM e a TBG (que administra o Gasoduto Brasil-Bolívia).

Com a criação da comissão, foi possível pela primeira vez preparar um mapa dos dutos do estado e, com isso, tomar iniciativas e estudar formas para, por exemplo, interligar as correntes dos vários sistemas de proteção catódica nos pontos de intersecção. “Depois disso, criamos com a Petrobras sistemas para monitorar as correntes geradas por nossos retificadores em pontos de interligação e assim instalar cabos para drenar aquilo que pode ser prejudicial ao sistema”, disse Menezes.

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Ilustração 3: Proteção catódica por corrente impressa - Clique para ampliar

Para se ter uma ideia da importância da interação entre os compartilhadores dos leitos de passagem, já houve caso de detecção de alteração altíssima de espessura no gasoduto Brasil-Bolívia (Gasbol) da TBG, em Araçoiaba da Serra-SP, em decorrência da interferência da linha de transmissão por corrente contínua oriunda da Usina de Itaipu e a qual passa por cima do duto nessa cidade. A sorte foi o problema ter sido descoberto antes de um possível acidente por meio de uma inspeção de rotina com o equipamento PIG instrumentado (Pipeline Inspection Gadget, ferramenta que passa por dentro do duto para medir a espessura do aço).

Utilizar inspeções e outras formas de monitoramento do controle da integridade de dutos, aliás, confirma-se como conduta crescente entre os usuários. Apesar de ainda não utilizar o PIG instrumentado como a Petrobras faz de forma sistemática em seus mais de 14 mil km de dutos – por não ter muita flexibilidade para interromper a distribuição de gás para a inspeção, segundo afirmou Menezes –, a Comgás monitora seus dutos pelo método ECDA (External Corrosion Direct Assessment). Trata-se de tecnologia que seleciona áreas críticas, onde há problemas de falhas no revestimento, para escavação e possível substituição das faixas de dutos ou reparos dos revestimentos.

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Menezes: correntes no solo geram a pior corrosão para os dutos

As alternadas – Não são muitas as linhas de transmissão com corrente contínua como a de Itaipu. A maior parte dessas linhas de alta tensão é por corrente alternada e, mesmo que não sejam as principais fontes de preocupação para os dutos, elas também começam a despertar o cuidado dos “inimigos” da corrosão. A Comgás, por exemplo, monitora as correntes alternadas em malhas onde há a intersecção com linhas dessa natureza, garantindo por meio de acopladores que essas correntes não ultrapassem 15 volts nos dutos.

Um sinal bastante claro da preocupação é o envolvimento do Laboratório de Corrosão e Proteção do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), de São Paulo, em pesquisas para estudar e identificar problemas relacionados com as interferências de correntes alternadas. “Desenvolvemos uma tecnologia para identificar se o duto enterrado está recebendo correntes alternadas e em qual grau de risco”, explicou o pesquisador do IPT, o físico Neusvaldo Lira de Almeida. Trata-se, segundo ele, de uma sonda específica que usa eletrodos de referência para fazer medições das correntes na profundidade dos tubos. “É inovador”, disse Almeida.

O projeto foi desenvolvido durante quatro anos em parceria com a Petrobras, a grande financiadora do laboratório de corrosão do IPT, totalmente modernizado há dois anos com verba da estatal. De acordo com o pesquisador, embora pronta, a tecnologia ainda não está disponível. “Provavelmente alguma empresa especializada em sistemas de proteção catódica deve comprar a licença tecnológica para implementá-la em inspeções”, disse. Para o físico, o interesse da Petrobras se justifica porque pouco se sabe sobre a interferência das correntes alternadas nos dutos, ao contrário das correntes contínuas, já amplamente estudadas e sob constante preocupação dos técnicos. “Várias novas pesquisas apontam para a falta de controle da corrosão feita pela corrente alternada. Há a necessidade de se alterar a proteção catódica quando há essas interferências e isso também é uma linha na nossa pesquisa”, disse.

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Neusvaldo: IPT criou técnica para identificar risco da corrente alternada

Revestimentos – O aço-carbono, mesmo com sua propensão à corrosão, que o leva a precisar de uma sofisticada engenharia de controle, ainda é imbatível em termos de custo, resistência mecânica e disponibilidade. Continua firme e forte no mercado de dutos, mas no futuro pode ser substituído pelo plástico, segundo acreditam alguns experts. A tecnologia de polímeros, que hoje já domina os revestimentos dos tubos de aço, pode radicalizar como alternativa anticorrosiva de forma integral.

“Já existem dutos para gás e óleo de grande porte no Canadá com polietileno ou polipropileno extrudados e reforçados com malha de aço inox ou fibra de vidro”, afirmou o consultor especialista em anticorrosivos Francisco Portezan, profissional com quase 40 anos de experiência e atuante nos principais projetos de gasodutos e oleodutos do país. Uma das fabricantes, aliás, é a canadense Flex Pipe Systems, do grupo ShawCore, também proprietário da empresa Canusa CPS, para a qual Portezan presta suporte técnico no Brasil na aplicação de mantas termocontráteis de tripla camada usadas em pontos de solda e reparos de dutos.

Mesmo crendo no domínio futuro dos plásticos nessa área, o que com certeza facilitaria em muito a vida dos engenheiros especializados em corrosão (até dispensando o uso da proteção catódica ou limitando-a a pontos de solda com conectores de aço), o consultor afirma que o movimento atual é o de trocas de trechos de dutos ainda revestidos com tecnologias antigas, leia-se aí coal tar (alcatrão de hulha) e o esmalte asfáltico, pelas versões tecnológicas mais recentes.

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Célula Atlas faz teste em revestimentos de dutos no IPT

“Ainda há muitos trechos com esses revestimentos, mas é notório que os problemas e falhas normalmente ocorrem neles, nunca onde há os de tripla camada”, disse. O duto de tripla camada, considerado o melhor padrão da atualidade, tem uma camada primer de epóxi líquido no aço, um adesivo hot-melt na segunda e a terceira, externa, com PE ou PP normalmente extrudados direto no tubo. A Transpetro, por exemplo, ainda conta com metade do total de seus dutos em coal tar e, segundo sua diretoria, não tem projeto específico para substituí-los, por entender que ainda se encontram íntegros.

Já há alguns anos as empresas só usam desses dutos nas novas obras e em trocas, por ser um revestimento muito melhor e sem os vários defeitos dos betuminosos. Mas a possibilidade de crescimento na tendência de substituição de dutos antigos com coal tar pelos de tripla camada está fazendo até o Centro de Tecnologia em Dutos (CTDUT), no Rio, avaliar o comportamento da proteção catódica com esse mix de tecnologias. Isso porque a injeção de corrente elétrica fica mais forte nos tubos revestidos com polímeros e pode provocar desgastes em trechos sequentes com o coal tar.

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Tabela: Principais acidentes em dutos de petróleo e derivados no Brasil - Clique para ampliar

Essas trocas visam a atingir o ideal para uma boa operação dos dutos. Usar um bom revestimento em conjunto com a boa proteção catódica com certeza dificulta em muito a ocorrência de acidentes, como o que afetou a Baía de Guanabara em 1997, quando 3 mil m3 de óleo combustível vazaram em virtude de um colapso do revestimento de esmalte asfáltico do duto que ainda transportava o fluido sob alta temperatura. Esse duto foi substituído por outros de tripla camada com PP (que suporta até 150ºC).

Evolução – As mudanças de comportamento no mercado foram gradativas e são interessantes de se observar para demonstrar que, apesar de tudo, hoje a consciência ambiental corporativa, mesmo com os deslizes habituais, é muito maior. Indo bem longe, os primeiros dutos eram enterrados sem proteção, sujeitos às várias pilhas de corrosão formadas pelo metal no solo. E isso mesmo sabendo-se que o conceito da proteção catódica galvânica, pelo qual o metal do tubo com carga positiva (anódica) pode se tornar artificialmente negativo (catódico), anulando a pilha corrosiva, já existia desde 1824. Apesar da descoberta feita pelo inglês Sir Humphrey David de associar ânodos de ferro, estanho e zinco a uma estrutura metálica, para que servissem como zona de sacrifício e assim proteger o aço, o método só foi utilizado em dutos mais de um século depois, na década de 50.

Passada a fase inicial com dutos desprotegidos, as primeiras iniciativas para impermeabilizar os dutos enterrados foram os revestimentos com alcatrão de hulha (coal tar, resíduo de coque siderúrgico) e esmalte asfáltico, a partir da década de 30. Nos anos 40, a prática se difundiu e os tubos começaram a sair de fábrica com esse revestimento, com o uso de jateamento com granalhas de aço e feltro de asbestos e fibras de vidro como reforço mecânico. Da mesma forma, também os pontos de solda em campo passaram a ser revestidos com coal tar ou esmalte asfáltico. “Em campo ou na fábrica, era um processo extremamente insalubre e tóxico, no qual uma caldeira precisava elevar a temperatura do coal tar a 240ºC para fazer a aplicação por fusão”, explicou o consultor Portezan.

A próxima compreensão técnica do mercado foi finalmente integrar ao controle da corrosão de dutos a proteção catódica, visto que os revestimentos passaram a não se mostrar suficientes. Apesar de bastante impermeáveis, esses revestimentos facilmente trincavam quando eram enterrados, por serem pouco flexíveis (o que continuou a ocorrer mesmo com a proteção catódica). A partir daí, na década de 50 no exterior e na seguinte no Brasil por iniciativa da Petrobras, a proteção catódica passou a ser empregada nas duas formas tecnológicas até hoje disponíveis: numa primeira fase, a tradicional proteção catódica galvânica, com uso de ânodos de sacrifício, e logo depois a por corrente impressa, na qual há o uso de retificadores para geração de corrente contínua ao longo dos dutos.

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Portezan: os dutos do futuro serão todos de plástico

Foi nessa mesma fase que surgiram também alternativas para fazer os revestimentos dos pontos de soldas, na hora da instalação em campo. Para substituir os insalubres revestimentos betuminosos, apareceram as fitas de polietileno aplicadas a frio, que funcionam como imensas fitas isolantes sobrepostas a primers e outras condicionantes técnicas.

Nos anos 60, apareceram os primeiros sinais do que viria a ser o estado da arte atual dos revestimentos e do controle de corrosão em geral de dutos. Os revestimentos anticorrosivos de epóxi em pó, o chamado FBE (Fusion Bonded Epoxy) e os epóxis líquidos para pinturas em campo de válvulas, curvas e reparos, foram os primeiros de uma onda que viria a marcar toda a engenharia de materiais: os polímeros.

“Com o desenvolvimento dos polímeros, nos anos 70 começaram a surgir as alternativas aos revestimentos antigos. Em uma primeira fase, os polietilenos de baixa densidade, aplicados na forma de pó ou extrudados nos dutos nas fábricas”, disse Portezan. Depois, mantas termocontráteis de dupla camada, com a primeira camada de adesivo epóxi e a externa de PE, passaram a ser aplicadas sob calor (quando se contrai e se conforma perfeitamente, além de fazer o adesivo hot-melt preencher as irregularidades da superfície metálica) em pontos de solda nos tubos, melhorando em muito a proteção nessas áreas críticas das dutovias.

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No gasoduto Gaspal II da Petrobras, soldas dos tubos de 22'' foram revestidas com mantas termocontráteis

A etapa seguinte na linha evolutiva foi a que fez o tubo de aço-carbono ser considerado atualmente o padrão: o de tripla camada, no qual há um primer de FBE, no meio um adesivo hot-melt e, na parte externa, o polietileno extrudado (para transporte de fluidos com temperatura até 80ºC) ou o polipropileno extrudado (para temperaturas até 150ºC). “Essa evolução, na década de 80, foi para atender desempenhos em que as duas camadas com PE extrudado não suportavam especificações com altos valores de adesão e resistência ao descolamento catódico”, afirmou Francisco Portezan.

A nova realidade também originou as mantas termocontráteis de tripla camada para os pontos de solda, hoje largamente utilizadas por todos os usuários no Brasil e no mundo. Elas nada mais são que a versão portátil do revestimento de tripla camada, aplicadas em campo. São sistemas desenvolvidos à base de filmes poliméricos reticulados que se contraem e com adesivos hot-melt fundidos sob a ação de maçaricos na hora da aplicação nos pontos de soldas ou ainda na isolação de cabos elétricos. A Canusa CPS é líder nesse fornecimento, mas ainda há uma outra empresa, a Raychem, com atuação tímida no Brasil e que só tem uma versão com PEAD, ao contrário da primeira, que formula a densidade do polietileno e ainda tem versão do PP.

Na Transpetro – Para se ter uma ideia de como as tecnologias foram entrando no Brasil, e até de como algumas delas se mantiveram, nada melhor do que ver o ocorrido na Transpetro, a empresa de dutos da Petrobras. Como 98% dos seus 14 mil km de dutos são enterrados, o controle anticorrosão da estatal é para valer.

Com dutos de três a 43 polegadas espalhados pelo país, os mais antigos, que representam 50% da malha, possuem o revestimento original de coal tar. A partir da década de 90, os revestimentos anticorrosivos externos passaram a ser de FBE e, posteriormente, o polietileno extrudado de tripla camada passou a ser utilizado para dutos onshore e para offshore em águas rasas. Para offshore em águas profundas é utilizado o PP de tripla camada como revestimento externo.

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Tubos de plásticos com reforço de malha de aço

Toda a malha de dutos enterrados terrestres ou submarinos, segundo a diretoria da Transpetro, é preservada por proteção catódica por corrente impressa, usando leitos de ânodos de ferro-silício-cromo ou de titânio com óxido de metais nobres. Para controlar o sistema, são feitas inspeções periódicas para a verificação da funcionalidade dos componentes e medições de potenciais eletroquímicos, além de análises específicas para identificar interferências de correntes elétricas no solo. Outra ferramenta de controle muito utilizada é o equipamento PIG

instrumentado, que segue cronograma de uso de acordo com falhas encontradas nas inspeções. Além da corrosão externa, a Transpetro precisa ter ainda um programa de monitoramento de corrosão interna nos seus dutos, o que abrange a instalação de sensores de corrosão em pontos previamente determinados e uma sistemática análise físico-química dos produtos e eventuais resíduos coletados nos dutos. As avaliações químicas e microbiológicas efetuadas nos resíduos, associadas com o resultado do monitoramento dos sensores (perda de massa e de resistência elétrica), fornecem informações que norteiam as ações corretivas a serem implementadas.

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Transpetro conta com dutovia de 14 mil km

A companhia movimenta em seus dutos petróleo com baixo teor de água salgada e sedimentos e derivados para a indústria petroquímica (nafta) e de combustíveis (gasolina, QAV, óleo combustível, diesel e etanol). Mesmo tendo uma quantidade bastante reduzida de água, caso seja constatada alguma necessidade no transporte desses produtos, a empresa utiliza inibidores de corrosão que, segundo a Transpetro, não alteram a especificação comercial dos derivados transportados.

2 Comentários

  1. Excelente reportagem. O mundo da mecânica é algo fantástico, no qual se insere profissionais de alto gabarito no Brasil, de equipes que tenho conduzido em obras de manutenção industrial, em usinas hidrelétricas e de açúcar e álcool, a primazia de aumentar a vida útil dos metais, é algo enusitado para com nós especialistas em mecânica fina, não poderia deixar de citar nosso profissionalismos em todos os setores de fabricação, de montagens de estruturas metálicas e de emprego de equipamentos eletromecânicos, que possam ter manutenção periódica garantida, desde abril de 2000 que ingressei no mundo www, na minha home page com algo próximo de 200 páginas internas, sempre informando o mundo em como amenizar e melhorar a qualidade de vida das pessoas. Saiba mais no meu portal https://www.treisc.eng.br

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