Cálculo y aplicación de la protección catódica temporal en tanques de agua de mar

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La corrosión de los tanques en el agua de mar es principalmente corrosión electroquímica; es decir, durante el proceso de corrosión se genera una microcorriente eléctrica. Según los principios electroquímicos, el cátodo de la pila de corrosión no sufre corrosión, mientras que solo el ánodo se corroe. Por lo tanto, al convertir el metal a proteger en un cátodo, se puede prevenir su corrosión; este método se denomina protección catódica. Bajo la influencia del precio internacional del petróleo, los proyectos de inversión y construcción de depósitos de reserva de petróleo crudo por parte de empresas estatales, privadas y, en particular, puertos locales, están en pleno auge. Durante la construcción de grandes tanques, la prueba hidráulica es un procedimiento indispensable. Debido a las condiciones geográficas y económicas, la mayoría de los proyectos de reserva de petróleo utilizan agua de mar para dicha prueba. Para reducir la corrosión del acero provocada por el agua de mar durante la prueba, es necesario instalar una protección catódica temporal en las partes pertinentes del tanque. Para determinar el tipo y cantidad de protección catódica, y basándose en la norma GB50393-2008 y otras normativas relevantes, se calculó la cantidad necesaria de protección catódica para un tanque de 100.000 metros cúbicos; este cálculo se aplicó en la práctica, demostrando su validez. En las pruebas con agua de mar de grandes tanques, generalmente se emplea el método de ánodos sacrificiales.

1 Parámetros básicos del tanque
1.1 Tabla de parámetros de protección catódica temporal en la superficie interna del tanque
1.3 Diámetro del tanque: 80 metros;
1.4 Nivel máximo del agua de mar dentro del tanque durante la prueba: 20,2 metros;
1.5 Condiciones geográficas: el agua marina es limpia, no se encuentra en un estuario; el contenido de sal es relativamente alto y el agua de mar es muy corrosiva para el acero.
1.6 Duración de la protección catódica temporal: máximo 65 días;

2 Especificaciones técnicas de diseño
2.1 Potencial del medio durante el período de protección catódica: -0,85 V ~ -1,10 V (en relación con el electrodo de referencia Cu/CuSO4);
2.2 Áreas protegidas: superficie inferior de las cámaras flotantes, superficie interna de la placa base del tanque y superficie interna de la pared del tanque;
2.3 Tiempo de protección catódica: 65 días.
2.4 Efecto de la protección: el tanque no presenta óxido en el agua de mar; el óxido amarillo preexistente en el acero se elimina durante el vaciado del agua, pudiéndose comprobar visualmente. Sin embargo, si tras el vaciado no se lava rápidamente la pared del tanque con agua dulce, esta volverá a oxidarse en la atmósfera; dicho óxido puede eliminarse con un paño. Además, se forman pequeñas cantidades de compuestos de calcio y magnesio en la superficie inferior de las cámaras flotantes y en la placa base del tanque.

3 Cálculos de diseño
3.1 Cálculo del área a proteger
3.2 Corriente de protección
3.2.1 Selección de la densidad de corriente: La duración de la prueba hidráulica de este tanque de petróleo es de unos 65 días; no es comparable a las obras marítimas que permanecen décadas en el agua, donde se permite usar una densidad de corriente menor al principio para que se forme gradualmente una capa protectora de calcio y magnesio, similar a una capa de pintura. Este proceso de polarización puede completarse en entre un mes y medio año, sin afectar significativamente la eficacia de la protección. No obstante, como la prueba de carga del tanque dura solo unas pocas semanas, la velocidad de polarización debe ser alta; allí donde llegue el agua de mar, debe haber protección inmediata. Por ello, la densidad de corriente de protección se selecciona de la siguiente manera:
3.2.2 Cálculo de la corriente de protección

4 Selección del ánodo
Los ánodos deben cumplir los siguientes requisitos:
(1) La demanda total de corriente de polarización del tanque es muy elevada, por lo que la corriente generada por cada ánodo debe ser máxima;
(2) El periodo de protección catódica temporal es breve, generalmente de 1 a 3 meses, o hasta medio año; por ello, la elección del ánodo debe maximizar la eficiencia y evitar el desperdicio innecesario;
(3) La composición química del ánodo debe adecuarse a la velocidad de polarización requerida en este entorno marino;
(4) Durante todo el periodo de protección, los materiales empleados deben adaptarse a las necesidades reales de la obra, evitando la formación excesiva de compuestos de calcio y magnesio que cubran las soldaduras internas y dificulten su limpieza.
En consecuencia, los ánodos seleccionados y su composición química son los siguientes:
(1) Superficie interna de la placa base y superficie inferior de las cámaras flotantes: Modelo HCAJ-D/10
(2) Paredes del tanque: Modelo HCAJ-D/22
(3) Composición química del ánodo: Acero HC, específico para protección catódica temporal de tanques de acero.

5 Resistencia eléctrica al agua y cálculo de la corriente generada por los ánodos seleccionados
0,85 – coeficiente de uso del ánodo.
Según los cálculos anteriores:
(1) Cada ánodo situado en la superficie inferior de las cámaras flotantes genera 10,20 A, con una vida útil de 77 días;
(2) Cada ánodo en la placa base genera 10,20 A, con una vida útil de 77 días;
(3) Cada ánodo en la pared del tanque genera 20,27 A, con una vida útil de 85 días.
Tras verificar la vida útil, se confirma que todos los ánodos cumplen con el requisito de protección catódica temporal durante 65 días.

6 Cálculo del número de ánodos
IP12: Cantidad de corriente generada por bloques de ánodos sacrificiales de aleación de aluminio instalados en la placa base del tanque.

7 Resultados prácticos
En el proyecto de la base de reserva de petróleo ** en Tianjin, se realizó la prueba hidráulica del tanque con agua de mar; siguiendo los cálculos anteriores, se emplearon ánodos de aleación de aluminio-magnesio-indio-cadmio para la protección catódica. Tras finalizar la prueba, se constató que la protección fue eficaz, ** reduciéndose notablemente la corrosión del acero provocada por el agua de mar.