Cálculo e aplicação da proteção catódica temporária em tanques de água do mar

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A corrosão dos tanques de armazenamento em água do mar é principalmente de natureza eletroquímica, ou seja, durante o processo de corrosão gera-se uma microcorrente elétrica. De acordo com os princípios da eletroquímica, o cátodo da célula de corrosão não sofre corrosão, sendo que apenas o ânodo é atacado pela corrosão. Portanto, ao tornar o metal a ser protegido num cátodo, pode-se evitar a sua corrosão; este método é conhecido como proteção catódica. Sob a influência dos preços internacionais do petróleo, projetos de investimento e construção de reservatórios de petróleo bruto por parte de empresas estatais, privadas e, especialmente, portos locais têm vindo a ganhar impulso. Na construção de grandes tanques de armazenamento, o teste hidrostático é um procedimento indispensável. Devido às condições geográficas e econômicas, na maioria dos projetos de reserva de petróleo utiliza-se água do mar para o referido teste. Para minimizar a corrosão da chapa de aço causada pela água do mar durante o teste, é necessário instalar uma proteção catódica temporária nas partes relevantes do tanque. Para determinar o tipo e a quantidade de proteção catódica necessários, e com base na norma GB50393-2008 e noutras especificações relacionadas, tomou-se como exemplo um tanque com capacidade de 100.000 metros cúbicos, calculando-se a quantidade de sistemas de proteção catódica requeridos e aplicando-os no projeto; a racionalidade desses cálculos foi comprovada através da sua aplicação prática. No teste hidrostático de grandes tanques com água do mar, é geralmente utilizado o método dos ânodos sacrificiais.

1 Parâmetros básicos do tanque
1.1 Tabela de parâmetros para a proteção catódica temporária na superfície interna do tanque
1.3 Diâmetro do tanque: 80 metros;
1.4 Nível máximo da água do mar no interior do tanque durante o teste: 20,2 metros;
1.5 Condições geográficas: água do mar limpa, local fora de fozes de rios; teor de sal elevado, e a água do mar apresenta forte poder corrosivo sobre o aço.
1.6 Duração da proteção catódica temporária: período máximo de 65 dias;

2 Indicadores técnicos de projeto
2.1 Potencial do meio durante o período de proteção catódica: -0,85V a -1,10V (em relação ao eletrodo de referência Cu/CuSO4);
2.2 Áreas de proteção: superfície inferior das câmaras flutuantes, superfície interna da base do tanque e superfície interna das paredes do tanque;
2.3 Duração da proteção catódica: 65 dias.
2.4 Efeito da proteção: o corpo do tanque não apresenta ferrugem em ambiente marinho; a ferrugem amarela pré-existente na chapa de aço é removida durante o enchimento de água, podendo ser verificada visualmente durante a drenagem; contudo, após a drenagem, se as paredes do tanque não forem imediatamente lavadas com água doce, formar-se-á novamente ferrugem oxidada na superfície exposta; esta ferrugem pode ser removida com um pano; formam-se pequenas quantidades de compostos de cálcio e magnésio na superfície inferior das câmaras flutuantes e na base interna do tanque.

3 Cálculos de projeto
3.1 Cálculo da área de proteção
3.2 Corrente de proteção
3.2.1 Seleção da densidade de corrente
O tempo de teste hidrostático deste tanque de petróleo bruto é de cerca de 65 dias; não se trata de uma estrutura de engenharia marítima destinada a permanecer décadas na água do mar, pelo que permite-se inicialmente uma densidade de corrente menor, permitindo que a polarização catódica gere gradualmente uma camada protetora de cálcio e magnésio, semelhante a uma camada de tinta. Este processo de polarização pode ser concluído em 1 mês a meio ano, atingindo o potencial de proteção desejado, sem afetar significativamente a eficácia da proteção. Contudo, o período do teste de lastragem do tanque é de apenas algumas dezenas de dias, exigindo uma velocidade de polarização mais rápida; onde quer que a água do mar chegue, essa zona deve ser imediatamente protegida. Assim, a densidade de corrente de proteção selecionada é a seguinte:
3.2.2 Cálculo da corrente de proteção

4 Seleção do ânodo
A seleção do ânodo deve obedecer aos seguintes critérios:
(1) A corrente de polarização total necessária para todo o tanque é muito elevada; portanto, a corrente gerada por cada unidade de ânodo deve ser maximizada;
(2) O período de proteção catódica temporária é curto, geralmente entre 1 a 3 meses, podendo ir até meio ano; logo, a seleção do ânodo deve visar a máxima eficiência, evitando desperdícios desnecessários;
(3) A composição química do ânodo deve corresponder à velocidade de polarização exigida para a proteção catódica neste ambiente aquático;
(4) Durante todo o período de proteção temporária, os materiais utilizados na proteção catódica devem atender às reais necessidades da obra; é fundamental evitar a formação excessiva de compostos de cálcio e magnésio que possam cobrir as soldas internas do tanque, dificultando a limpeza.
Assim, para este projeto, a seleção e a composição química dos ânodos são as seguintes:
(1) Superfície interna da base do tanque e superfície inferior das câmaras flutuantes: Modelo HCAJ-D/10
(2) Paredes do tanque: Modelo HCAJ-D/22
(3) Composição química do ânodo: Aço HC – ânodo especial para proteção catódica temporária em tanques de armazenamento.

5 Cálculo da resistência elétrica à água e da corrente gerada pelos ânodos selecionados
0,85 – Coeficiente de utilização do ânodo.
Com base nos cálculos acima:
(1) Cada ânodo na superfície inferior das câmaras flutuantes gera uma corrente de 10,20A, com vida útil de 77 dias;
(2) Cada ânodo na superfície interna da base do tanque gera uma corrente de 10,20A, com vida útil de 77 dias;
(3) Cada ânodo na superfície interna das paredes do tanque gera uma corrente de 20,27A, com vida útil de 85 dias.
Através do cálculo da vida útil, verifica-se que cada ânodo é capaz de satisfazer os requisitos de proteção catódica temporária durante 65 dias.

6 Cálculo da quantidade de ânodos
IP12: Quantidade de corrente gerada pelos blocos de ânodos sacrificiais de liga de alumínio instalados na superfície interna da base do tanque.

7 Efeitos práticos da aplicação
No projeto da Base de Reserva de Petróleo ** em Tianjin, foi utilizada água do mar para o teste hidrostático dos tanques; conforme os cálculos descritos, foram empregados ânodos de liga de alumínio-magnésio-índio-cádmio para a proteção catódica. Após a conclusão do teste, constatou-se que a proteção catódica teve bom desempenho, ** reduzindo significativamente a corrosão da chapa de aço provocada pela água do mar.