A aplicação da tecnologia de proteção catódica em tubulações de abastecimento de água

A aplicação da tecnologia de proteção catódica em tubulações de água terrestres (tubos de aço e PCCP) é o método principal para prevenir a corrosão do metal e prolongar a vida útil da tubulação. Devido às diferenças nas propriedades dos materiais e nos ambientes de serviço entre os tubos de aço e os tubos cilíndricos de concreto protendido (PCCP), existem variações significativas no projeto e na implementação da proteção catódica.

1. Ambiente de Corrosão e Desafios

Principais tipos de corrosão:

• Corrosão eletroquímica: Células de corrosão formadas por diferenças na umidade do solo, salinidade e oxigênio.
• Corrosão por correntes parasitas: Interferência de corrente de instalações de energia próximas e trânsito ferroviário.
• Corrosão microbiana (MIC): bactérias redutoras de sulfato (SRB) aceleram a corrosão em solos anaeróbicos.

Áreas-de alto risco:

• Costuras de solda e defeitos de revestimento: Tubos de aço expostos localmente atuam como ânodos.
• Solos com alta-sal/baixa resistividade (por exemplo, áreas costeiras): as taxas de corrosão podem atingir 0,1~0,3 mm/ano.

2. Seleção de tecnologia de proteção catódica

Sistema de ânodo sacrificial (Ânodo Sacrificial CP, SACP)

1)Cenários aplicáveis:

• Curta-distância (<5 km), small-diameter (
• Ambientes de solo ou água doce.

2) Materiais anódicos:

• Ânodos de liga de magnésio: alta tensão de acionamento, adequados para solos de alta-resistividade ou água doce.
• Ânodos de liga de zinco: Baixa tensão de acionamento, adequados para solos de baixa-resistividade (<1000 Ω·cm).

3)Parâmetros de projeto:

• Densidade de corrente de proteção: 0,02~10 mA/m² (dependendo da qualidade do revestimento e dos cenários da tubulação, por exemplo, 5-10 mA/m² para tubulações enterradas revestidas com 3PE-em sistemas regionais, 0,01-0,05 mA/m² para tubulações de longa distância revestidas com 3PE).
• Profundidade de enterramento do ânodo: 1,5 ~ 2 metros (localizado em camadas de solo úmido abaixo das tubulações).

Sistema de Corrente Impressa (CP de Corrente Impressa, ICCP)

1)Cenários aplicáveis:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>DN1000).
• Ambientes de solo ou água.

2)Componentes do sistema:

• Leitos anódicos: ânodos de ferro fundido com alto-silício, ânodos MMO (óxido metálico misto), ânodos de grafite, ânodos flexíveis, etc.
• Fonte de alimentação: Retificador de potencial constante (controla o potencial em -0,85~-1,20 V vs. Cu/CuSO₄).
• Eletrodos de referência: Eletrodos permanentes de Cu/CuSO₄ (enterrados perto de tubulações).

3)Projete pontos-chave:

• Leitos anódicos remotos Maior ou igual a 50 metros das tubulações para evitar distribuição desigual de corrente.
• Leitos anódicos distribuídos (múltiplos pontos dispersos) para terrenos complexos ou áreas urbanas densas.

Principais tecnologias e proteção combinada

1)Sinergia de revestimento + CP:

• Tipos de revestimento: 3PE (polietileno de três{1}}camadas), FBE (epóxi-ligado por fusão), etc.
• Gerenciamento de defeitos de revestimento: Cobertura CP para pontos danificados (densidade de corrente menor ou igual a 10 mA/m² quando a taxa de danos<1%).

2) Colagem e isolamento:

• Use flanges ou juntas isolantes para isolar tubulações protegidas de outras estruturas metálicas que possam interferir nas correntes CP.
• Instale cabos de ligação para equilibrar as diferenças de potencial.

1. Mecanismo de corrosão PCCP

Características estruturais:

• Fios de aço protendido enrolados em cilindros de aço, cobertos com camadas externas de concreto.
• Riscos de corrosão do fio: A carbonização do concreto ou a penetração de cloretos destroem os filmes de passivação.

Consequências da corrosão:

• Fraturas de fios levando a rupturas de tubos (por exemplo, incidente de ruptura de PCCP em 2000 em Tampa Bay, EUA).

2. Desafios Técnicos do CP

Blindagem atual:

• Camadas de concreto impedem que a corrente chegue aos fios, exigindo projetos especiais.

Risco de fragilização por hidrogênio:

• Sobre-proteção (potencial<-1.00 V vs. Cu/CuSO₄) may cause hydrogen-induced fractures in high-strength wires.

Dificuldades de monitoramento:

• Fios embutidos em concreto requerem medições de potencial através de camadas protetoras.

3. Soluções de implementação de CP

Ânodos distribuídos:

• Instale ânodos de sacrifício de liga de zinco no solo fora das paredes do tubo ou ânodos de fita MMO/anodos de polímero condutor.

Leitos anódicos remotos:

• Para tubulações existentes, use leitos de ânodos-profundos para penetrar nas camadas de concreto.

Parâmetros de projeto:

• Potencial de proteção: -0,85~-1,00 V (vs. Cu/CuSO₄) para evitar fragilização por hidrogênio.
• Densidade de corrente: 0,1~1,0 mA/m² (baixa demanda de corrente devido à alta resistividade do concreto).

4. Monitoramento e Manutenção

Monitoramento potencial:

• Sondas: eletrodos saturados de Cu/CuSO₄ enterrados no solo ou eletrodos de Mn/MnO₂ pré-{0}incorporados no concreto para monitoramento-do potencial do fio em tempo real.
• Isolamento seccional: Divida as tubulações PCCP em segmentos para monitoramento potencial independente.

Aviso de quebra de fio:

• Emissão acústica (AE): Detecta sinais de ondas de tensão provenientes de fraturas de fios.
• Método eletromagnético (EMAT): Faça a varredura das superfícies do tubo para avaliar a integridade do fio.

• Projeto EPC do Oleoduto de Água No.4 do China Harbor Karachi, Paquistão
• Projeto de Dessalinização e Abastecimento de Água JAFURAH (JFD)
• Projeto CP do Oleoduto PCCP de 180 km em Xinjiang usando ânodos de zinco pré-embalados e ânodos de fita de zinco de alta{2}}pureza.
• Projeto de segurança de água potável rural de Xinjiang Kashi.
• Projeto Conjunto de Abastecimento de Água da Bacia do Rio Xinjiang Pishan (Fase I) CP
• Projeto de CP de usina de água e oleoduto de saída de Ningbo Taoyuan
• Projeto de desvio do centro de água Putian Jinzhong - Oleoduto PCCP costeiro da filial de Mazu

1. Desafios atuais

• Distribuição desigual da corrente PCCP: a variação da espessura do concreto causa sub{0}}proteção/superproteção-local.
• Custo-efetivo: o PCCP CP custa 3 a 5 vezes mais que os sistemas de tubos de aço (devido aos requisitos de penetração do concreto).
• Controle de fragilização por hidrogênio: Requer regulação precisa de potencial (por exemplo, uso de limitadores de potencial).

2. Direções de inovação

Materiais de ânodo inteligentes:

• Ânodos autorreguláveis-(ajustam automaticamente a saída de corrente com base na umidade/salinidade).
• Ânodos nano-compósitos (por exemplo, MMO-aprimorados com CNT para melhorar a eficiência da corrente).

Monitoramento digital:

• Plataformas de IoT (Internet das Coisas) para análise-em tempo real de dados de emissões potenciais, atuais e acústicas.
• Aprendizado de máquina para prever pontos críticos de corrosão e otimizar parâmetros de proteção.

Tecnologias verdes:

• Sistemas ICCP movidos a energia solar/eólica-(por exemplo, o Esquema Hidrelétrico Snowy Mountains da Austrália).

3. Padrões e Especificações

Padrões internacionais:

• NACE SP0169 (Controle de Corrosão Externa em Sistemas de Tubulação Metálica Subterrânea ou Submersa).
• NACE SP0100 (Proteção Catódica para Controlar a Corrosão Externa de Tubulações de Pressão de Concreto e Argamassa-Tubulações de Aço Revestidas para Serviços de Água ou Esgoto).

Padrões chineses:

• GB/T 21448-2017 "Especificação técnica para proteção catódica de dutos de aço enterrados" descreve os padrões para proteger dutos de aço enterrados contra corrosão por meio de técnicas de proteção catódica.
• GB/T 19685-2017 "Tubos cilíndricos de concreto protendido" fornece as especificações para tubos cilíndricos de concreto protendido, que são comumente usados ​​em sistemas de água e esgoto.
• GB/T 28725-2012 "Proteção catódica de tubos cilíndricos de concreto protendido enterrados" concentra-se nos padrões de proteção catódica especificamente para tubos cilíndricos de concreto protendido enterrados, garantindo sua longevidade e integridade.

As aplicações de CP em tubulações de água terrestres (aço e PCCP) exigem projetos direcionados:

• Tubulações de aço: Foco na sinergia revestimento+CP para lidar com correntes parasitas e corrosão do solo.
• PCCP: Proteção direta dos fios através de camadas de concreto enquanto equilibra os riscos de fragilização por hidrogênio.

As tendências futuras enfatizam o monitoramento inteligente, materiais com baixa fragilização por-hidrogênio-e soluções de energia verde para atender às demandas de confiabilidade para transferência de água-de longa distância e redes urbanas, avançando a infraestrutura hídrica rumo a uma vida-de serviço de um século.