Diseño SPC H2-ducto Rev 0 final.pdf

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COATZACOALCOS, VERACRUZ MEXICO

BELLAVISTA No. 1516 COL. PUERTO MEXICO

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INTEGRIDAD MECANICA DEL SURESTE, S.A. DE C.V.

FECHA: 14 Junio 2011 Proteccin Catdica Elaborado por: Osvaldo Mejia NACE CP4 Certificacin No. 8979

Diseo Sistema de Proteccin Catdica H2-Ducto Cangrejera Minatitln

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1. OBJETO

Disear un sistema de proteccin catdica (SPC) por corriente impresa para el hidrgeno-ducto (H2-Ducto) Cangrejera Minatitln.

2. ALCANCE

El presente documento se limita nica y exclusivamente a presentar el diseo de un sistema de proteccin catdica para el H2-ducto Cangrejera Minatitln (: 10; Longitud: 25.4 Km).

3. DESCRIPCION DEL DUCTO

El H2-Ducto fue construido en el ao 2010 con el fin de transportar 27.8 MMPCSD de H2, a una presin mxima de operacin de 42 Kg/cm2 (597 psi) y 40 C (104 F), desde el Complejo Petroqumico Cangrejera (CPC) hacia la refinera Lzaro Crdenas; el mismo tiene una longitud de 25.4 Km, un dimetro nominal de 10 (OD = 10.75), espesor nominal de 0.307 en tubera API 5L Gr. X-52, recubierta con tricapa en el cuerpo de los tubos y mangas termo-contrctiles en las juntas. La lnea se encuentra aislada elctricamente en sus extremos mediante juntas monoblock; de igual forma, en las abscisa 14+507 y 15+257 se han instalado juntas monoblock a ambos lados de las vlvulas de seccionamiento instaladas en dichas abscisa para aislar al segmento de ducto instalado bajo el ro Coatzacoalcos. El hidrgeno-ducto realiza un trazado principalmente soterrado, a una profundidad aproximada de 1.5 m, no cuenta con cruces encamisados y comparte el derecho de va, en aproximadamente 23.5 Km de su recorrido, con otros ductos (gasoducto, oleoducto, combustleo-ductos, CO2-Ducto, poliductos y acueducto), cuyos SPC actualmente se encuentran independientes del H2-Ducto1; estas tuberas, en los tramos paralelos al H2-Ducto, se encuentran protegidas por los rectificadores de Tuzandepetl, Paso Nuevo I, Paso Nuevo II, Vlvula de Seccionamiento, Tacoteno II y Refinera, ubicados respectivamente en las abscisas 11+500, 13+000, 13+500, 17+000, 18+000 y 23+000 aprox. del H2-Ducto. De igual forma, el H2-Ducto tambin intercepta y corre paralelo a algunas lneas de transmisin elctrica de alta y media tensin.

1No existen puenteos elctricos entre los otros ductos y el H2Ducto, ni conexin del negativo de losrectificadoresqueprotegendichosductosalH2Ducto

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El terreno a lo largo del trazado del ducto presenta las siguientes caractersticas:

Tabla 1. Caractersticas del Terreno a lo Largo del H2-Ducto

Abscisa @1.6 m (Ohm-cm)

@ 3.2 m (Ohm-cm)

Capa 1.6 - 3.2 m (Ohm-cm)

pH Suelo

Tipo de Suelo

BSR NMP/g

000+000 38000 30000 539 3.7 Arcilla 000+500 17000 16000 329 3.5 Arcilla 001+000 2700 2600 55 3.7 Arcilla 001+500 4000 2600 42 4.4 Arcilla 002+000 9500 7300 129 3.8 Arcilla 11 002+500 10100 8200 150 4.2 Arcilla 003+000 12000 10000 186 4.0 Arcilla 003+500 20000 19600 418 4.3 Pantano 004+000 4100 3800 77 4.3 Pantano 004+500 2200 1900 36 3.7 Arcilla 005+000 10500 1600 19 2.8 Arcilla 005+500 17000 16000 329 4.2 Arcilla 006+000 118000 80000 1315 4.2 Arcilla 35 006+500 90000 26000 330 4.5 Arcilla 007+000 115000 50000 694 4.4 Arcilla 007+500 13000 12300 254 4.6 Arcilla 008+000 81000 56000 930 5.2 Pantano 008+500 10000 8400 157 4.5 Arcilla 009+000 15000 10000 163 5.2 Arcilla 009+500 23300 19700 371 4.5 Arcilla 010+000 35000 31400 619 4.6 Arcilla 34 010+500 17500 13600 242 4.2 Arcilla 011+000 6900 4800 80 4.5 Pantano 011+500 28000 16200 248 5.8 Arcilla 012+000 1100 900 17 4.5 Arcilla 012+500 1800 1600 31 4.5 Arcilla 013+000 1700 660 9 5.5 Arcilla 013+500 12000 10000 186 4.9 Arcilla 014+000 3800 2900 51 4.5 Pantano 14

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Abscisa @1.6 m (Ohm-cm)

@ 3.2 m (Ohm-cm)

Capa 1.6 - 3.2 m (Ohm-cm)

pH Suelo

Tipo de Suelo

BSR NMP/g

014+500 3300 1200 16 5.9 Arcilla 015+000 Rio Coatzacoalcos 015+500 4800 1600 21 5.2 Arcilla 016+000 250 240 5 5.1 Pantano 11 016+500 260 240 5 3.8 Pantano 017+000 480 390 7 3.3 Pantano 017+500 810 700 13 4.0 Pantano 018+000 4000 1600 22 3.2 Pantano 018+500 3500 1600 23 6.3 Pantano 019+000 300 260 5 3.3 Pantano 019+500 190 120 2 3.3 Pantano 020+000 7000 4000 61 5.2 Pantano 10 020+500 800 700 14 2.8 Pantano 021+000 700 600 11 2.9 Pantano 021+500 3900 3000 53 5.5 Pantano 022+000 1800 1000 15 5.3 Pantano 022+500 1700 1500 29 5.2 Pantano 023+000 800 500 8 023+500 1100 1000 20 024+000 2400 1600 26 11

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En la siguiente figura se presenta una vista panormica, en google earth, del trazado del H2-Ducto y la ubicacin de los aislamientos elctricos del mismo.

Figura 1. Vista Panoramica del Trazado del H2-Ducto

Actualmente, el H2-Ducto se encuentra protegido mediante un sistema de proteccin catdica temporal por nodos de sacrificio; los potenciales tubo/ suelo (T/S) medidos a lo largo del ducto satisfacen el criterio de 850 mV (Ver Anexo 6).

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4. FILOSOFIA DE DISENO Y OPERACIN DEL SPC

4.1 Filosofa de diseo

De acuerdo con el requerimiento de Pemex Refinacin, el sistema de proteccin catdica a disear ser del tipo corriente impresa con cama andica profunda y su vida til ser de 20 aos. La capacidad de drenaje de corriente de la cama andica se basar en el requerimiento de corriente de la estructura a proteger, ms un excedente para compensar el posible incremento en la superficie expuesta al electrolito por dao del recubrimiento de la estructura durante la vida til del SPC y una provisin adicional para suministrar corriente a los ductos instalados en el DDV del H2-Ducto. Como filosofa de diseo, se asume que los equipos a proteger constituyen una sola estructura elctrica, lo cual implica que se deben instalar puenteos elctricos para conectar los segmentos de tubera a ambos lados de los aislamientos elctricos instalados en las vlvulas de seccionamiento en las mrgenes (Derecha e Izquierda) del Rio Coatzacoalcos; de igual forma, el diseo considera que no existen puenteos elctricos entre el H2-Ducto y las tuberas con las cuales comparte el derecho de va, por lo que para integrar el SPC diseado en este documento a los SPC existentes, la inyeccin de corriente debe realizarse a travs de un cable negativo individual entre el rectificador de este diseo y los ductos a proteger, similarmente, la conexin entre el H2-Ducto y los SPC existentes debe realizarse a travs de un cable negativo proveniente directamente de los rectificadores Tuzandepetl, Paso Nuevo I, Paso Nuevo II, Vlvula de Seccionamiento, Tacoteno II y Refinera. Por otra parte, la filosofa de diseo tambin considera que el ducto estar aislado elctricamente de otras estructuras en sus extremos, por lo que la proteccin catdica slo se suministrar a los tramos de tubera comprendidos entre la junta de aislamiento elctrico instalada a la salida del Complejo Petroqumico Cangrejera y la junta aislante instalada a la llegada de la Refinera Lzaro Crdenas. Finalmente, en el diseo propuestos se est tomando en consideracin que el ducto no es objeto de interferencias elctricas AC, DC, ni telricas, por lo que si las mismas son identificadas a lo largo de la vida til del sistema, se debern disear los sistemas de proteccin para mitigar estos mecanismos de deterioro. 4.2 Filosofa de operacin

Debido al tipo de electrolito reinante a lo largo del trazado del ducto (suelo cido, con alta humedad, baja resistividad y posible presencia de bacterias), la corrosin por suelo representa una amenaza constante a la integridad de los elementos enterrados que conforman el H2-Ducto; por tanto, los sistemas de proteccin contra la corrosin externa implementados en el ducto (recubrimiento y proteccin catdica) deben tener una accin continua y permanente para evitar el deterioro de la capacidad de contencin de presin del ducto. En vista de lo anterior, la filosofa de operacin del sistema de proteccin catdica se especifica para que el mismo opere de manera permanente, suministrando la corriente necesaria para mantener potenciales de proteccin catdica a lo largo de todo el ducto; por lo que dicho sistema de proteccin deber ser objeto de un plan de inspeccin y mantenimiento que verifique el cumplimiento de los parmetros de proteccin y garantice la operacin confiable y eficiente del referido sistema de proteccin.

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La filosofa de operacin sobre la cual se disea el desempeo del sistema de proteccin catdica propuesto en este documento, establece como criterio de proteccin para el ducto potenciales polarizados en el rango de 950 mV a 1,200 mV respecto a un electrodo de Cu/CuSO4. De igual forma, debido a que, para asegurar la integridad del ducto desde el punto de vista de corrosin externa, se requiere la operacin continua del SPC, la filosofa operativa propuesta para el mismo, establece que el SPC no debe estar fuera de servicio por ms de 72 horas continuas2; por tal motivo, el sistema de proteccin catdica ser dotado con un sistema de monitoreo remoto, con el fin de que se pueda monitorear en tiempo real el funcionamiento del sistema y detectar las fallas que se presenten en el mismo, lo cual permitir la implementacin de medidas correctivas inmediata ante un evento de falla del sistema. Por otra parte, con el fin de verificar que el ducto se encuentre recibiendo adecuados niveles de proteccin, se recomienda a Pemex Refinacin implementar el siguiente plan de inspeccin:3

Inspeccin CIPS (Closed Inspection Potential Survey) inicial: esta inspeccin debe ser realizada 15 das luego de la puesta en servicio del SPC, con el fin de verificar que la totalidad de los potenciales medidos a lo largo del ducto satisfagan el criterio de proteccin especificado para el mismo; en caso de que se identifiquen sectores de tubera que no satisfagan el criterio establecido se debern implementar los correctivos del caso.

Estudio de interferencias: este estudio debe ser realizado cuando se detecten condiciones que puedan identificar la posible existencia de interferencias AC, DC y/o telricas en el sistema.

Inspeccin CIPS (Closed Inspection Potential Survey) peridica: esta inspeccin debe ser realizada cada 5 aos, con el fin de verificar que la totalidad de los potenciales medidos a lo largo del ducto satisfagan el criterio de proteccin especificado para el mismo; en caso de que se identifiquen sectores de tubera que no satisfagan el criterio establecido se debern tomar las medidas correctivas del caso.

Inspeccin de potenciales poste a poste On: esta inspeccin debe ser realizada cada 3 meses, con el fin de verificar que los potenciales On de la lnea se encuentren dentro de los rangos normales de operacin del sistema, comparados contra los ledos en la inspeccin On/ Off inmediatamente anterior.

Inspeccin de potenciales poste a poste On/ Off: esta inspeccin debe ser realizada cada ao, con el fin de verificar que los potenciales Off de la lnea se encuentren dentro de los rangos normales de operacin del sistema, comparados contra los ledos en la inspeccin CIPS inmediatamente anterior.

Mantenimiento preventivo al rectificador: esta actividad debe ser realizada cada 6 meses, con el fin de prevenir fallas en el rectificador.

Para poder realizar las inspecciones arriba recomendadas, se sugiere la instalacin de estaciones de prueba de potenciales (postes de monitoreo) a lo largo de todo el ducto, separados aproximadamente a 1000 m entre s, al igual que en los cruces de carretera, cruces de ro, cruces de va de ferrocarril, cruces de lneas de alta tensin, en el inicio y llegada del ducto y puntos de drenaje de rectificadores, mediante la instalacin de postes tipo R (de registro elctrico) y RA (de registro areo), de acuerdo con lo indicado en la norma NRF-047-PEMEX-2007.

2Estecriteriopuedeserajustadoconbaseenunestudiodedespolarizacindelatubera.3Esteplan de inspeccin puede ser ajustadomediante un anlisis de riesgos para la amenaza corrosinexterna

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5. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

Para la ejecucin del diseo presentado en este reporte se ha tomado como referencia la informacin, los lineamientos y las recomendaciones consignados en los siguientes documentos:

CP 2 Cathodic Protection Technician Course Manual, NACE International, July 2004

CP3 Cathodic Protection Technologists course Manual, NACE International, 2005

CP4 Cathodic Protection specialist course Manual, NACE International, 2004

NACE SP0169 Control of External Corrosion on Underground on Submerged Metallic Piping Systems.

NACE SP0286 Electrical Isolation of Cathodically Protected Pipelines.

NACE International Deep Anode Systems (Design, Installation, and Operation) T. H. Lewis, Jr. NRF-047-07 - Diseo, Instalacin y Mantenimiento de los Sistemas de Proteccin Catdica

6. DESARROLLO

6.1 Descripcin de la Metodologa

El diseo descrito en el presente informe se ha desarrollado con base en las recomendaciones y los lineamientos dados en los documentos de referencia en lo concerniente a criterios de diseo de sistemas de proteccin catdica por corriente impresa con camas profundas para sistemas de tuberas. 6.2 Criterios generales de diseo

Tomando como referencia las buenas prcticas en diseo de SPC, los criterios de proteccin recomendados por la NACE International, la informacin recibida y la experiencia del diseador, se definen los siguientes parmetros para el diseo: Densidad de corriente: De acuerdo con la condicin, la resistividad y el pH del suelo a lo largo del trazado del ducto,

se asume un terreno altamente cido, por lo cual, se toma una densidad de corriente de proteccin de 120 mA/m2 para proteger las reas desnudas del ducto4

rea desnuda: Considerando el tipo y edad del recubrimiento instalado en la tubera, se asume que el ducto tenga

un rea desnuda igual al 0.1% del total de su superficie (efectividad del recubrimiento (Er) = 99,9%). Tipo de sistema de proteccin catdica: De acuerdo con los requerimientos del cliente, el sistema de proteccin

catdica a disear ser por corriente impresa.

4Tabla2.5,NACECP4CathodicProtectionSpecialistCourseManual

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Tipo de cama andica; De acuerdo con los requerimientos del cliente, se selecciona una cama andica profunda para el SPC.

Ubicacin de la cama andica: Considerando la disponibilidad de corriente AC para la alimentacin del rectificador,

la facilidad de acceso y la posicin a lo largo del ducto, se selecciona el sitio ubicado en la abscisa 5+036 del ducto (Rancho Los Cocos), como sitio propuesto para la instalacin de la cama andica; los resultados de la prospeccin geo-elctrica vertical realizada en este sitio son mostrados en la siguiente tabla:

Tabla 2. Medicin de Resistividades Profundas del Terreno en la Abscisa 5+0005

Coordenadas Geogrficas: 18259.27 N; 94227.77 O Prof.

Inicio de Capa (m)

Espesor de Capa

(m) Resistividad

(Ohm-cm) Litologa

0,0 2 18,840 Arenas compactadas 2.0 3 4,710 Arenas, gravas y rellenos arenosos 5.0 5 3,140 Arenas, gravas y rellenos arenosos 10,0 10 1,884 Areniscas y lutitas 20,0 20 1,382 Areniscas y lutitas 40,0 20 2,072 Areniscas y lutitas 60,0 20 4,270 Areniscas y lutitas 80,0 20 1,198 Areniscas y lutitas

Vida til: De acuerdo con los requerimientos del cliente, la vida til del SPC ser de 20 aos. Factores de sobre-diseo: A criterio del diseador, se emplear un factor de sobre-diseo de corriente del 20%, por

envejecimiento/ dao del recubrimiento durante la vida til del sistema de proteccin catdica. Potencial de proteccin: De acuerdo con los resultados de la medicin de pH y bacterias y la condicin del terreno

observada a lo largo del trazado (terreno pantanoso, en algunos sectores), el diseador recomienda que el criterio de proteccin catdica a establecer para el ducto sea un potencial de polarizacin (Instant Off) de 950 mV DC, respecto al electrodo de Cu/ CuSO4.

Seleccin de los nodos: Con base en la experiencia del diseador, se preseleccionan nodos de MMO (Mixed

Metal Oxide) tubulares marca Corrpro, referencia M7546 (Dimetro= 19.1 mm; Longitud= 1,219 mm; Peso= 314

5Datos tomadosdeldocumento EstudioGeolgicoyGeofsicoRealizadoParaDeterminar laFactibilidadTcnicadeConstruirCamaAndicaTipoPozoProfundo,enRanchoLosCocos(VerAnexo1)

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g/m), los cuales tienen una capacidad de drenaje de corriente de 5.1 amperios durante 20 aos, cuando se instalan inmersos en coque calcinado de petrleo.

Backfill de los nodos: Con el fin de facilitar el drenaje de corriente de los nodos y aumentar la vida de servicio del

sistema, se especifica la instalacin de coque calcinado del petrleo alrededor de los nodos. A criterio del diseador, se selecciona un carbn calcinado de petrleo marca Loresco7, referencia SC-3 (Super Conducting Earth Contact Backfil), el cual tiene las siguientes caractersticas:8

Tamao de partcula: < 1 mm, libre de polvo.

Contenido de carbn fijo: > 99.35% en peso

Densidad: =74Lb/ft3 (1185 Kg/m3). Cables: Para el conexionado de las camas andicas, se emplear cables calibre 4 AWG recubierto con polietileno

de alto peso molecular (HMWPE). 6.3 Memorias de clculo del sistema de proteccin catdica

Con el fin de verificar si la ubicacin seleccionada para la cama andica permitira una distribucin de corriente adecuada para proteger catdicamente la lnea, a continuacin se presenta el clculo de atenuacin de potenciales en la estructura, considerando un punto de inyeccin de corriente en la abscisa 5+000 del ducto: Clculo de atenuacin de potenciales en el ducto

Para realizar el clculo de atenuacin de potenciales en la estructura, se divide a la misma en secciones unitarias de 1 Km: Resistencia de una seccin unitaria de tubera (r):

224

*

IDOD

Lr Sa

a: Resistividad lineal del acero [2.06 x 10-3 Ohm/m]9

LS: Longitud de la seccin unitaria [1,000 m]

6El constructor podr seleccionar nodos de unamarca diferente siempre y cuando tengan lamismacapacidaddedrenajedecorrienteydimensionessimilares7El constructor podr seleccionar un coque demarca diferente siempre y cuando tenga caractersticassimilares8Datostomadosdelapginaelectrnica:http://www.loresco.com/sc3.html9NACECP4CathodicProtectionSpecialistCourseManual,page5:36

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OD: Dimetro externo de la tubera [0.273 m (10.750 pulg)]

ID: Dimetro interno de la tubera [0.251 m (9.880 pulg)]

Ohmxr 21027.2 Conductancia tubera/ tierra remota de una seccin unitaria (g):

Avg

g

cm- 1000* L*OD*g'* S

g': Conductancia especifica del recubrimiento [4.30 x 10-5 S/m2] 10

OD: Dimetro externo de la tubera [0.273 m (10.750 pulg)]

LS: Longitud de la seccin unitaria [1,000 m]

Avg: Resistividad promedio a lo largo de la tubera [15,800 Ohm-cm]11

Sxg 31033.2

Factor de atenuacin ():

gr * r: Resistencia de una seccin unitaria de tubera [2.27 x 10-2 Ohm]

g: Conductancia tubera/ tierra remota de una seccin unitaria [2.33 x 10-3 S]

31027.7 x Resistencia caracterstica (RG):

grRG

r: Resistencia de una seccin unitaria de tubera [2.27 x 10-2 Ohm]

10Valorrecomendadopararecubrimientoenmuybuenestado (CP4CathodicProtectionSpecialistCourseManual,NACEInternational,2004,pag:2:44) [email protected](verTabla1)

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g: Conductancia tubera/ tierra remota de una seccin unitaria [2.33 x 10-3 S]

OhmRG 11.3 Resistencia de lnea abierta (RSO,d), extremo derecho (20.4 Km desde la fuente):

)*(*, xCothRR GdSO RG: Resistencia caracterstica [3.11 Ohm]

: Factor de atenuacin [7.27 x 10-3]

x: No. de unidades entre la inyeccin de corriente y el extremo de la tubera [20.4]

OhmR dSO 15.21, Corriente requerida para producir 1.0 V de cambio de potencial en la fuente (IS,d):

dSO

SdS R

EI

,,

ES: Cambio de potencial en la fuente [1.0 V]

RSO,d: Resistencia de lnea abierta, extremo derecho [21.15 Ohm]

AI dS 05.0, Resistencia de lnea abierta (RSO,i), extremo izquierdo (5 Km desde la fuente):

)*(*, xCothRR GiSO RG: Resistencia caracterstica [3.11 Ohm]


x: No. de unidades entre la inyeccin de corriente y el extremo de la tubera [5]

OhmR iSO 71.85, Corriente requerida para producir 1.0 V de cambio de potencial en la fuente (IS,d):

iSO

SiS R

EI

,,

ES: Cambio de potencial en la fuente [1.0 V]

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RSO,i: Resistencia de lnea abierta, extremo derecho [85.71 Ohm]

AI iS 01.0, Cambio de potencial en el extremo derecho por cada 1 V de cambio de potencial en la fuente (Ed):

ySinhIRyCoshEE SGSd *** ES: Cambio de potencial en la fuente [1.0 V]


RG: Resistencia caracterstica [3.11 Ohm]

IS,d: Corriente requerida en la fuente para producir un cambio de potencial de 1.0 V [0.05 A]

x: No. de unidades entre la inyeccin de corriente y el extremo de la tubera [20.4]

VEd 989.0 Cambio de potencial en el extremo izquierdo por cada 1 V de cambio de potencial en la fuente (Ei):

ySinhIRyCoshEE SGSi *** ES: Cambio de potencial en la fuente [1.0 V]


RG: Resistencia caracterstica [3.11 Ohm]

IS,d: Corriente requerida en la fuente para producir un cambio de potencial de 1.0 V [0.01 A]

x: No. de unidades entre la inyeccin de corriente y el extremo de la tubera [5]

VEd 999.0 De acuerdo con los anteriores resultados se puede observar que a lo largo del H2-Ducto no existira atenuacin apreciable en el cambio de potencial estructura/ tierra remota de la misma, por lo que se podra lograr una adecuada distribucin de corriente para proteger catdicamente la tubera, instalando la cama andica en la abscisa 5+036.

A continuacin se presentan las memorias de diseo de la cama andica: rea efectiva a proteger (Aep):

)1(*** rep ELODA

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OD: Dimetro externo de la lnea [0.275 m (10.750 pulg)]

L: Longitud de la lnea [25,400 m]

Er: Eficiencia del recubrimiento [0.999]

28.21 mAep El rea efectiva a proteger es de 21.8 m2

Corriente requerida (Ireq):

assdepreq IFAI )1(* Aep: rea efectiva a proteger [21.8 m2]

Fsd: Factor de sobre-diseo por dao en el recubrimiento [0.2]

Ias: Densidad de corriente de proteccin [0.120 A/m2]

AI req 14.3 La corriente requerida para proteger el ducto es de 3.14 A

De acuerdo con los resultados de la prueba de requerimiento de corriente realizada al ducto (Ver Anexo 5), con 1100 mA se pudo proteger catdicamente al ducto entre las abscisas 0+000 y 14+500, lo cual representa una corriente de proteccin de 75.86 mA/ Km de tubera. Con base en lo anterior, se requerira un total de 1,927 mA para proteger la totalidad del ducto (25.4 Km), por lo que el clculo de requerimiento de corriente presentado arriba es conservador respecto al obtenido en las pruebas de campo, dando un margen de seguridad apropiado para el diseo del sistema de proteccin catdica. Por otra parte, considerando el bajo requerimiento de corriente del ducto, y con el fin de contar con capacidad disponible para proteger estructuras conexas ante la falla de los aislamientos elctricos, la instalacin de nuevas lneas de flujo en el rea y/o la proteccin de las lneas existentes en el derecho de va del H2-Ducto, a criterio del diseador se recomienda instalar un sistema de proteccin catdica por corriente impresa con una capacidad de salida de 50.0 A. Longitud de la cama andica (L):

DDIIL a

**max

Ia: Mxima capacidad de drenaje de corriente de la cama andica [50.0 A]

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DImax: Criterio de mxima densidad de drenaje de corriente [1.61 A/m2] 12

D: Dimetro de la columna de coque [0.254 m (10 pulg)]

mL 9.38 La columna andica debe tener las siguientes dimensiones:

42 m de longitud13 y 10 pulg de dimetro Numero de nodos requeridos por vida de diseo (NT):

a

aT I

INmax,


Imax,a: Mxima capacidad de drenaje de corriente de un nodo [5.1 A]

10TN

Se requiere un mnimo de 10 nodos, para proteger la lnea de flujo durante su vida til

Con el fin de contar con capacidad de corriente adicional para suplir la eventual falla de un nodo, a criterio del diseador se sugiere instalar 11 nodos en la cama andica propuesta. Resistencia a tierra de la cama andica (Rv):

22

22

22

22

)4(4)43(43

lnln0025,0TLDTLTLDTL

LDLLDL

LRv

: Resistividad del electrolito [2,536 Ohm-cm]14

L: Longitud de la cama andica [42.0 m]

12Criterioemprico recomendadoparaevitarelaumentoen la resistenciaelctricade la interfacecama/suelodebidoa laexcesivageneracinde gases y al secadode la columnade coque. Referencia: DeepAnodeSystemDesign,InstallationandOperation,T.H.Lewis,Jr.,NACEInternational,pg.4513AcriteriodeldiseadorseseleccionaestalongitudconelfindereducirlaresistenciaelctricadelcircuitoyampliarelreadeinfluenciadelSPC.14A criterio del diseador se decide instalar la cama andica a una profundidad de 30m; el valor deresistividadde2,536correspondealpromedioponderadodelascapasatravsdelascualesseinstalarlacamaandica

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D: Dimetro de la cama andica [0.254 m (10 pulg)]

T: Profundidad de instalacin de la cama andica [30 m]

OhmRv 58.0

La cama andica propuesta tiene resistencia a tierra de 0.58 Ohm Otras resistencias:

Resistencia de los cables de conexin (RC):

CcLc LRR *, RL,C: Resistencia lineal del cable [1.25 x 10-4 Ohm/m]

LC: Longitud del cable [200 m]

OhmRC 03.0

Los cables de conexin tendran una resistencia de 0.03 Ohm

Resistencia del ctodo (Rp):

PPLP LRR *, RL,C: Resistencia lineal de la tubera [1.47 x 10-5 Ohm/m]

LC: Longitud del cable [25,400 m]

OhmRP 37.0

La tubera tendra una resistencia de 0.374 Ohm Resistencia total del circuito (RT):

PCvT RRRR * RV: Resistencia a tierra de la cama andica [0.58 Ohm]

RC: Resistencia de los cables de conexin [0.03 Ohm]

RC: Resistencia de la tubera [0.37 Ohm]

OhmRC 98.0

El circuito tendra una resistencia total de 0.98 Ohm

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Voltaje de salida del rectificador (Vs):

rTss VRIV * Is: Mxima corriente de salida de la cama andica [50.0 A]

R: Resistencia total del circuito [0.98 Ohm]

Vr: Voltaje de retroceso [2 V]

VVs 51

El voltaje de salida del rectificador debe ser mnimo de 51 V Con base en estos resultados, se selecciona un rectificador con salida DC de 100 V/ 50 A; con el fin de poder regular de manera ms efectiva el drenaje de corriente de la cama, se selecciona un rectificador mltiple tele-controlado, con 10 mdulos de salida de 5 A DC cada uno (ver Anexo 8). Cantidad de coque de relleno (Mcoque)

)1(*** 2 scoquecoque FLrM r: Radio de la cama andica [0.127 m (5 pulg)]

L: Longitud de la cama andica [42 m]

coque: Densidad del coque [1,185 Kg/m3]

Fs: Factor de sobre diseo por perdidas en el llenado [0.15 (15%)] KgM coque 2900

Se requieren 2900 Kg de coque para rellenar la zona activa de la cama andica

Cantidad de coque de reposicin (Mc,rep)

)1(***,, sutilaccrepc FVIrM rc,c: Rata de consumo del coque [1 Kg/A*ao]15


Vutil: Vida til de la cama andica [20 aos]

Fs: Factor de sobre diseo por perdidas en el llenado [0.15 (15%)]

15DatotomadodeguadediseoeinstalacindeEltechSystemsCorporationparacoqueLorescoSC2o3

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KgM repc 1150,

Se requieren 1150 Kg de coque para reponer la prdida debida al drenaje de corriente de la cama

Con el fin de evitar la apertura peridica de la cama andica para reponer el coque consumido, se recomienda que esta cantidad de coque sea almacenada en la zona inactiva de la cama, lo cual le permitir reponerse automticamente por gravedad en la medida en que el coque de la parte activa sea consumido. Los detalles de la instalacin son mostrados en el diagrama presentado en La Figura 1.

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Figura 2. Esquema de Instalacin de la Cama Profunda Propuesta

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7. CONCLUSIONES

De acuerdo con los clculos arriba presentados, el sistema de proteccin catdica (SPC) propuesto en este documento es apto para proteger al H2-Ducto; dicho SPC debe cumplir los siguientes requisitos: Especificacin del Rectificador:

Rectificador mltiple tele-controlado, con 10 mdulos de salida de 5 A DC cada uno

Voltaje de salida: 100 V DC

Corriente de Salida : 50 A DC Configuracin de la cama andica:

Ubicacin: Coordenadas Geogrficas: 18259.27 N; 94227.77 O

Longitud inactiva = 30 m

Camisa no metlica: tubera PVC RDE 21 de 12 de dimetro

Relleno espacio anular entre la camisa metlica y la no-metlica: mezcla arena/ cemento16

Longitud activa = 42 m

Camisa metlica: tubera de acero de 10 de dimetro

Longitud de la camisa metlica: 72 m

Numero de nodos a instalar: 11 nodos de MMO tubulares marca Corrpro, ref. M75417

Distancia entre la cola del primer nodo y el fondo de la cama = 1.5 m

Distancia entre la cola y la cabeza de los nodos adyacentes = 2.5 m

Distancia entre la cabeza del ltimo nodo y el tope de la columna activa = 1.5 m

Tipo de coque a emplear: marca Loresco, ref. SC-318

Cantidad de coque a emplear: 4050 Kg

16Mezclade1Kgdecemento,1Kgdearenay0,5Ldeagua17El constructor podr seleccionar nodos de unamarca diferente siempre y cuando tengan lamismacapacidaddedrenajedecorrienteydimensionessimilares18El constructor podr seleccionar un coque demarca diferente siempre y cuando tenga caractersticassimilares

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8. RECOMENDACIONES

Con el fin de mejorar la distribucin de corriente a lo largo del H2-Ducto y prevenir posibles interferencias elctricas entre los SPC existentes y el SPC propuesto en este diseo, se recomienda a Pemex realizar las siguientes acciones:

Instalar puenteos elctricos para conectar los segmentos de tubera del H2-Ducto ubicados a ambos lados de los aislamientos elctricos instalados en las vlvulas de seccionamiento en las mrgenes del Rio Coatzacoalcos, Derecho e Izquierdo, en el (Km 14+507 y Km 15+257)

Instalar un cable negativo desde el rectificador Los Cocos hasta los ductos con los cuales comparte DDV el H2-Ducto en esa abscisa.

Instalar un cable negativo desde los rectificadores Tuzandepetl, Paso Nuevo I, Paso Nuevo II, Vlvula de Seccionamiento, Tacoteno II y Refinera hasta el H2-Ducto

Inyectar 1/3 de la corriente de proteccin requerida por el H2-Ducto con el rectificador Los Cocos, 1/3 con el rectificador Tuzandepetl y 1/3 con el rectificador Tacoteno II.

Inyectar corriente diferencial (la mnima cantidad de corriente posible) al H2-Ducto a travs de los negativos de los otros rectificadores (Paso Nuevo I, Paso Nuevo II, Vlvula de Seccionamiento y Refinera), mismo rectificadores que deben ser de la misma tecnologa que el del Hidrogeno ducto o en su caso que el rectificador existente tenga diferentes salidas en el cable negativo.

Elaborado por:

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Anexo 1 Estudio Geolgico y Geofsico Realizado para Determinar la Factibilidad Tcnica de Construir Cama Andica Tipo Pozo

Profundo, en Rancho Los Cocos (Km 5+036)

Diseo Sistema de Proteccin Catdica H2-Ducto Cangrejera Minatitln

Elaborado por: Osvaldo Meja NACE CP4 Certificacin No. 8979

Versin: Reporte Final Fecha: 24-Mar-11

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Anexo 2 Medicin de Resistividad de Suelos

CP Cangrejera Refinera Lzaro Crdenas

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Anexo 3 Medicin de pH de Suelos


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Anexo 4 Conteo de Bacterias en Suelos


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Anexo 5 Prueba de Requerimiento de Corriente

H2-Ducto

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Anexo 6 Medicin de Potenciales Poste a Poste

H2-Ducto

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Anexo 7 Catlogo de nodos MMO

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Anexo 8 Catlogo del Rectificador

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Anexo 9 Comunicacin del Rectificador

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