Diseño y arranque de protección catódica galvánica para 12,000 pies de tubería aislada de agua caliente en una planta de tratamiento de aguas residuales, Dallas (2018-2019)

Una planta de tratamiento de aguas residuales en Dallas reemplazó su tubería enterrada de suministro y retorno de agua caliente durante una rehabilitación mayor. El nuevo sistema son unos 12,000 pies de tubo de acero de 2 a 6 pulgadas, envuelto en espuma de poliuretano de celda cerrada y una camisa de HDPE. El contratista general nos llamó para diseñar su protección catódica, sellada por un ingeniero profesional como pedían las especificaciones, y para acompañarla hasta el arranque.

Tubo caliente en suelo moderado

Las pruebas Wenner de cuatro electrodos en siete puntos situaron las capas a la profundidad del tubo, de 2.5 a 5 pies, entre 1,500 y 3,500 ohm-cm, lo que coincide con las arcillas y la arena limosa que el levantamiento de suelos del USDA marca ahí. Por sí solo eso es moderadamente corrosivo. Pero el agua circula a 180 °F, y el calor acelera la reacción de corrosión; esperábamos tasas tres a cuatro veces mayores que en el mismo suelo a temperatura normal, y tratamos cualquier acero desnudo como en riesgo severo.

Dimensionar los ánodos

El diseñador principal había especificado ánodos de sacrificio, y el suelo y el tubo bien recubierto se prestaban para ellos. La corriente típica de diseño para acero desnudo en suelo moderadamente corrosivo es de 1 a 2 mA por pie cuadrado; para este tubo usamos 8. Supusimos 99.5% de eficiencia del recubrimiento y sumamos unos 68 anclajes, anillos de acero soldados al tubo y colados en concreto, a 1 mA por pie cuadrado, porque están más fríos y el concreto los protege. El total fue de 1.21 A. Para una vida de 30 años con ánodos de magnesio de 17 libras las cuentas pedían 45; especificamos 48, en doce camas de cuatro ánodos verticales separados unos 10 pies, cada una con su estación de prueba. Las bridas aislantes quedaron sobre el terreno en las conexiones a los edificios, y uniones dieléctricas con estaciones de prueba donde el acero nuevo se une a cobre existente bajo tierra.

El informe de diseño también señaló el límite de este enfoque. Si entra agua a un hueco entre el tubo y su aislamiento, la espuma y la camisa protegen ese acero de la corriente de PC, y el acero caliente y mojado se corroe rápido.

Construcción y arranque

En junio de 2018 vimos a la cuadrilla hacer soldaduras de termita para cables de prueba y una unión a un anclaje, y repasamos la preparación de superficie hasta que sus soldaduras salieron limpias. En enero de 2019 revisamos la separación de ánodos en dos zanjas abiertas, pedimos de 5 a 10 galones de agua alrededor de cada ánodo durante el relleno, encontramos todas las resistencias de cables dentro de 0.3 ohms y confirmamos con el método de tierra móvil que las uniones dieléctricas aislaban el cobre del acero.

La visita de arranque, el 4 de marzo de 2019, una semana después de conectar la última estación de ánodos, encontró el sistema funcionando. Cada estación entregaba de 120 a 260 mA en suelo saturado, y todas mostraron más de 100 mV de polarización respecto a su línea base. Había dos problemas por corregir: a los juegos de brida en las conexiones a los edificios les faltaban las arandelas de un lado, lo que ponía el tubo en corto con el acero de los edificios, y los puentes de unión en las dos cámaras de válvulas estaban del lado equivocado de los acoplamientos no metálicos, lo que cortaba la continuidad. Sugerimos unir a soportes de acero atornillados a las caras de las bridas, ya que no había espacio para soldar al tubo.

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El trabajo de diseño se describe en diseño de protección catódica. Las visitas durante y después de la construcción son parte de arranque y puesta en servicio.