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TECNOLOGIA: LA PROTEZIONE CATODICA PER PRESERVARE LE TUBAZIONI DALLA CORROSIONE

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Il termine Protezione Catodica descrive un sistema per eliminare o limitare la corrosione di strutture in ferro a contatto con il terreno o con l’acqua di mare.

Il sistema della protezione catodica viene utilizzato per salvaguardare tubazioni in ferro utilizzate per gasdotti, oleodotti e sulle navi con la carena in materiale ferroso. La corrosione, indicata comunemente come ruggine, diminuisce la resistenza meccanica dei materiali ferrosi fino a rendere inservibili tubazioni e strutture metalliche.

Il processo della corrosione dei materiali ferrosi è del tutto simile alla combustione del carbonio quando si brucia la legna, ma avviene con tempi molto più lunghi (mesi/anni), ma non così lentamente come sarebbe auspicabile. Nel processo della corrosione gli atomi di ossigeno si legano al ferro formando ossido di ferro, esattamente come gli atomi di carbonio del metano, del gasolio e della legna si uniscono all’ossigeno per formare anidride carbonica. I sistemi di protezione passivi come vernici, zinco e rivestimenti in materiali plastici servono fintanto che sono integri su tutta la superficie, è sufficiente un microscopico danneggiamento perché inizi la “combustione” ovvero la corrosione.

La protezione catodica delle strutture metalliche è invece un sistema attivo, che richiede l’utilizzo di un passaggio di corrente elettrica all’interno della struttura metallica protetta, la corrente elettrica formata da elettroni liberi all’interno del ferro si distribuisce nella struttura, fuoriesce nei punti dove ci sono contatti con il terreno o l’acqua ed si unisce ai composti contenti ossigeno rendendoli elettricamente neutri. Gli elettroni sostituiscono gli elettroni degli atomi del ferro nel processo della corrosione, che a quel punto non avviene.

La protezione catodica viene utilizzata da ACEA Pinerolese Industriale SpA attraverso la sua controllata DGN Srl per proteggere la parte della rete del gas realizzata soprattutto nel Comune di Pinerolo prima dell’avvento delle materie plastiche ed in particolare del polietilene ad alta densità che associa le caratteristiche tipiche dei materiali plastici come il lento degrado nel tempo con un’elevata resistenza meccanica.

La corrosione delle condotte gas comporta un aumento dei rischi di dispersione in atmosfera del metano con possibili formazioni di miscele esplosive sia in luoghi aperti sia in luoghi chiusi con evidenti problemi per la sicurezza delle persone. La ricerca delle dispersioni per le strade attraverso una costosa attrezzatura installata su furgone richiede tempo e soprattutto costosi lavori di scavo e riparazione, quindi la protezione catodica risulta essere un sistema efficace con bassi costi di esercizio.

Il sistema di Protezione Catodica può essere realizzato in due modi:

  • attraverso anodi sacrificali di materiale meno nobile (normalmente Magnesio) rispetto al materiale ferroso di cui è costituita la tubazione, collegato ad essa con un cavo isolato. In tal modo l’anodo, si corrode al posto della tubazione lasciando intatto il materiale di cui è costituita; questo tipo di impianto di protezione viene utilizzato soltanto per brevi tratti di tubazione. Molto spesso questo metodo risulta insufficiente e viene utilizzato solo per brevi tratte di tubazione.
  • attraverso corrente elettrica impressa generata tramite un alimentatore a 24 Vcc che consente di mantenere costante il valore della tensione tubo/terreno. L’alimentatore ha la funzione di fornire energia elettrica a corrente continua necessaria per la protezione. I valori di tensione devono comunque essere tali da non provocare condizioni di sovraprotezione che potrebbero provocare danni al rivestimento della condotta e pericolose interferenze su strutture di terzi presenti sul territorio. Il polo negativo di tale alimentatore viene collegato elettricamente alla struttura da proteggere, che risulta polarizzata catodicamente, mentre il polo positivo viene collegato ad un anodo dispersore, solitamente verticale, ad una profondità di 80 metri. Il dispersore viene dimensionato in base alla corrente da erogare, alla durata (in media 10/15 anni), al consumo dovuto alla quantità di corrente erogata e alla resistività dell’ambiente circostante. La scelta del tipo di dispersore da adottare dipende dal tipo di terreno che si incontra alle diverse profondità, dai costi di installazione, ma soprattutto dalla necessità di ridurre al minimo gli interventi, atti a garantire l’efficienza del dispersore e mantenere costante nel tempo la sua resistenza verso terra e uniforme il suo consumo.

Generalmente i dispersori vengono posati in opportuno letto di posa costituito da polvere di carbone allo scopo di:

  • aumentare la superficie disperdente in modo da diminuire la resistenza verso terra;
  • ridurre il consumo del materiale anodico;
  • rendere omogeneo l’ambiente di posa dell’anodo.

I dispersori possono essere sia orizzontali che verticali.

I dispersori di corrente ORIZZONTALI vengono generalmente posati ad una distanza di 100/150 mt dalla struttura da proteggere per far si che il campo elettrico risulti più uniformemente distribuito, la stessa distanza va rispettata anche nei confronti di strutture metalliche interrate di terzi, per cautelarsi dal rischio di interferenze con esse.

Per i dispersori VERTICALI AD ALTA PROFONDITA’ la distanza fra la struttura da proteggere (o strutture di terzi) non dovrebbe mai essere inferiore ai 40 mt.

Nella protezione di reti distribuzione gas si tende ad impiegare DISPERSORE VERTICALI AD ALTA PROFONDITA’ per le seguenti ragioni:

  • possono essere posati in aree congestionate essendo di minimo ingombro;
  • si riduce al minimo la probabilità di interferenze verso terzi.

Alcuni terreni che in superficie presentano una elevata resistività, spesso risultano avere in profondità una buona conducibilità, le condizioni migliori si verificano con la presenza di strati di limo con matrice argillosa in presenza di una falda acquifera. In questi casi:

  • la distribuzione di corrente risulta maggiore;
  • non risente delle variazioni stagionali delle condizioni del terreno;
  • non sono soggetti ad essere danneggiati da scavi di terzi.

Per realizzare un DISPERSORE AD ALTA PROFONDITA’ occorre eseguire le seguenti valutazioni ed indagini:

  • verificare che nell’area interessata sia presente la condotta in acciaio da proteggere per minimizzare lo scavo per il collegamento elettrico con la superficie della condotta;
  • verificare che vi sia la possibilità di alimentare l’apparecchiatura di protezione catodica con corrente 220Vac;
  • effettuare un’indagine geologica al fine di escludere la possibilità di trovare nel sottosuolo da una profondità di 40 mt ad 80mt rocce o trovanti di grosse dimensioni: tale indagine può venire svolta con il sistema geoelettrico o sismico, per il primo occorre avere una area libera da fabbricati e sottoservizi molto estesa, l’area indagata deve avere minimo 400mt per lato. Il sistema sismico sfrutta invece i rumori derivanti dal sottosuolo a frequenze molto basse, un sistema computerizzato analizza i suoni tracciando una mappa del sottosuolo.

Per realizzare un dispersore ad alta profondità si impiega una macchina trivellatrice comune che viene usata anche per eseguire pozzi freatici, la metodologia è a rotazione, mentre la testa fora, viene iniettata una miscela composta di Bentonite e acqua la quale, oltre che sostenere il foro ha la funzione di letto di posa per la catena di anodi che verranno posati da fondo pozzo, da circa 80mt fino a circa metà pozzo ovvero 40mt. Il processo elettrolitico sull’anodo produce gas pertanto in questo caso è opportuno prevedere adeguati sfiati verso la superficie.

Al fine di garantire la protezione catodica alle condotte interrate il valore del potenziale elettrico misurato tra tubo e terreno deve sempre essere NEGATIVO compreso tra – 1volt e – 2volt, valori negativi maggiori possono causare il distacco del rivestimento della condotta.

 

PROTEZIONE DALLE CORRENTI VAGANTI

Può accadere che nel suolo dove è posata la condotta, ci sia la presenza di correnti vaganti ovvero correnti disperse da dei conduttori non isolati o non perfettamente isolati. Soprattutto se ci troviamo in prossimità di attraversamenti ferroviari o parallelismi ferroviari ci potrebbero essere flussi di correnti dispersi dalle ferrovie fra il tubo e il binario, in special modo se il rivestimento della condotta presenta delle falle o scarso isolamento elettrico dovuta alla vetustà del materiale. Per evitare o almeno ridurre il fenomeno corrosivo si realizza un collegamento unidirezionale, nel caso più semplice con un diodo al silicio. Infatti se la corrente esce in un conduttore puro (cavo di rame di sezione adeguata) abbiamo solamente passaggio di elettroni, a differenza del conduttore elettrolita (terreno di posa) dove abbiamo passaggio di ioni e quindi corrosione.

TELECONTROLLO DELLA PROTEZIONE CATODICA

Il telecontrollo è un sistema di misura a distanza, finalizzato alla gestione corretta dei sistemi di Protezione Catodica. ACEA utilizza attualmente un apparecchio di controllo a distanza. Questo dispositivo, programmato da un operatore, esegue misurazioni in tensione e corrente le memorizza nella memoria interna. Tramite una connessione GSM/GPRS, invia un sms giornaliero ad un server centrale riportando i valori minimo, medio e massimo riscontrati, inoltre mensilmente, effettua una chiamata trasmettendo un report contenente tutti i valori di tensione e corrente registrati in una giornata, con intervallo di campionamento di un secondo. La gestione dei dati nel server centrale avviene con software chiamato WEBPROCAT, che memorizza le informazioni e le elabora. Fornisce anche informazioni giornaliere di allarmi in caso di malfunzionamento dell’apparecchiatura stessa o del sistema.

L’ente che vigila, stabilisce le regole tecniche ed obbliga gli operatori all’impiego della protezione catodica sulle reti  interrate in acciaio è l’ AEEG ( Autorità per l’energia elettrica e il gas) , con il supporto dell’APCE ( Associazione Per la Protezione dalle Corrosioni Elettrolitiche) la quale tramite i comitati tecnici mantiene i contatti tra gli associati ed emana pubblicazioni tecniche atte alla buona tecnica di gestione degli impianti di protezione catodica, in accordo con il CIG ( comitato italiano gas).

 

 

 

 

 

 

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