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______________________________
1
Engenheira Química - PETROBRAS S.A.
2
Engenheiro Mecânico - PETROBRAS S.A.
3
Consultor Sênior - PETROBRAS S.A.
IBP1108_05
QUALIFICAÇÃO DE REVESTIMENTO ANTICORROSIVO
PARA JUNTAS DE CAMPO – MANTAS TERMOCONTRÁTEIS
Glaucia B. Cabral1
, André Koebsch 2
, Wilson Castinheiras Jr.3
Copyright 2004, Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás - IBP
Este Trabalho Técnico foi preparado para apresentação na Rio Pipeline Conference & Exposition 2005, realizada no período de 17 a
19 de outubro de 2005, no Rio de Janeiro. Este Trabalho Técnico foi selecionado para apresentação pelo Comitê Técnico do evento,
seguindo as informações contidas na sinopse submetida pelo(s) autor(es). O conteúdo do Trabalho Técnico, como apresentado, não
foi revisado pelo IBP. Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, não
necessariamente reflete as opiniões do Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás, seus Associados e Representantes. É de conhecimento e
aprovação do(s) autor(es) que este Trabalho Técnico seja publicado nos Anais da Rio Pipeline Conference & Exposition 2005.
Resumo
A principal finalidade deste trabalho é apresentar os requisitos de qualidade estabelecidos pela Petrobras para
revestimento anticorrosivo externo destinado a juntas de campo em dutos enterrados, revestidos industrialmente com
PE-3L. Ele descreve o sistema empregado – mantas termocontráteis à base de polietileno – comparando-o com o existente
no duto. Passa, então, a expor as etapas de qualificação dos fornecedores, que inclui testes realizados nos materiais, no
conjunto da manta e no revestimento após a aplicação na junta de campo. Por fim, demonstra que a experiência adquirida
através da qualificação, consolidou a sistemática de controle de qualidade que tem sido realizada durante a aquisição e
aplicação das mantas na montagem de dutos.
Abstract
The main objective of this job is to present the quality requirements fixed by Petrobras for anticorrosive field joint
coating for buried pipelines, industrially coated with PE-3L. It describes the used system – polyethylene based heat-
shrinkable sleeve – comparing with the existent on the pipeline. So, it exposes the suppliers’ qualification stages, which
include test carried out for the materials, for the sleeve set and for the coating after its application on the joint field.
Finally, it shows that the experience, which has been gotten in the qualification, consolidated the quality control
systematic that have been carry out during the sleeves acquisition and application at the pipeline construction.
1. Introdução
A grande maioria dos dutos enterrados da Petrobras possui revestimento anticorrosivo externo em polietileno
extrudado tripla camada, cuja aplicação sobre a superfície dos tubos é realizada de modo industrial. Durante a construção
e montagem do duto, também se faz necessário proteger as juntas de campo – extremidades soldadas, formada pelos
colarinhos do tubo.
Para revesti-las, então, é empregado um sistema de mantas termocontráteis, também em tripla camada, cuja
filosofia de proteção anticorrosiva é a mesma utilizada no sistema empregado industrialmente.
A Petrobras, preocupada com a qualidade deste tipo de revestimento, elaborou especificações balizadoras para
avaliação do mesmo, bem como o procedimento para a sua qualificação e controle de qualidade durante a produção em
campo.
2. Similaridades do Sistema PE-3L e do Sistema de Mantas Termocontráteis
Rio Pipeline Conference & Exposition 2005
2
A moderna filosofia de proteção anticorrosiva de dutos propões que esta proteção seja feita através de um
sistema constituído de três camadas: a primeira camada oferece a proteção anticorrosiva propriamente dita, a segunda faz
a ligação coesa entre as camadas extremas e a última fornece a proteção mecânica.
Em fabrica, esta proteção conferida a tubos é feita através do sistema com polietileno em tripla camada. Para as
juntas de campo, é empregado o sistema de mantas termocontráteis.
2.1. O Sistema de Revestimento com Polietileno em Tripla Camada
O sistema anticorrosivo com polietileno tripla camada (PE-3L, polyethylene 3 layers) é constituído de uma
camada de pó epóxi anticorrosivo (“primer”), outra de adesivo copolimérico à base de polietileno e uma última de
polietileno (proteção mecânica).
Quando revestido em fábrica, o tubo recebe uma cuidadosa preparação de superfície: as escórias de soldagem e
os defeitos de laminação são eliminados; são retirados toda graxa, óleo, gordura, rebarbas ou camadas de óxido solto e
demais materiais estranhos; é verificada se há contaminação por cloreto; o tubo é aquecido visando eliminar umidade no
substrato metálico; a superfície é jateada de modo a apresentar limpeza ao metal quase branco e possuir um perfil de
rugosidade entre 60 µm e 100 µm (parâmetro Rz) e por fim a superfície do tubo é limpa de modo a ficar isenta de
contaminação por pó.
Sobre esta superfície devidamente preparada e aquecida pelo menos 3 ºC acima do ponte de orvalho, o pó epóxi
é eletrostaticamente aplicado (FBE – Fused Bond Epoxy), aderindo perfeitamente ao substrato de aço. Ele é a base do
sistema, oferecendo ao tubo a efetiva proteção anticorrosiva.
Antes que o FBE atinja a sua cura, o adesivo copolimérico é aplicado. Entre estas duas camadas, ocorre uma
reação química entre a parte polar da molécula de adesivo e o epóxi. A função do adesivo, que nada mais é do que uma
olefina modificada, é promover a adesão do polietileno ao epóxi, já que, como qualquer olefinas, suas moléculas apolares
não reagem quimicamente e assim, conseqüentemente, não aderem ao FBE ou ao substrato metálico.
Por fim, o sistema recebe uma capa de polietileno, responsável pela proteção mecânica do duto. Para que ele
possa tomar parte do sistema, é aplicado sobre o adesivo ainda quente, o que promove uma interação entre suas
moléculas e a parte olefínica do adesivo.
A figura 1 ilustra o sistema PE-3L:
Figura 1. Sistema de revestimento com polietileno tripla camada (Kehr, 2003)
2.2. O Sistema da Manta Termocontrátil
O sistema para juntas de campo tenta reproduzir, dentro das condições possíveis, a mesma qualidade do sistema
empregado para o revestimento dos tubos em fábrica. É constituído por “primer” epóxi líquido anticorrosivo, manta
termocontrátil de polietileno reticulado por processo de radiação eletrônica complementado com adesivo do tipo “hot
melt” em uma das faces e selo de fechamento ou mata junta. No caso do duto ser instalado pelo método de perfuração
dirigida, é colocada em um dos lados da junta uma manta de sacrifício, que pode ser estruturada com tecido de fibra de
vidro ou receber uma camada antiabrasiva do mesmo epóxi usado como “primer”.
A função do “primer” epóxi, assim como o FBE usado no revestimento do tubo, é conferir a real proteção
anticorrosiva ao aço. Em função das limitações de campo, usa-se o epóxi líquido bi-componete ao invés do FBE. A
preparação da superfície é fundamental para que se obtenha uma boa adesão do epóxi.
O adesivo “hot-melt” promoverá a ligação entre a manta e o “primer”, da mesma maneira que o adesivo
copolimérico no sistema PE-3L. O adesivo da manta não deve ser do tipo mastique, pois este não apresenta a mesma
força de adesão apresentada pelo “hot-melt”. Adesivo mastique possui outra função dentro da moderna filosofia de
revestimentos anti-corrosivos.
Rio Pipeline Conference & Exposition 2005
3
A manta de polietileno irá conferir proteção mecânica ao sistema de revestimento da junta de campo. A manta
termocontrátil consiste de um filme de polietileno que após sofrer reticulação eletrônica é aquecido, estirado e resfriado.
Uma das faces deste filme recebe um adesivo do tipo “hot-melt”, também a base de polietileno. A manta pode ser
estruturada com tecido de fibra de vidro para lhe conferir maior resistência mecânica.
O processo de reticulação eletrônica consiste em radiar, com elétrons, as moléculas do polietileno de maneira a
formar radicais livres que se re-combinam unindo as cadeias do polímero. Quando estiradas, estas moléculas permanecem
sob tensão e ao serem re-aquecidas, voltam ao tamanho e forma original. Assim , no caso das mantas termocontráteis, o
que manterá todo o conjunto firmemente ligado à junta é a tensão de contração que a manta terá ao ser aquecida e voltar
ao seu tamanho original, abraçando a junta de campo.
Há a necessidade das mantas termocontráteis sofrerem reticulação eletrônica e não química, isto porque para
cada processo existe uma determinada aplicação. A reticulação química não é indicada para produtos termocontráteis
pois este processo oferece um alto grau de reticulação, o que não é interessante para este tipo de aplicação. Polímeros
reticulados quimicamente possuem a presença de ligantes químicos (peróxidos) que podem interferir nos mecanismos
antioxidantes do material, pois afetam a ação do calor e causam porosidade na superfície do polietileno. Além disto, a
reticulação eletrônica apresenta melhores desempenhos no que se refere à resistência a tração, impactos e abrasão, além
de aumentar as propriedades de isolamento térmico (quando aplicável).
O selo de fechamento ou mata-junta é um pedaço da própria manta, sendo colocado nas extremidades da manta,
quando ela envolver a junta de campo, fechando a circunferência. O adesivo do selo, quando ativado pelo calor irá unir
firmemente as duas extremidades, de tal maneira que a força de contração, quando a manta estiver sendo aquecida, não
conseguirá separá-las.
No processo de perfuração dirigida do duto, a manta de sacrifício, que também é um pedaço da mesma manta, é
colocada em uma das extremidades da junta de campo. A sua função é absorver os impacto que será provocado pelo
atrito com o solo, protegendo a manta que serve de proteção anticorrosiva para a junta de campo do duto.
3. Aplicação da Manta Termocontrátil
3.1. Condições Ambientais
Para que a aderência do epóxi ao substrato seja eficiente, em locais desabrigados, a aplicação não deve ser feita
em dias chuvosos ou com expectativa de chuva, a não ser que seja possível fazer uma cobertura adequada. Antes da
preparação da superfície, deve-se pré-aquecer a superfície da junta de campo a até 45 °C, caso a umidade relativa do ar
esteja maior que 85 %.
3.2. Limpeza da superfície metálica
Como na aplicação em fábrica, a junta de campo recebe uma preparação de superfície, conforme o que segue:
• As juntas devem ser secas antes de limpas. Todo resíduo oleoso deve ser retirado com solvente indicado pelo
fabricante da manta;
• A limpeza da superfície metálica do tubo na área da junta deve ser feita através de jateamento de acordo com a norma
NACE Nº 2 / SSPC-SP10, com classe de preparação Sa 2½ (metal quase branco) da norma SIS 055900. O perfil de
rugosidade resultante deve estar entre de 60 µm e 100 µm, parâmetro Rz e ter natureza angular;
• As extremidades do revestimento original, caso não venham preparadas da fábrica, devem ser chanfradas com ângulo
inferior a 30º em relação à superfície externa do tubo;
• Após a limpeza da superfície metálica do tubo, uma faixa circular com largura mínima de 150 mm, a partir de cada
extremidade do revestimento original do tubo na região da junta, deve sofrer lixamento utilizando-se lixa de granulometria
máxima 36, antes da colocação da junta de campo, a fim de remover quaisquer contaminantes remanescentes e ser criado
um perfil de ancoragem;
• Se houver qualquer oxidação entre o tempo de limpeza da superfície metálica do tubo e a aplicação do revestimento, a
limpeza deve ser repetida. O revestimento não deve ser aplicado sobre resíduos de jateamento ou poeira residual.
3.3. Aplicação do “primer” epoxy
A superfície metálica e os chanfros devem ser aquecidos commaçarico a GLP ou forno de indução para
a remoção da umidade residual.
Os componente da mistura (base e agente de cura) devem ser misturados e imediatamente aplicados, evitando
assim uma cura prematura. A espessura do filme de “primer” epóxi deve ser de 80 a 150 µm.
Dependendo do fabricante, o “primer” deve ou não ser curado antes da aplicação da manta. No caso de cura
prévia, esta deve ser feita com o auxílio de calor, fornecido por maçarico.
Rio Pipeline Conference & Exposition 2005
4
3.4. Aplicação da manta termocontrátil
Antes da aplicação da manta, o revestimento original do duto, ao redor da junta, deve ser aquecido,
para ativação das moléculas de polietileno. O adesivo da manta também necessita ser aquecido pelo mesmo motivo. Ele
se tornara maleável e brilhante.
A manta deve ter largura tal que sobreponha, antes de ser contraída, em 100 mm as extremidades do
revestimento original. As suas extremidades devem estar sobrepostas e deve haver uma folga na geratriz inferior da
junta, que irá variar dependendo da marca da manta.
Sobre as extremidades sobrepostas, o selo de fechamento (ou mata junta) também é aplicado por calor. Durante
a fixação do mata-junta, não deve haver enrugamento e nem bolhas entre o mesmo e a manta.
Após o fechamento da manta, a operação de contração é iniciada: calor é fornecido a ela, do centro para as
extremidades, de forma que ela retorne ao seu tamanho original, envolvendo firmemente a junta. Também nesta operação,
enrugamentos e bolhas devem ser eliminados.
No processo de perfuração dirigida do duto, a manta de sacrifício é aplicada em uma das extremidades da junta,
sobre a manta aplicada e fria. Se a manta de sacrifício não for estruturada com tecido de fibra de vidro, uma camada de
250 µm do “primer” epóxi deve ser aplicada sobre ela, a fim de conferir maior resistência mecânica.
As figuras 2 e 3 ilustram a aplicação de todo o sistema de manta termocontrátil:
Figura 2. Aplicação do “primer” epóxi Figura 3. Aplicação da manta termocontráril
4. Padrões de Qualidade para o Sistema de Mantas Termocontráteis
4.1. Características Técnicas dos Materiais de Revestimento
4.1.1. “Primer” Epóxi
Os teste mencionados nas tabelas a seguir visam à caracterização do produto, bem como a aplicabilidade em
campo (Vida Útil da Mistura) e a resistência a abrasão do solo, quando utilizado sobre a manta de sacrifício como epóxi
antiabrasivo, em operações de instalação pelo método de perfuração dirigida.
Tabela 1. Propriedades do “Primer” Epóxi Anticorrosivo / Epóxi Anti-Abrasivo
Propriedades Valores Limites Unidades
Métodos de
Ensaio
Teor de Sólidos 100 % (2)
Razão de mistura por volume (1) A:B (2)
Densidade (base) (1) - (2)
Densidade (agente de cura) (1) - (2)
Viscosidade (base) (1) (1) (2)
Viscosidade (agente de cura) (1) (1) (2)
Vida útil da mistura a 23o
C Mín. 20 minutos (2)
Validade Mín. 24 meses (2)
Ponto de fulgor (base) Mín. 93 o
C ASTM D 92
Rio Pipeline Conference & Exposition 2005
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Ponto de fulgor (agente de cura) Mín. 35 o
C ASTM D 92
Teste de abrasão Taber < 85 mg de perda após 1000 ciclos ASTM D 4060
Tempo de secagem ao toque - - (2)
Notas: 1. A ser informado, pelo fabricante, no Certificado de Qualidade do material;
2. A ser informado, pelo fornecedor, no Procedimento de Aplicação.
4.1.2. Adesivo “Hot Melt”
Para diferentes temperaturas de operação, existe um sistema de mantas adequado. O que limita a temperatura de
operação é a temperatura que o adesivo pode suportar. Os testes citados na tabela a seguir servem para caracterizar o
produto e sua temperatura de operação e para garantir que o mesmo é do tipo “hot-melt” e não mastique.
Tabela 2. Propriedades do Adesivo “Hot-Melt”
Valores Limites
Propriedades
(1) (2) (3)
Unidades
Métodos de
Ensaio
Resistência ao cisalhamento (23ºC) (4)
Mín. 100 Mín. 235 Mín. 200 N/cm2
ASTM D 1002
Resistência ao cisalhamento (T op.) (4)
Mín. 5 Mín. 6 Mín. 40 N/cm2
ASTM D 1002
Ponto de amolecimento (anel e bola) Mín. 85 Mín. 110 Mín. 85 o
C ASTM E 28
Notas: 1. Sistemas não estruturados com tecido de fibra de vidro (até 60 ºC)
2. Sistemas não estruturados com tecido de fibra de vidro (até 80 ºC)
3. Sistemas estruturados com tecido de fibra de vidro (até 60 ºC)
4. Para sistemas estruturados com tecido de fibra de vidro deve ser utilizado o método ISO 4587
4.1.3. Filme Externo de Polietileno
Como dito anteriormente, para o caso de instalação do duto pelo método de perfuração dirigida, uma manta com
estruturação em fibra de vidro, oferece maior resistência aos esforços que estará sujeita. Na ausência de tal manta, uma
camada do mesmo epóxi usado como "primer" deve ser aplicada sobre a manta de sacrifício. Vale salientar que mesmo
quando utilizada a manta com estruturação em tecido de fibra de vidro, a manta de sacrifício se faz necessária.
As tabelas seguintes apresentam os requisitos de qualidade para ambos os filmes.
Tabela 3. Propriedades do Filme Externo de Polietileno Reticulado não Estruturado com Tecido de Fibra de Vidro
Propriedades
Valores
Limites
Unidades
Métodos de
Ensaio
Resistência à tração a 23 ºC (1)
Mín. 15,2 MPa ASTM D 638
Alongamento na ruptura a 23 ºC (1)
Mín. 400 % ASTM D 638
Rigidez dielétrica a 23 ºC (1)
Mín. 12.000 V/mm ASTM D 149
Resistividade volumétrica a 23 ºC (1)
Mín. 1014
Ω.cm ASTM D 257
Resistência a fungos (1) (2)
Passa taxa de 1 ASTM G 21
Livre contração longitudinal Mín. 20 % ASTM D 2732
Absorção de água (23 ºC/24h) (1)
Máx. 0,1 % ASTM D 570
Transmissão de vapor (38 ºC/90% UR) (1)
Máx. 0,052 g/h/m² ASTM E 96
Flexibilidade à baixa temperatura (mandril de Ø 1”) (1)
Máx. -20 o
C ASTM D 2671 – C
Alongamento a 23°C após envelhecimento por calor
(150 ºC/21 dias)
Mín. 200 % ASTM D 638
Notas:1. A manta deve ser previamente submetida à livre contração;
2. Ensaio realizado no filme com adesivo incorporado.
Tabela 4. Propriedades do Filme Externo de Polietileno Reticulado Estruturado com Tecido de Fibra de Vidro
Propriedades
Valores
Limites
Unidades
Métodos de
Ensaio
Resistência ao rompimento a 23°C Mín. 2000 N DIN 30672
Resistência ao rompimento após imersão química (1)
Mín. 1700 N DIN 30672
Resistência ao rompimento após envelhecimento térmico (2)
Mín. 1700 N DIN 30672
Resistência à propagação ao corte Máx. 5 mm K 3010/17
Rigidez dielétrica a 23°C Mín. 12000 V/mm ASTM D 149
Rio Pipeline Conference & Exposition 2005
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Notas: 1. A imersão química deverá ser feita segundo a norma ISO 175
2. O envelhecimento térmico deverá ser feito segundo a norma 188
As mantas e os selos de fechamento devem obedecer a determinadas medidas para que seu ajuste à junta se dê
conforme o esperado. As medidas são apresentadas na tabela a seguir:
Tabela 5. Dimensões
Valor Mínimo (mm)
Sistemas não Estruturados com Tecido
de Fibra de Vidro
Sistemas Estruturados com Tecido de
Fibra de Vidro
Dimensões
Manta Manta de Sacrifício Manta Manta de Sacrifício
Espessura do filme 0,74 ± 0,20 0,74 ± 0,20 1,85 ± 0,20 1,85 ± 0,20
Espessura do adesivo 35,0
10,000,1 +
−
35,0
10,000,1 +
−
1,20 ± 0,20 1,20 ± 0,20
Comprimento nota nota nota nota
Largura 500 150 500 75
Mata Junta Mata Junta de Sacrifício Mata Junta Mata Junta de Sacrifício
Comprimento 500 150 500 75
Largura 100 100 100 100
Nota: A ser informado pelo fabricante
4.2. Características Técnicas do Revestimento
Assim como as matérias primas, o padrão de qualidade do revestimento deve ser avaliado. Para isto, a manta é
aplicada em corpos de prova da mesma maneira como aplicada na junta de campo e, após 24 horas, suas características
físico-químicas são testadas em laboratório. Estes corpos de prova são tubos de diâmetro de 2 e 4 polegadas e diferentes
comprimentos, dependendo do teste.
O procedimento e qualidade de aplicação são avaliados na própria junta de campo. Vinte e quatro horas após
aplicação, o sistema de manta termocontrátil deve ser testado em relação ao seu aspecto visual, à aderência do conjunto
no substrato metálico, à coesão entre as camadas, à resistência a impacto e à verificação de qualquer descontinuidade no
revestimento.
4.2.1. Qualidade do Revestimento
Os testes são realizados em corpos de prova, que seguem os critérios das tabelas a seguir:
Tabela 6. Requisitos do Revestimento Aplicado para Mantas de Polietileno Reticulado não Es truturada com
Tecido de Fibra de Vidro (60 ºC ou 80 ºC)
Propriedades Valores Limites Unidades Métodos de Ensaio
Descolamento catódico na T operação (1)
Máx. 25 mm ASTM G 42
Aderência ao aço a 23 ºC (2)
Mín. 25 N/cm DIN 30672 – 1
Aderência ao aço na T operação (2)
Mín. 3 N/cm DIN 30672 – 1
Resistência à penetração na T operação (3) - ASTM G 17
Imersão em água quente na T operação (4) - ASTM D 870
Resistência a tensões do solo na T operação Máx. 2,5 mm TP 206
Notas: 1. Por 30 dias. Medir o raio a partir do centro. O comprimento da manta aplicada no corpo de
prova deve ser de 508 mm ± 10mm (20 polegadas);
2. A 100 mm/min;
3. Sem descontinuidade do revestimento a 23 ºC, utilizando-se equipamento de alta tensão
pulsante (“holiday detector”), via seca, conforme a norma NACE RP-0274. A voltagem deve
ser de 12 kV/mm, não ultrapassando a 25 kV;
4. Por 120 dias, sem enrugamento, empolamento, delaminação, etc.
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Tabela 7. Requisitos do Revestimento Aplicado para Manta de Polietileno Reticulado estruturado com Tecido de
Fibra de Vidro (60ºC)
Propriedades Valores Limites Unidades Métodos de Ensaio
Descolamento catódico a 60 ºC (1)
Máx. 25 mm ASTM G 42
Aderência ao aço a 23°C (2)
Mín. 60 N/cm DIN 30672
Aderência ao aço a 60°C (2)
Mín. 10
Aderência ao aço a 23°C após imersão química (3)
Mín. 60 N/cm DIN 30672
Aderência ao aço a 23ºC, após intemperismo (4)
Mín. 60 N/cm DIN 30672
Resistência à penetração (5) - ASTM G 17
Imersão em água quente a 60 ºC (6) - ASTM D 870
Resistência a tensões do solo a 60 ºC Máx. 2,5 mm TP 206
Notas: 1. Por 30 dias. Medir o raio a partir do centro. O comprimento da manta aplicada no corpo de
prova deve ser de 508 mm ± 10mm (20 polegadas);
2. A 100 mm/min;
3. A 100 mm/min.A imersão química deverá ser feita segundo a norma ISO 175;
4. A 10 mm/min, após condicionamento de 30 ciclos de –30°C a 60°C;
5. Sem descontinuidade do revestimento a 23 ºC, utilizando-se equipamento de alta tensão
pulsante (“holiday detector”), via seca, conforme a norma NACE RP-0274. A voltagem deve ser
de 12 kV/mm, não ultrapassando a 25 kV;
6. Por 120 dias, sem enrugamento, empolamento, delaminação, etc.
4.2.2. Qualidade da Aplicação
Os testes são realizados no revestimento aplicado na junta de campo, com a finalidade de avaliar se aplicação foi
realizada satisfatoriamente. Durante a qualificação, estes teste também avaliam o procedimento de aplicação das
fornecedoras do revestimento.
O primeiro teste é apenas uma inspeção visual, onde é verificado se a indicação de zona fria encontra-se
desaparecida – toda manta deve ter este indicador e a sua ausência indica que a contração foi totalmente realizada. Na
manta estruturada com tecido de fibra de vidro, após sua contração, o tecido de fibra ficará visível sob a superfície
tornando-a rugosa. Assim como não deve haver áreas que não sofreram aquecimento, também não deve haver áreas
superaquecidas. A manta deve estar perfeitamente conformada sobre a superfície da junta de campo, colarinhos e soldas.
Enrugamentos, bolhas de ar ou pontas levantadas podem gerar oxigenação diferenciada ou entrada de umidade e
permitir futura corrosão. Após o resfriamento, o adesivo deve ter fluído uniformemente ao redor de toda a circunferência
das extremidades da manta, garantindo que e toda superfície inferior está devidamente aderida na junta. Quando usado o
epóxi antiabrasivo, este deve estar curado, com sua superfície lisa, sem bolhas, trincas ou descontinuidades. É
importante salientar que após o resfriamento da manta uma eventual falta de aderência do mata junta não compromete a
qualidade nem o desempenho do sistema aplicado.
Em seguida é realizado o teste de continuidade. Nele pode ser detectado se há furos, rachaduras ou qualquer
outro meio de entrada de umidade. Ao longo de toda a extensão da junta é passado o “holiday detector” (equipamento
de alta tensão pulsante), via seca, conforme a norma NACE RP-0274. A voltagem deve ser de 12 kV/mm, não
ultrapassando a 25 kV. O eletrodo de contato deve ser de borracha condutiva ou mola de espiras de arame quadrado,
devendo o mesmo ser deslocado sobre o tubo a uma velocidade máxima de 18m/min.
Para testar se o revestimento é resistente à determinada força de impacto, um aparelho como o da figura 4 é
utilizado. Devem ser executados, pelo menos 4 pontos de impacto distanciados, um do outro, de, no mínimo, 30 mm. A
energia empregada no teste de impacto será de 4J (massa de 1 kg, altura de 0,4 m, diâmetro da esfera de 5/8 da polegada).
A temperatura da região do teste deve estar entre 23 ºC e 30ºC. Após os impactos, a junta revestida deve ser submetida
mais uma vez ao teste de descontinuidade, objetivando a verificação da ocorrência de furo no revestimento.
Por fim, é realizado o teste de aderência com a finalidade de testar a coesão do sistema e aderência deste no
substrato. O teste deve ser realizado em dois pontos da junta (um na área do revestimento original e outro no substrato
metálico). O adesivo deve permanecer fixado ao filme de polietileno durante o teste. A temperatura da superfície do
Rio Pipeline Conference & Exposition 2005
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FIM DO
TESTE
TESTE
INÍCIO DO
CORTE A-A
25
ORIGINAL <30º
100 150 150 100
A
A
1- Cotas em milímetros.
NOTAS:
125
P= 4,0 kgf
(NOTA 2)
80mm
(máx.)
TESTE NA ÁREA DO
REVESTIMENTO
ORIGINAL
TESTE NA ÁREA DO
SUBSTRATO METÁLICO
(REGIÃO LIXADA)
DUTO
MANTA TERMOCONTRÁTIL
revestimento na região do teste deve estar entre 23 ºC e 30 ºC. O procedimento do teste é ilustrado no esquema da figura
5:
Figura 4. Teste de Impacto Figura 5. Esquema do teste de aderência
5. Conclusões
Depois de finalizados os trabalhos de qualificação, os principais representantes de mantas termocontráteis do
país tornaram-se aptos para fornecerem o produto para as obras de montagem de dutos do sistema Petrobras.
Para que esta qualidade seja garantida durante a operação de montagem dos dutos, antes do início das
atividades de revestimento, os aplicadores e inspetores são avaliados e qualificados pela Petrobras, no que se refere a
sua capacidade de aplicar o conjunto. Será verificado, após a avaliação do aplicador, a aparência visual do revestimento,
se há descontinuidade, a resistência a impactos e a aderência e coesão do mesmo.
O fornecedor também deve apresentar o Procedimento de Aplicação do sistema de manta termocontrátil, bem
como os Certificados de Qualidade dos materiais a serem utilizados, contendo os requisitos mencionados neste trabalho.
Durante a produção do revestimento das juntas de campos, os teste de inspeção visual, descontinuidade,
resistência a impacto e aderência devem ser realizados periodicamente. As juntas danificadas pelos testes destrutivos
(resistência a impacto e aderência) devem ser reparadas conforme procedimento específico do fornecedor do sistema.
6. Agradecimentos
Nossos agradecimentos aos representantes das empresas qualificadas que muito contribuíram com o
fornecimento de fotografias ilustrativas, bem como esclarecimentos técnicos: André Luis Lemuchi, Antônio S. Portezan,
Jorge M. V. Taves e José Eduardo Antônio.
7. Referências
PETROBRAS, Especificação Técnica ET-XXXX.XX-XXXX-940-PEN-007 – Revestimento de Junta de Campo com Manta
Termocontrátil para Duto Enterrado Revestido com Polietileno Extrudado em Tripla Camada, 2004
Rio Pipeline Conference & Exposition 2005
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PETROBRAS, Especificação Técnica ET-XXXX.XX-XXXX-940-PEN-008 – Revestimento de Junta de Campo com Manta
Termocontrátil de Duto Enterrado Revestido com Polietileno Extrudado em Tripla Camada Instalado pelo Método de
Perfuração Dirigida, 2004
KEHR, J. ALAN, Fusion-BondedEpoxy (FBE) – A Foundation for Pipeline Corrosion Protection, Nace Press, 2003.
THE UNIVERSITY OF SOUTHERN MISSISSIPPI – THE SCHOOL OF POLYMERS AND HIGH PERFORMANCE
MATERIALS, The Crosslinking Page – Macrogalleria, http://www.pslc.ws/macrog/xlink.htm

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Ibp1108 05. sobre mantas termocontrateis.

  • 1. ______________________________ 1 Engenheira Química - PETROBRAS S.A. 2 Engenheiro Mecânico - PETROBRAS S.A. 3 Consultor Sênior - PETROBRAS S.A. IBP1108_05 QUALIFICAÇÃO DE REVESTIMENTO ANTICORROSIVO PARA JUNTAS DE CAMPO – MANTAS TERMOCONTRÁTEIS Glaucia B. Cabral1 , André Koebsch 2 , Wilson Castinheiras Jr.3 Copyright 2004, Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás - IBP Este Trabalho Técnico foi preparado para apresentação na Rio Pipeline Conference & Exposition 2005, realizada no período de 17 a 19 de outubro de 2005, no Rio de Janeiro. Este Trabalho Técnico foi selecionado para apresentação pelo Comitê Técnico do evento, seguindo as informações contidas na sinopse submetida pelo(s) autor(es). O conteúdo do Trabalho Técnico, como apresentado, não foi revisado pelo IBP. Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, não necessariamente reflete as opiniões do Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás, seus Associados e Representantes. É de conhecimento e aprovação do(s) autor(es) que este Trabalho Técnico seja publicado nos Anais da Rio Pipeline Conference & Exposition 2005. Resumo A principal finalidade deste trabalho é apresentar os requisitos de qualidade estabelecidos pela Petrobras para revestimento anticorrosivo externo destinado a juntas de campo em dutos enterrados, revestidos industrialmente com PE-3L. Ele descreve o sistema empregado – mantas termocontráteis à base de polietileno – comparando-o com o existente no duto. Passa, então, a expor as etapas de qualificação dos fornecedores, que inclui testes realizados nos materiais, no conjunto da manta e no revestimento após a aplicação na junta de campo. Por fim, demonstra que a experiência adquirida através da qualificação, consolidou a sistemática de controle de qualidade que tem sido realizada durante a aquisição e aplicação das mantas na montagem de dutos. Abstract The main objective of this job is to present the quality requirements fixed by Petrobras for anticorrosive field joint coating for buried pipelines, industrially coated with PE-3L. It describes the used system – polyethylene based heat- shrinkable sleeve – comparing with the existent on the pipeline. So, it exposes the suppliers’ qualification stages, which include test carried out for the materials, for the sleeve set and for the coating after its application on the joint field. Finally, it shows that the experience, which has been gotten in the qualification, consolidated the quality control systematic that have been carry out during the sleeves acquisition and application at the pipeline construction. 1. Introdução A grande maioria dos dutos enterrados da Petrobras possui revestimento anticorrosivo externo em polietileno extrudado tripla camada, cuja aplicação sobre a superfície dos tubos é realizada de modo industrial. Durante a construção e montagem do duto, também se faz necessário proteger as juntas de campo – extremidades soldadas, formada pelos colarinhos do tubo. Para revesti-las, então, é empregado um sistema de mantas termocontráteis, também em tripla camada, cuja filosofia de proteção anticorrosiva é a mesma utilizada no sistema empregado industrialmente. A Petrobras, preocupada com a qualidade deste tipo de revestimento, elaborou especificações balizadoras para avaliação do mesmo, bem como o procedimento para a sua qualificação e controle de qualidade durante a produção em campo. 2. Similaridades do Sistema PE-3L e do Sistema de Mantas Termocontráteis
  • 2. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 2 A moderna filosofia de proteção anticorrosiva de dutos propões que esta proteção seja feita através de um sistema constituído de três camadas: a primeira camada oferece a proteção anticorrosiva propriamente dita, a segunda faz a ligação coesa entre as camadas extremas e a última fornece a proteção mecânica. Em fabrica, esta proteção conferida a tubos é feita através do sistema com polietileno em tripla camada. Para as juntas de campo, é empregado o sistema de mantas termocontráteis. 2.1. O Sistema de Revestimento com Polietileno em Tripla Camada O sistema anticorrosivo com polietileno tripla camada (PE-3L, polyethylene 3 layers) é constituído de uma camada de pó epóxi anticorrosivo (“primer”), outra de adesivo copolimérico à base de polietileno e uma última de polietileno (proteção mecânica). Quando revestido em fábrica, o tubo recebe uma cuidadosa preparação de superfície: as escórias de soldagem e os defeitos de laminação são eliminados; são retirados toda graxa, óleo, gordura, rebarbas ou camadas de óxido solto e demais materiais estranhos; é verificada se há contaminação por cloreto; o tubo é aquecido visando eliminar umidade no substrato metálico; a superfície é jateada de modo a apresentar limpeza ao metal quase branco e possuir um perfil de rugosidade entre 60 µm e 100 µm (parâmetro Rz) e por fim a superfície do tubo é limpa de modo a ficar isenta de contaminação por pó. Sobre esta superfície devidamente preparada e aquecida pelo menos 3 ºC acima do ponte de orvalho, o pó epóxi é eletrostaticamente aplicado (FBE – Fused Bond Epoxy), aderindo perfeitamente ao substrato de aço. Ele é a base do sistema, oferecendo ao tubo a efetiva proteção anticorrosiva. Antes que o FBE atinja a sua cura, o adesivo copolimérico é aplicado. Entre estas duas camadas, ocorre uma reação química entre a parte polar da molécula de adesivo e o epóxi. A função do adesivo, que nada mais é do que uma olefina modificada, é promover a adesão do polietileno ao epóxi, já que, como qualquer olefinas, suas moléculas apolares não reagem quimicamente e assim, conseqüentemente, não aderem ao FBE ou ao substrato metálico. Por fim, o sistema recebe uma capa de polietileno, responsável pela proteção mecânica do duto. Para que ele possa tomar parte do sistema, é aplicado sobre o adesivo ainda quente, o que promove uma interação entre suas moléculas e a parte olefínica do adesivo. A figura 1 ilustra o sistema PE-3L: Figura 1. Sistema de revestimento com polietileno tripla camada (Kehr, 2003) 2.2. O Sistema da Manta Termocontrátil O sistema para juntas de campo tenta reproduzir, dentro das condições possíveis, a mesma qualidade do sistema empregado para o revestimento dos tubos em fábrica. É constituído por “primer” epóxi líquido anticorrosivo, manta termocontrátil de polietileno reticulado por processo de radiação eletrônica complementado com adesivo do tipo “hot melt” em uma das faces e selo de fechamento ou mata junta. No caso do duto ser instalado pelo método de perfuração dirigida, é colocada em um dos lados da junta uma manta de sacrifício, que pode ser estruturada com tecido de fibra de vidro ou receber uma camada antiabrasiva do mesmo epóxi usado como “primer”. A função do “primer” epóxi, assim como o FBE usado no revestimento do tubo, é conferir a real proteção anticorrosiva ao aço. Em função das limitações de campo, usa-se o epóxi líquido bi-componete ao invés do FBE. A preparação da superfície é fundamental para que se obtenha uma boa adesão do epóxi. O adesivo “hot-melt” promoverá a ligação entre a manta e o “primer”, da mesma maneira que o adesivo copolimérico no sistema PE-3L. O adesivo da manta não deve ser do tipo mastique, pois este não apresenta a mesma força de adesão apresentada pelo “hot-melt”. Adesivo mastique possui outra função dentro da moderna filosofia de revestimentos anti-corrosivos.
  • 3. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 3 A manta de polietileno irá conferir proteção mecânica ao sistema de revestimento da junta de campo. A manta termocontrátil consiste de um filme de polietileno que após sofrer reticulação eletrônica é aquecido, estirado e resfriado. Uma das faces deste filme recebe um adesivo do tipo “hot-melt”, também a base de polietileno. A manta pode ser estruturada com tecido de fibra de vidro para lhe conferir maior resistência mecânica. O processo de reticulação eletrônica consiste em radiar, com elétrons, as moléculas do polietileno de maneira a formar radicais livres que se re-combinam unindo as cadeias do polímero. Quando estiradas, estas moléculas permanecem sob tensão e ao serem re-aquecidas, voltam ao tamanho e forma original. Assim , no caso das mantas termocontráteis, o que manterá todo o conjunto firmemente ligado à junta é a tensão de contração que a manta terá ao ser aquecida e voltar ao seu tamanho original, abraçando a junta de campo. Há a necessidade das mantas termocontráteis sofrerem reticulação eletrônica e não química, isto porque para cada processo existe uma determinada aplicação. A reticulação química não é indicada para produtos termocontráteis pois este processo oferece um alto grau de reticulação, o que não é interessante para este tipo de aplicação. Polímeros reticulados quimicamente possuem a presença de ligantes químicos (peróxidos) que podem interferir nos mecanismos antioxidantes do material, pois afetam a ação do calor e causam porosidade na superfície do polietileno. Além disto, a reticulação eletrônica apresenta melhores desempenhos no que se refere à resistência a tração, impactos e abrasão, além de aumentar as propriedades de isolamento térmico (quando aplicável). O selo de fechamento ou mata-junta é um pedaço da própria manta, sendo colocado nas extremidades da manta, quando ela envolver a junta de campo, fechando a circunferência. O adesivo do selo, quando ativado pelo calor irá unir firmemente as duas extremidades, de tal maneira que a força de contração, quando a manta estiver sendo aquecida, não conseguirá separá-las. No processo de perfuração dirigida do duto, a manta de sacrifício, que também é um pedaço da mesma manta, é colocada em uma das extremidades da junta de campo. A sua função é absorver os impacto que será provocado pelo atrito com o solo, protegendo a manta que serve de proteção anticorrosiva para a junta de campo do duto. 3. Aplicação da Manta Termocontrátil 3.1. Condições Ambientais Para que a aderência do epóxi ao substrato seja eficiente, em locais desabrigados, a aplicação não deve ser feita em dias chuvosos ou com expectativa de chuva, a não ser que seja possível fazer uma cobertura adequada. Antes da preparação da superfície, deve-se pré-aquecer a superfície da junta de campo a até 45 °C, caso a umidade relativa do ar esteja maior que 85 %. 3.2. Limpeza da superfície metálica Como na aplicação em fábrica, a junta de campo recebe uma preparação de superfície, conforme o que segue: • As juntas devem ser secas antes de limpas. Todo resíduo oleoso deve ser retirado com solvente indicado pelo fabricante da manta; • A limpeza da superfície metálica do tubo na área da junta deve ser feita através de jateamento de acordo com a norma NACE Nº 2 / SSPC-SP10, com classe de preparação Sa 2½ (metal quase branco) da norma SIS 055900. O perfil de rugosidade resultante deve estar entre de 60 µm e 100 µm, parâmetro Rz e ter natureza angular; • As extremidades do revestimento original, caso não venham preparadas da fábrica, devem ser chanfradas com ângulo inferior a 30º em relação à superfície externa do tubo; • Após a limpeza da superfície metálica do tubo, uma faixa circular com largura mínima de 150 mm, a partir de cada extremidade do revestimento original do tubo na região da junta, deve sofrer lixamento utilizando-se lixa de granulometria máxima 36, antes da colocação da junta de campo, a fim de remover quaisquer contaminantes remanescentes e ser criado um perfil de ancoragem; • Se houver qualquer oxidação entre o tempo de limpeza da superfície metálica do tubo e a aplicação do revestimento, a limpeza deve ser repetida. O revestimento não deve ser aplicado sobre resíduos de jateamento ou poeira residual. 3.3. Aplicação do “primer” epoxy A superfície metálica e os chanfros devem ser aquecidos commaçarico a GLP ou forno de indução para a remoção da umidade residual. Os componente da mistura (base e agente de cura) devem ser misturados e imediatamente aplicados, evitando assim uma cura prematura. A espessura do filme de “primer” epóxi deve ser de 80 a 150 µm. Dependendo do fabricante, o “primer” deve ou não ser curado antes da aplicação da manta. No caso de cura prévia, esta deve ser feita com o auxílio de calor, fornecido por maçarico.
  • 4. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 4 3.4. Aplicação da manta termocontrátil Antes da aplicação da manta, o revestimento original do duto, ao redor da junta, deve ser aquecido, para ativação das moléculas de polietileno. O adesivo da manta também necessita ser aquecido pelo mesmo motivo. Ele se tornara maleável e brilhante. A manta deve ter largura tal que sobreponha, antes de ser contraída, em 100 mm as extremidades do revestimento original. As suas extremidades devem estar sobrepostas e deve haver uma folga na geratriz inferior da junta, que irá variar dependendo da marca da manta. Sobre as extremidades sobrepostas, o selo de fechamento (ou mata junta) também é aplicado por calor. Durante a fixação do mata-junta, não deve haver enrugamento e nem bolhas entre o mesmo e a manta. Após o fechamento da manta, a operação de contração é iniciada: calor é fornecido a ela, do centro para as extremidades, de forma que ela retorne ao seu tamanho original, envolvendo firmemente a junta. Também nesta operação, enrugamentos e bolhas devem ser eliminados. No processo de perfuração dirigida do duto, a manta de sacrifício é aplicada em uma das extremidades da junta, sobre a manta aplicada e fria. Se a manta de sacrifício não for estruturada com tecido de fibra de vidro, uma camada de 250 µm do “primer” epóxi deve ser aplicada sobre ela, a fim de conferir maior resistência mecânica. As figuras 2 e 3 ilustram a aplicação de todo o sistema de manta termocontrátil: Figura 2. Aplicação do “primer” epóxi Figura 3. Aplicação da manta termocontráril 4. Padrões de Qualidade para o Sistema de Mantas Termocontráteis 4.1. Características Técnicas dos Materiais de Revestimento 4.1.1. “Primer” Epóxi Os teste mencionados nas tabelas a seguir visam à caracterização do produto, bem como a aplicabilidade em campo (Vida Útil da Mistura) e a resistência a abrasão do solo, quando utilizado sobre a manta de sacrifício como epóxi antiabrasivo, em operações de instalação pelo método de perfuração dirigida. Tabela 1. Propriedades do “Primer” Epóxi Anticorrosivo / Epóxi Anti-Abrasivo Propriedades Valores Limites Unidades Métodos de Ensaio Teor de Sólidos 100 % (2) Razão de mistura por volume (1) A:B (2) Densidade (base) (1) - (2) Densidade (agente de cura) (1) - (2) Viscosidade (base) (1) (1) (2) Viscosidade (agente de cura) (1) (1) (2) Vida útil da mistura a 23o C Mín. 20 minutos (2) Validade Mín. 24 meses (2) Ponto de fulgor (base) Mín. 93 o C ASTM D 92
  • 5. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 5 Ponto de fulgor (agente de cura) Mín. 35 o C ASTM D 92 Teste de abrasão Taber < 85 mg de perda após 1000 ciclos ASTM D 4060 Tempo de secagem ao toque - - (2) Notas: 1. A ser informado, pelo fabricante, no Certificado de Qualidade do material; 2. A ser informado, pelo fornecedor, no Procedimento de Aplicação. 4.1.2. Adesivo “Hot Melt” Para diferentes temperaturas de operação, existe um sistema de mantas adequado. O que limita a temperatura de operação é a temperatura que o adesivo pode suportar. Os testes citados na tabela a seguir servem para caracterizar o produto e sua temperatura de operação e para garantir que o mesmo é do tipo “hot-melt” e não mastique. Tabela 2. Propriedades do Adesivo “Hot-Melt” Valores Limites Propriedades (1) (2) (3) Unidades Métodos de Ensaio Resistência ao cisalhamento (23ºC) (4) Mín. 100 Mín. 235 Mín. 200 N/cm2 ASTM D 1002 Resistência ao cisalhamento (T op.) (4) Mín. 5 Mín. 6 Mín. 40 N/cm2 ASTM D 1002 Ponto de amolecimento (anel e bola) Mín. 85 Mín. 110 Mín. 85 o C ASTM E 28 Notas: 1. Sistemas não estruturados com tecido de fibra de vidro (até 60 ºC) 2. Sistemas não estruturados com tecido de fibra de vidro (até 80 ºC) 3. Sistemas estruturados com tecido de fibra de vidro (até 60 ºC) 4. Para sistemas estruturados com tecido de fibra de vidro deve ser utilizado o método ISO 4587 4.1.3. Filme Externo de Polietileno Como dito anteriormente, para o caso de instalação do duto pelo método de perfuração dirigida, uma manta com estruturação em fibra de vidro, oferece maior resistência aos esforços que estará sujeita. Na ausência de tal manta, uma camada do mesmo epóxi usado como "primer" deve ser aplicada sobre a manta de sacrifício. Vale salientar que mesmo quando utilizada a manta com estruturação em tecido de fibra de vidro, a manta de sacrifício se faz necessária. As tabelas seguintes apresentam os requisitos de qualidade para ambos os filmes. Tabela 3. Propriedades do Filme Externo de Polietileno Reticulado não Estruturado com Tecido de Fibra de Vidro Propriedades Valores Limites Unidades Métodos de Ensaio Resistência à tração a 23 ºC (1) Mín. 15,2 MPa ASTM D 638 Alongamento na ruptura a 23 ºC (1) Mín. 400 % ASTM D 638 Rigidez dielétrica a 23 ºC (1) Mín. 12.000 V/mm ASTM D 149 Resistividade volumétrica a 23 ºC (1) Mín. 1014 Ω.cm ASTM D 257 Resistência a fungos (1) (2) Passa taxa de 1 ASTM G 21 Livre contração longitudinal Mín. 20 % ASTM D 2732 Absorção de água (23 ºC/24h) (1) Máx. 0,1 % ASTM D 570 Transmissão de vapor (38 ºC/90% UR) (1) Máx. 0,052 g/h/m² ASTM E 96 Flexibilidade à baixa temperatura (mandril de Ø 1”) (1) Máx. -20 o C ASTM D 2671 – C Alongamento a 23°C após envelhecimento por calor (150 ºC/21 dias) Mín. 200 % ASTM D 638 Notas:1. A manta deve ser previamente submetida à livre contração; 2. Ensaio realizado no filme com adesivo incorporado. Tabela 4. Propriedades do Filme Externo de Polietileno Reticulado Estruturado com Tecido de Fibra de Vidro Propriedades Valores Limites Unidades Métodos de Ensaio Resistência ao rompimento a 23°C Mín. 2000 N DIN 30672 Resistência ao rompimento após imersão química (1) Mín. 1700 N DIN 30672 Resistência ao rompimento após envelhecimento térmico (2) Mín. 1700 N DIN 30672 Resistência à propagação ao corte Máx. 5 mm K 3010/17 Rigidez dielétrica a 23°C Mín. 12000 V/mm ASTM D 149
  • 6. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 6 Notas: 1. A imersão química deverá ser feita segundo a norma ISO 175 2. O envelhecimento térmico deverá ser feito segundo a norma 188 As mantas e os selos de fechamento devem obedecer a determinadas medidas para que seu ajuste à junta se dê conforme o esperado. As medidas são apresentadas na tabela a seguir: Tabela 5. Dimensões Valor Mínimo (mm) Sistemas não Estruturados com Tecido de Fibra de Vidro Sistemas Estruturados com Tecido de Fibra de Vidro Dimensões Manta Manta de Sacrifício Manta Manta de Sacrifício Espessura do filme 0,74 ± 0,20 0,74 ± 0,20 1,85 ± 0,20 1,85 ± 0,20 Espessura do adesivo 35,0 10,000,1 + − 35,0 10,000,1 + − 1,20 ± 0,20 1,20 ± 0,20 Comprimento nota nota nota nota Largura 500 150 500 75 Mata Junta Mata Junta de Sacrifício Mata Junta Mata Junta de Sacrifício Comprimento 500 150 500 75 Largura 100 100 100 100 Nota: A ser informado pelo fabricante 4.2. Características Técnicas do Revestimento Assim como as matérias primas, o padrão de qualidade do revestimento deve ser avaliado. Para isto, a manta é aplicada em corpos de prova da mesma maneira como aplicada na junta de campo e, após 24 horas, suas características físico-químicas são testadas em laboratório. Estes corpos de prova são tubos de diâmetro de 2 e 4 polegadas e diferentes comprimentos, dependendo do teste. O procedimento e qualidade de aplicação são avaliados na própria junta de campo. Vinte e quatro horas após aplicação, o sistema de manta termocontrátil deve ser testado em relação ao seu aspecto visual, à aderência do conjunto no substrato metálico, à coesão entre as camadas, à resistência a impacto e à verificação de qualquer descontinuidade no revestimento. 4.2.1. Qualidade do Revestimento Os testes são realizados em corpos de prova, que seguem os critérios das tabelas a seguir: Tabela 6. Requisitos do Revestimento Aplicado para Mantas de Polietileno Reticulado não Es truturada com Tecido de Fibra de Vidro (60 ºC ou 80 ºC) Propriedades Valores Limites Unidades Métodos de Ensaio Descolamento catódico na T operação (1) Máx. 25 mm ASTM G 42 Aderência ao aço a 23 ºC (2) Mín. 25 N/cm DIN 30672 – 1 Aderência ao aço na T operação (2) Mín. 3 N/cm DIN 30672 – 1 Resistência à penetração na T operação (3) - ASTM G 17 Imersão em água quente na T operação (4) - ASTM D 870 Resistência a tensões do solo na T operação Máx. 2,5 mm TP 206 Notas: 1. Por 30 dias. Medir o raio a partir do centro. O comprimento da manta aplicada no corpo de prova deve ser de 508 mm ± 10mm (20 polegadas); 2. A 100 mm/min; 3. Sem descontinuidade do revestimento a 23 ºC, utilizando-se equipamento de alta tensão pulsante (“holiday detector”), via seca, conforme a norma NACE RP-0274. A voltagem deve ser de 12 kV/mm, não ultrapassando a 25 kV; 4. Por 120 dias, sem enrugamento, empolamento, delaminação, etc.
  • 7. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 7 Tabela 7. Requisitos do Revestimento Aplicado para Manta de Polietileno Reticulado estruturado com Tecido de Fibra de Vidro (60ºC) Propriedades Valores Limites Unidades Métodos de Ensaio Descolamento catódico a 60 ºC (1) Máx. 25 mm ASTM G 42 Aderência ao aço a 23°C (2) Mín. 60 N/cm DIN 30672 Aderência ao aço a 60°C (2) Mín. 10 Aderência ao aço a 23°C após imersão química (3) Mín. 60 N/cm DIN 30672 Aderência ao aço a 23ºC, após intemperismo (4) Mín. 60 N/cm DIN 30672 Resistência à penetração (5) - ASTM G 17 Imersão em água quente a 60 ºC (6) - ASTM D 870 Resistência a tensões do solo a 60 ºC Máx. 2,5 mm TP 206 Notas: 1. Por 30 dias. Medir o raio a partir do centro. O comprimento da manta aplicada no corpo de prova deve ser de 508 mm ± 10mm (20 polegadas); 2. A 100 mm/min; 3. A 100 mm/min.A imersão química deverá ser feita segundo a norma ISO 175; 4. A 10 mm/min, após condicionamento de 30 ciclos de –30°C a 60°C; 5. Sem descontinuidade do revestimento a 23 ºC, utilizando-se equipamento de alta tensão pulsante (“holiday detector”), via seca, conforme a norma NACE RP-0274. A voltagem deve ser de 12 kV/mm, não ultrapassando a 25 kV; 6. Por 120 dias, sem enrugamento, empolamento, delaminação, etc. 4.2.2. Qualidade da Aplicação Os testes são realizados no revestimento aplicado na junta de campo, com a finalidade de avaliar se aplicação foi realizada satisfatoriamente. Durante a qualificação, estes teste também avaliam o procedimento de aplicação das fornecedoras do revestimento. O primeiro teste é apenas uma inspeção visual, onde é verificado se a indicação de zona fria encontra-se desaparecida – toda manta deve ter este indicador e a sua ausência indica que a contração foi totalmente realizada. Na manta estruturada com tecido de fibra de vidro, após sua contração, o tecido de fibra ficará visível sob a superfície tornando-a rugosa. Assim como não deve haver áreas que não sofreram aquecimento, também não deve haver áreas superaquecidas. A manta deve estar perfeitamente conformada sobre a superfície da junta de campo, colarinhos e soldas. Enrugamentos, bolhas de ar ou pontas levantadas podem gerar oxigenação diferenciada ou entrada de umidade e permitir futura corrosão. Após o resfriamento, o adesivo deve ter fluído uniformemente ao redor de toda a circunferência das extremidades da manta, garantindo que e toda superfície inferior está devidamente aderida na junta. Quando usado o epóxi antiabrasivo, este deve estar curado, com sua superfície lisa, sem bolhas, trincas ou descontinuidades. É importante salientar que após o resfriamento da manta uma eventual falta de aderência do mata junta não compromete a qualidade nem o desempenho do sistema aplicado. Em seguida é realizado o teste de continuidade. Nele pode ser detectado se há furos, rachaduras ou qualquer outro meio de entrada de umidade. Ao longo de toda a extensão da junta é passado o “holiday detector” (equipamento de alta tensão pulsante), via seca, conforme a norma NACE RP-0274. A voltagem deve ser de 12 kV/mm, não ultrapassando a 25 kV. O eletrodo de contato deve ser de borracha condutiva ou mola de espiras de arame quadrado, devendo o mesmo ser deslocado sobre o tubo a uma velocidade máxima de 18m/min. Para testar se o revestimento é resistente à determinada força de impacto, um aparelho como o da figura 4 é utilizado. Devem ser executados, pelo menos 4 pontos de impacto distanciados, um do outro, de, no mínimo, 30 mm. A energia empregada no teste de impacto será de 4J (massa de 1 kg, altura de 0,4 m, diâmetro da esfera de 5/8 da polegada). A temperatura da região do teste deve estar entre 23 ºC e 30ºC. Após os impactos, a junta revestida deve ser submetida mais uma vez ao teste de descontinuidade, objetivando a verificação da ocorrência de furo no revestimento. Por fim, é realizado o teste de aderência com a finalidade de testar a coesão do sistema e aderência deste no substrato. O teste deve ser realizado em dois pontos da junta (um na área do revestimento original e outro no substrato metálico). O adesivo deve permanecer fixado ao filme de polietileno durante o teste. A temperatura da superfície do
  • 8. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 8 FIM DO TESTE TESTE INÍCIO DO CORTE A-A 25 ORIGINAL <30º 100 150 150 100 A A 1- Cotas em milímetros. NOTAS: 125 P= 4,0 kgf (NOTA 2) 80mm (máx.) TESTE NA ÁREA DO REVESTIMENTO ORIGINAL TESTE NA ÁREA DO SUBSTRATO METÁLICO (REGIÃO LIXADA) DUTO MANTA TERMOCONTRÁTIL revestimento na região do teste deve estar entre 23 ºC e 30 ºC. O procedimento do teste é ilustrado no esquema da figura 5: Figura 4. Teste de Impacto Figura 5. Esquema do teste de aderência 5. Conclusões Depois de finalizados os trabalhos de qualificação, os principais representantes de mantas termocontráteis do país tornaram-se aptos para fornecerem o produto para as obras de montagem de dutos do sistema Petrobras. Para que esta qualidade seja garantida durante a operação de montagem dos dutos, antes do início das atividades de revestimento, os aplicadores e inspetores são avaliados e qualificados pela Petrobras, no que se refere a sua capacidade de aplicar o conjunto. Será verificado, após a avaliação do aplicador, a aparência visual do revestimento, se há descontinuidade, a resistência a impactos e a aderência e coesão do mesmo. O fornecedor também deve apresentar o Procedimento de Aplicação do sistema de manta termocontrátil, bem como os Certificados de Qualidade dos materiais a serem utilizados, contendo os requisitos mencionados neste trabalho. Durante a produção do revestimento das juntas de campos, os teste de inspeção visual, descontinuidade, resistência a impacto e aderência devem ser realizados periodicamente. As juntas danificadas pelos testes destrutivos (resistência a impacto e aderência) devem ser reparadas conforme procedimento específico do fornecedor do sistema. 6. Agradecimentos Nossos agradecimentos aos representantes das empresas qualificadas que muito contribuíram com o fornecimento de fotografias ilustrativas, bem como esclarecimentos técnicos: André Luis Lemuchi, Antônio S. Portezan, Jorge M. V. Taves e José Eduardo Antônio. 7. Referências PETROBRAS, Especificação Técnica ET-XXXX.XX-XXXX-940-PEN-007 – Revestimento de Junta de Campo com Manta Termocontrátil para Duto Enterrado Revestido com Polietileno Extrudado em Tripla Camada, 2004
  • 9. Rio Pipeline Conference & Exposition 2005 9 PETROBRAS, Especificação Técnica ET-XXXX.XX-XXXX-940-PEN-008 – Revestimento de Junta de Campo com Manta Termocontrátil de Duto Enterrado Revestido com Polietileno Extrudado em Tripla Camada Instalado pelo Método de Perfuração Dirigida, 2004 KEHR, J. ALAN, Fusion-BondedEpoxy (FBE) – A Foundation for Pipeline Corrosion Protection, Nace Press, 2003. THE UNIVERSITY OF SOUTHERN MISSISSIPPI – THE SCHOOL OF POLYMERS AND HIGH PERFORMANCE MATERIALS, The Crosslinking Page – Macrogalleria, http://www.pslc.ws/macrog/xlink.htm