APCE Notizie - 43 - marzo 2011

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n. 43 - marzo 2011

Periodico registrato presso il tribunale di Roma al n. 67 in data 17.02.98 - Spedizione in abbonamento postale 70% - Roma

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Esercizio e Manutenzione degli impianti di protezione catodica

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Nella parte inferiore del report è riportata la sommatoria del tempo complessivo per “intervalli di tempo” selezionabili. Si può inoltre stampare il report per "Cronologia", "Ordinato per durata" oppure "Ordinato per tipologia", dopo aver scelto per minima o massima.

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n° 43 - marzo 2011 News

eDITORIALe eseRCIZIO DeLLA PC Esercizio e manutenzione degli impianti conformi alla normativa

Le reti di distribuzione del gas

Impianti di protezione catodica: criteri generali e manutenzione

Alcune note sull’esercizio e la manutenzione della PC CAse HIsTORIes Corrosione batterica sotto nastro

Foratura di un ossigenodotto in PC a seguito di scarica atmosferica IMPIANTI DI PC Alimentatori automatici a controllo di corrente per correnti vaganti

Dispersori per impianti di protezione catodica: un confronto

Dispersori e impatto ambientale QUIZ Pronto per l’esame?

LA ReDAZIONe INFORMA Dispersori e impatto ambientale

Le notizie e le opinioni negli articoli non impegnano la redazione ma esprimono soltanto quelle degli autori.

CORsI APCe

Stampa GIMAX - Santa Marinella (RM) Via Valdambrini, 22 - Tel. 0766 511.644

APCE NOTIZIE Periodico trimestrale Direttore responsabile Alessandro Troiano (SNAM RETE GAS)

Redazione PoliLaPP c/o Dipartimento di Chimica Materiali e Ingegneria Chimica “G. Natta”, Politecnico di Milano Via Mancinelli, 7 20131 Milano Tel. 022 399 3194 - Fax 022 399 3180 polilapp@chem.polimi.it

Promozione e sviluppo Vincenzo Fiore c/o APCE Via M.E. Lepido, 203/15 40135 Bologna Tel. 051 414 0816 - Fax. 051 414 0848 vincenzo.fiore@apce.it Consulenza editoriale e impaginazione Massimiliano Medei - m.medei@gimax.eu Santa Marinella (RM)

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Comitato di redazione Luciano Lazzari (Politecnico di Milano)

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Marco Ormellese (Politecnico di Milano) MariaPia Pedeferri (Politecnico di Milano) Davide Gentile (APCE-UCEMI) Vincenzo Fiore (SNAM RETE GAS) Comitato editoriale Andrea Rovelli (SNAM RETE GAS) Marco Galletti (SNAM RETE GAS) Umberto Lebruto (RFI) Alvaro Fumi (RFI) Massimo Tiberi (GEA) Georgios Chlaputakis (ENEL) Giuseppe Maiello (NAPOLETANAGAS) Paolo Del Gaudio (IRIDE) Ezio Coppi (Esperto)

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NUOVA SEDE PER L’UFFICIO CORROSIONI ELETTROLITICHE DI MILANO L’APCE ha trasferito l’Ufficio Corrosioni Elettrolitiche di Milano (UCEMI) in: Via Balduccio da Pisa, 15 - 20139 Milano presso la società A2A Reti Gas SpA I riferimenti del sig. Davide Gentile sono: Tel. 02 77206644 • Fax 02 77206645 • e-mail: davide.gentile@apce.it

CORSO DI PROTEZIONE CATODICA NEL CALCESTRUZZO APCE in collaborazione con il Politecnico di Milano, gruppo PoliLaPP (Politecnico di Milano, Laboratorio di corrosione dei Materiali Pietro Pedeferri), terrà un corso sulla protezione catodica del calcestruzzo armato secondo i requisiti della norma europea UNI EN 15257 per la certificazione degli addetti di protezione catodica, dal 9 al 14 maggio 2011, presso il Politecnico di Milano, Dipartimento CMIC “Giulio Natta”.

Il corso è organizzato con il supporto della società De Nora e sarà tenuto in lingua inglese. Al termine del corso sarà possibile sostenere gli esami per il conseguimento della certificazione europea di livello 2 nel settore calcestruzzo rilasciato dall’Organismo di certificazione CICPND. Per informazioni dettagliate, consultare il sito www.apce.it o il sito polilapp.chem.polimi.it

MANIFESTAZIONI ORGANIZZATE DA AIM • IX edizione Giornate Nazionali sulla Corrosione e Protezione, 6-8 luglio 2011, Villa Mondragone, Monte Porzio Catone (per informazioni www.aimnet.it/gcorr2011.htm) • Rivestimenti e protezione dalla corrosione di tubazioni per reti oil & gas (19 aprile 2011), c/o Tenaris Dalmine (Dalmine, Bg). L’AIM offre in questa giornata una panoramica sugli aspetti connessi alla scelta, all’applicazione e alla verifica di rivestimenti e di metodi di protezione catodica impiegati per prevenire fenomeni di corrosione in tubazioni per reti oil & gas. Saranno presi in considerazione anche gli aspetti legati alle norme e alle prove di laboratorio. Il forte legame dei relatori con la realtà industriale permetterà di fornire una visione orientata alle applicazioni e al mondo dell’industria. La giornata è rivolta a professionisti e tecnici operanti nel settore delle reti oil & gas, e in settori ad esso correlati, e agli studenti delle scuole di ingegneria.

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REGOLAZIONE DELLA QUALITÀ DEL SERVIZIO DI STOCCAGGIO DEL GAS NATURALE PER IL PERIODO DI REGOLAZIONE

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L’Autorità per l’energia elettrica e il gas In data 29 novembre 2010, ha pubblicato sul proprio sito (www.autorita.energia.it) la deliberazione 22 novembre 2010 - ARG/gas 204/10 “Testo Unico della regolazione della qualità e delle tariffe del servizio di stoccaggio del gas naturale per il periodo di regolazione 2011-2014 (TUSG): approvazione della Parte I “Regolazione della qualità del servizio di stoccaggio del gas naturale per il periodo di regolazione 2011-2014 (RQSG)” La delibera entrerà in vigore il primo gennaio 2011 per le disposizioni contenute nelle Sezioni I e III e dal primo aprile 2011 per le restanti disposizioni contenute nella RQSG, allegata alla deliberazione.

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Dalminee (BG) presso p resso TenarisDalmine Tena e risDalmine

19 ap aprile rile 2011

GIORNATA GIO RNATA D DII ST STUDIO UDIO

Rivestimenti e protezione dalla corrosione di tubazioni per reti oil & gas Organizzata O rg ganizzzatta a dal C Centro entro di Studio Rivestimenti nti della Associazione ne Italiana Italiana di Metallu Metallurgia rgia

PROGRAMMA 9.00 Registrazione Registrazione dei pa partecipanti rtecipanti 9.30 Saluto Saluto di benvenuto benvenuto e int introduzione roduzione alla giornata giornata del Presidente Presidente del C CdS dS R Rivestimenti, ivestimentti, M. Bestetti Bestetti tubazioni 9.45 Fenomeni Fenomeni di ccorrosione orrosione delle tu ubazioni nei terreni terreni acque e nelle acque F. Bolzoni Milano F. B olzoni - PPolitecnico olitecnico di M ilano protezione 10.15 Rivestimenti Rivestimenti per la p rotezione dalla d ccorrosione orrosione delle tubazioni L. V Valentinelli Consulente Ispettore alentinelli - Co onsulente Ispetto re Rivestimenti, Rivestimenti, Trento Trento 10.45 pausa caffè caff ffèè isolanti miglioramento 11.00 Rivestimenti Rivestimenti isola nti per il migl lioramento dell’efficienza dell’efficienza delle tubazioni S. Consulente Ispettore S. Giannelli - C onsulente Ispetto re Rivestimenti, Rivestimenti, Trento Trento

14.00 14 4.00 Le Le prove prove di laboratorio laboratorio II.. Maconi Maconi - Mated sn c, TTrento rento snc, 14 4.30 I principi della p rotezione ccatodica atodica 14.30 protezione M. O Ormellese rmellese - Politecnico Politecnico di Milano Milano 15 5.00 pausa caffè caff ffèè 15.00 15.15 15 5.15 La La protezione protezione catodica catodica di tubazioni tu ubazioni rivestite rivestite per impieghi nel settore settore oill & gas Ormellese - Politecnico Politecnico di Milano Milano M. Ormellese 15.45 15 5.45 Normativa Normativa e certificazione certificazione per la protezione protezione catodica catodica D. D. Gentile Gentile - APCE, APCE, Milano Milano 16.15 16 6.15 Conclusioni Conclusioni M. Armengol Armengol - TenarisDalmine, TenarisDalmine, Dalmine Dalmine

normativa 11.30 La La norm ativa tecnica tecnica internazionale. internazio onale. Le Le nuove nuove norme ISO della serie 21809 F. F. Zana Zanardo rdo - Snam ReteGas, ReteGas, SSan an D Donato onato Milanese Milanese M. Gas M Castano Castano - Eni SpA G as & PPower ower Division, Division, ivision San San Donato Donato Milanese Milanese 12.00 Pranzo Pranzo

INFORMAZIONI GENERALI Sede Sede LLaa giornata giornata di studio si terrà terrà a Dalmine presso presso laa TenarisDalmine, TenarisDalmine, (TenarisUni( TenarisUnivversity), ersity), PPiazza iazza Caduti Caduti 6 LLuglio uglio 1944, n. 1.

Modali tà di iscrizione Modalità LLee schede schedde di iscrizione iscrizione ddevono evono pervenire pervenire alla Segreteria Segreteria Organizzativa Organizzativa AIM entro l’8 l’8 8 aprile 2011.

2011. LLee iscrizioni iscrizioni fatte fatte dopo tale data data sono soggette soggette ad un entro supplemento supplem mento del 10% 10%..

IlIl pagamento pagamento della quota di iscrizione iscrizione può essere esseere eeffettuato: ffettuato: t ccon on vversamento e ersame nto sul C/C 000000022325 C Cod. od. ABI ABI 05048 - C CAB AB 01602 - CIN L intestato all’ all’AIM presso presso la Banca Banca Popolare Popolare Commercio Comme m rcio e Industria Industria - Agenzia Agenzia 2 intestato M ilano. C od. IBAN IT92L05048016020000000 022325 Milano.

Cod. IT92L0504801602000000022325 t ccon on as assegno ssegno bancario bancario o ci circolare, rcolare, iintestato ntestato all’ al a l’AIM AIM - Milano Milano t ccon on ca carta arta di di ccredito redito oonline nline sul sito sito iinternet nternet www.aimnet.it ww ww.aimnet.it

di isc iscrizione Giornata LLaa quota q rizione alla Gio rnata di Studio Stuudio ccomprende omprende la partecipazione partecipazione ai lavori, lavori, eventuali eventuali dispense preparate preparate dai dai relatori relatori e il pranzo. pranzo. Per Per l’iscrizione l’iscrizione multipla mu ltipla di ttre re o più persone appartenenti appartenentit alla sstessa tessa azienda è pprevisto revisto uno ssconto conto del 15%. Per Per usufruire usufruire di tale sconto, sconto, le schede di iscrizione iscrizione dovrandovranno pervenire pervenire contemporaneamente contemporaneamente alla Segreteria Segreteria AIM. I Soci Soci Junior AIM potranno partecipare liberamente potranno pa rtecipare libe ramente alla ggiornata ioornata pprevio revio invio invio della scheda di iscrizione. partecipazione, iscrizion i e. Anche per essi, in caso di mancata mancata pa rtecipazione, è indispensabile inviare scritta inviare rrinuncia inuncia sc ritta eentro ntro i ttermini. ermini.

Rinunce Rin nunce Le sempre Le rrinunce inunce ddevono evono essere essere inviate inviate semp re per iscritto. iscritto. Per Per quelle pervenute pervenute dopo assenti in-doppo il 13 aprile 2011, 2011, o per gli asse nti alla ggiornata iornata che non aavessero vessero in viato scritta sarà par-vi ato rrinuncia inuncia sc ritta eentro ntro i ttermini, ermini, sa rà addebit aaddebitata ata ll’intera ’intera quota di par sarà documentazione. ttecipazione ecipazione e sa rà ccomunque omunque iinviata nviata la docume ntazione.

Qualunque Qualunque sia la modalità di pagamento pagamento prescelta prescelta ((da da eeffettuarsi ffettuarsi prima prima dell’inizioo della manifestazione) manifestazione) è indispensabile indispensabbile una conferma conferma scritta scritta della dell’inizio pa rtecipaazione. partecipazione.

Responsabilità Res sponsabilità oneriri rrelaLL’’AIM AIM M e la società TTenarisDalmine enarisDalmine non aaccettano ccettano e rresponsabilità esponsabilità ed one elainfortuni incorrere tivi ad eeventuali ventuali in fortuni o cconseguenze onseguenze dannose in cui possano in correre i partecipanti durante manifestazione. pa rtecipanti du rante la mani festazione.

Q uota d Quota di iscrizione SSocio ocio AIM M EEuro uro 160,00 (ma rca da bollo inclusa)* inclusa)* (marca Non Soci Euro Socii Euro 230,00 + IIVA VA 20% soggetta (*) PPer er i Soci Soci AIM la quota di iscrizione non è sogg getta ad IIVA VA

Segreteria organizzativa S eg greteria o rganizzativa Associazione Metallurgia Morandi, Milano A ssoociazione IItaliana taliana di M etallurgia ((AIM) AIM) - P.l PP.le .lle RRodolfo odolfo M orandi, 2 - 20121 M ilano ttelefono eleefono 0276021132 / 0276397770 - fax 0276020551 aim@aimnet.it www.aimnet.it partita ee-mail: -m mail: aim@aimne t.it - ww w.aimnet.it - ppa rtita IIVA: VA: 00825780158

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CICPND CeNTRO ITALIANO DI CeRTIFICAZIONe PeR Le PROVe NON DIsTRUTTIVe e PeR I PROCessI INDUsTRIALI

PRS N° 012 C SGQ N° 064 A Membro deli Accordi di Mutuo Riconoscimento EA e IAF Signatory of EA and IAF Recognition Agreement

CERTIFICAZIONE CICPND AL LIVELLO 3 IN PROTEZIONE CATODICA

SESSIONE D'ESAME n° 10 - Anno 2011

Il CICPND - Centro Italiano di Certificazione per le Prove Non Distruttive e per i Processi Industriali ha stabilito di tenere presso la propria Sede di Legnano la Decima Sessione d'Esame per la Certificazione CICPND al livello 3 in Protezione Catodica nel seguente settore di applicazione:

“Strutture Metalliche Interrate (T)”

Le prove, che saranno solo scritte, in conformità alla normativa UNI EN 15257 e al Regolamento CICPND n° 83 sulla Qualificazione e Certificazione del Personale addetto alla Protezione Catodica, avranno luogo il 12 Maggio 2011.

La domanda per l'ammissione agli esami dovrà essere richiesta al CICPND e inoltrata alla Segreteria entro e non oltre l’ 8 Aprile 2011.

La Segreteria del CICPND è a disposizione per qualsiasi informazione, anche inerente alla sistemazione alberghiera Tel.: 0331-545600 - Fax: 0331-543030 E-mail: info@cicpnd.it

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L’EDITORIALE DI ALESSANDRO TROIANO

Esercizio e manutenzione degl’impianti di protezione catodica: solo costi o benefici?

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i è sembrato giusto e opportuno dedicare un intero numero della rivista al tema dell’esercizio e manutenzione degl’impianti di protezione catodica, in quanto riteniamo essere fra i fondamentali drivers per il raggiungimento della tanto auspicata “qualità del servizio”.

In generale quando si parla di esercizio o manutenzione si è portati quasi d’istinto a pensare esclusivamente ai costi da essi generati e quindi a collocare le relative attività nell’area delle passività d’impresa, in contrapposizione invece ai ritorni economici in termini di redditività degl’investimenti mirati alla realizzazione di nuove infrastrutture.

In realtà i benefici derivanti dalla corretta gestione dei sistemi di protezione catodica sono molteplici: sicurezza, affidabilità e continuità del servizio, efficienza. Valutare il costo della corrosione di strutture metalliche è complesso: esso è funzione dell’interazione tra le caratteristiche dell’infrastruttura e l’ambiente in cui essa è realizzata e quindi la sua incidenza è legata al livello di affidabilità e sicurezza che il gestore ritiene necessario raggiungere durante l’esercizio.

Ma oltre al deprezzamento della struttura ammalorata bisogna considerare anche i cosiddetti “costi indiretti”: danni alle persone e all’ambiente, interruzione del servizio per la sostituzione delle parti danneggiate, calo produttivo e non meno importante perdita d’immagine dell’azienda. Alcuni studi hanno dimostrato che nei paesi industrializzati i danni dovuti ai fenomeni corrosivi vengono quantificati in punti percentuali dei rispettivi PIL; pertanto si comprende come il contenimento dei danni dovuti alla corrosione di strutture metalliche rappresenti un fattore non trascurabile nell’economia delle aziende ma soprattutto in generale per la collettività.

Ma tali risultati non possono essere perseguiti se non si hanno professionisti del settore che diffondano all’interno delle aziende la giusta sensibilità alle tematiche in questione, condizione necessaria e indispensabile per il raggiungimento dell’obiettivo della conservazione del patrimonio costituito dalle strutture metalliche.

L’adozione di provvedimenti contro la corrosione richiede una serie di conoscenze e tecnologie specifiche per cui è fondamentale adottare un’attenta politica di selezione e formazione delle risorse che operano in campo.

Qualificazione e certificazione del personale operante sono indispensabili requisiti che il sistema deve pretendere a garanzia di una seria applicazione delle tecniche manutentive e di esercizio. Ed è soprattutto in questo campo che APCE da sempre mette a disposizione le proprie competenze e i propri servizi al fine di formare personale altamente specializzato, preparato ad affrontare con le giuste competenze le problematiche del campo e l’interpretazione dei fenomeni corrosivi.

Per concludere, la protezione anticorrosiva deve essere perseguita dal gestore dell’infrastruttura come uno degli obiettivi principali per il conseguimento della qualità del servizio e la valorizzazione degli assets aziendali.

Alessandro Troiano

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ESERCIZIO DELLA PC

Esercizio e manutenzione dei sistemi di protezione catodica I provvedimenti di difesa dalla corrosione delle strutture metalliche interrate con l’impiego congiunto dei rivestimenti isolanti e della protezione catodica (PC) costituiscono oggi la tecnica adottata con sempre maggiore diffusione durante la fase di progetto, nell’esecuzione dei lavori e nell’esercizio e manutenzione di queste strutture.

Gli oneri riguardanti la gestione della PC sono funzione delle caratteristiche della struttura, dell’ambiente in cui essa è posata, dalla pericolosità del prodotto trasportato e quindi la sua incidenza è legata al livello di affidabilità e sicurezza che le aziende ritengono necessario raggiungere durante l’esercizio nel rispetto delle disposizioni legislative e norme.

Negli ultimi venti anni l’assetto normativo ha subito un profondo cambiamento; i riferimenti comunitari e nazionali sono cambiati e di conseguenza le strutture e le prospettive del settore si sono notevolmente evolute per il lavoro che ha riguardato il quadro legislativo e normativo.

E Davide Gentile

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Apce – Ufficio UCE, Milano

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fficienza e efficacia dei sistemi di PC

La PC applicata alle strutture metalliche interrate è tesa alla prevenzione dei processi corrosivi che producono il degrado del materiale e delle sue proprietà tali da compromettere la funzionalità e quindi il livello di sicurezza. Di conseguenza controlli e misurazioni, che si ripetono per tutta la vita tecnica dell’impianto, sono necessari per accertare o ripristinare il mantenimento della rispondenza alla regola dell’arte dell’efficienza e efficacia della PC applicata. Per questo è essenziale, da una parte mantenere in stato di efficienza le apparecchiature e i dispositivi con controlli e interventi di manutenzione e dall’altra, accertare l’efficacia della PC con misurazioni (potenziale e corrente) per verificare il livello di protezione adeguato alle strutture stesse.

I sistemi di PC di qualsiasi struttura interrata esigono una routine di controlli funzionali sull’efficienza degli apparati e dispositivi e di misurazioni che devono interessare l’estensione del sistema stesso e i punti caratteristici che nell’insieme permettono di valutare l’efficacia della PC anche a mutate condizioni elettriche e ambientali che possono avvenire nel tempo. È conveniente che la manutenzione della PC sia preventiva, cioè condotta in modo da evitare che si verifichi il guasto per corrosione, poiché essendo la struttura interrata, non può essere nota l’estensione e quindi la gravità del danno sulla superficie metallica. L'esperienza ha dimostrato che le variazioni dei parametri elettrici di funzionamento delle linee ferroviarie e tranviarie, la PC installata da un’azienda e altri sistemi elettrici eserciti a c.c. possono, in assenza d’informazioni tempestive e capillari, provocare danni alle strutture altrui o alterare il campo elettrico in modo tale da rendere inefficace la PC degli impianti esistenti (CEI EN 50162).

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e manutenzione in accordo a l l a

I controlli di carattere generale, prescrittivi e gli interventi di manutenzione sugli impianti e dispositivi di PC sono da eseguire nel rispetto delle disposizioni legislative e norme vigenti. Le anomalie riscontrate devono essere prontamente eliminate, se è possibile un’azione correttiva immediata, altrimenti devono essere tempestivamente segnalate. Le verifiche funzionali degli apparati e dispositivi, le modalità delle misurazione e le relative frequenze sono regolamentate dalle norme UNI EN 12954, UNI 11094 e UNI EN 13509. Per accertare l’efficienza del sistema di PC sono da eseguire un insieme di verifiche funzionali e misure agli impianti di PC, impianti di drenaggio unidirezionale e misto, impianti con anodi galvanici, collegamenti con strutture estranee e componenti e dispositivi installati sulla struttura.

Il controllo visivo (semplici prove e misure) atto a verificare che le apparecchiature e componenti siano nelle condizioni operative regolari e non presentino danni materiali accertabili può essere eseguito anche da personale non specialistico ma opportunamente addestrato e informato, mentre la verifica completa, la corretta funzionalità e la loro efficienza (controlli, ispezioni e prove di sicurezza) è da effettuare con personale competente e addestrato, se interno all’azienda o certificato nel caso di personale di terzi (UNI 11094). La periodicità di tali controlli varia dai tre mesi a un anno (UNI EN 12954). Se richiesto dalle condizioni di esercizio o dall’intensità e variabilità della corrente dispersa, la periodicità dei controlli è da intensificare come previsto nelle norme stesse. È quindi compito del gestore della struttura stabilire la periodicità più idonea per assicurare l’adeguato controllo dell’efficienza ed efficacia del sistema di protezione.

Per le reti di distribuzione e condotte di trasporto gas, la UNI 11094 fornisce per i tipi di apparati da controllare le relative frequenze se il controllo è eseguito con operatori in campo e il numero e tipi di apparati se il controllo è eseguito mediante un sistema di telesorveglianza.

Al termine dei controlli funzionali e di efficienza è necessario avere moduli cartacei o elettronici sui quali trascrivere i valori rilevati da utilizzare per le analisi e confronti

con valori precedenti e successiva archiviazione. È opportuno, inoltre, per la corretta attività di manutenzione degli apparati, componenti e dispositivi di protezione documentare ogni tipo d’intervento, disservizio o altre informazioni che, elaborati periodicamente, consenta di apportare nuove soluzioni impiantistiche di protezione o l’individuazione di nuove apparecchiature, componenti e dispositivi di protezione più affidabili.

Stato elettrico di riferimento L’elemento principale da valutare attentamente per eseguire correttamente la verifica dell’efficacia di un sistema di PC è lo stato elettrico di riferimento del sistema stesso che rappresenta il punto di partenza

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Controlli funzionali dell’efficienza degli impianti e componenti dei sistemi di PC

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struttura; ciò nonostante le norme precisano altre misurazioni da effettuare (corrente, resistenza, gradiente di potenziale) per verificare il regolare funzionamento del sistema di PC e la sua efficacia sull’intera struttura.

La misurazione della corrente erogata da anodi galvanici, impianti a corrente impressa, impianti di drenaggio unidirezionale, collegamenti e correnti longitudinali è necessaria per stabilire se ci sono stati o no cambiamenti significativi di tali valori.

Punti caratteristici

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Per le strutture complesse la norma EN 14505 indica tre metodi in deroga ai criteri definiti nella norma EN 12954

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per programmare il piano di misurazioni e verifiche idonee per accertare nel tempo il livello di protezione della struttura.

Lo stato elettrico di riferimento è la visione complessiva dei valori dei parametri elettrici che corrispondono nelle condizioni di collaudo, al regolare ed efficace funzionamento del sistema di PC al quale si deve fare riferimento per valutare e correlare le variazioni che possono intervenire durante l’esercizio. In questi casi riveste particolare importanza la conoscenza specifica del territorio e dell’ambiente in cui è posata la struttura, gli utenti del sottosuolo presenti per stabilire reciproci rapporti sugli aspetti d’interferenza elettrica e la conoscenza dell’intensità e direzione del campo elettrico esistente.

In generale, l’efficacia della PC è da accertare confrontando i valori delle misurazioni effettuate con i valori di riferimento (stato elettrico di riferimento) e i criteri di protezione. I valori di riferimento sono i parametri elettrici registrati agli impianti di PC, impianti di drenaggio unidirezionale e misto, impianti con anodi galvanici, collegamenti con strutture estranee e in tutti i posti di misura al momento del collaudo di accettazione, come pure i valori rilevati negli anni seguenti. Se ci sono indicazioni che la PC non è completamente efficace, si devono eseguire delle indagini e intraprendere le appropriate azioni correttive per ripristinare la sua efficacia.

I metodi di misurazione da utilizzare nell’accertamento dell’efficacia della PC devono essere quelli più appropriati per la struttura tenendo in considerazione i fattori che possono influenzare la misurazione del potenziale. A tale scopo la norma UNI EN 13509 espone dettagliatamente le tecniche di misura comprendente la caduta IR (misurazione del potenziale on) e le tecniche di misurazione per determinare i potenziali senza caduta IR (EIRfree) in base al tipo di corrente che dà origine alla caduta stessa.

In genere il criterio della PC è basato sul valore del potenziale di protezione della

Le norme UNI EN 12954 e UNI 11094 mettono in evidenza che per la valutazione generale ed esauriente dell’efficacia della PC è necessario eseguire una serie di misurazioni di potenziale in corrispondenza dei punti caratteristici e in tutti i posti di misura a intervalli ben definiti. A questo riguardo, le norme indicano quali sono gli aspetti da considerare per la loro individuazione.

Per la valutazione generale della PC, annualmente si effettua la misurazione del potenziale on. Per le reti di distribuzione e condotte trasporto del gas, l’UNI 11094 stabilisce il numero minimo dei punti caratteristici e le frequenze da adottare per ognuno dei sistemi di PC. Inoltre, secondo quanto disposto dal DM 2445 del 23.02.1971, semestralmente deve essere eseguito lo stato elettrico registrato della struttura negli attraversamenti ferroviari o parallelismi (condotta - tubo di protezione). Per attraversamenti ferroviari o parallelismi eseguiti prima del 1971 si deve fare riferimento alle disposizioni di legge in vigore all’epoca della costruzione.

Tutti i posti di misura In assenza di correnti disperse per la valutazione dettagliata ed esauriente dell’efficacia della PC i metodi di misurazione includono il potenziale off e i potenziali rilevati su sonde di potenziale o piastrine, eseguiti ogni tre anni, su tutti i posti di misura. La sonda di potenziale permette la misurazione del valore del potenziale depurato delle cadute ohmiche IR (EIRfree); nel caso delle piastrine la misurazione del potenziale off è eseguita aprendo il circuito di collegamento struttura-piastrina. Il valore del potenziale off dovrà essere più negativo del potenziale di protezione del materiale che costituisce la sonda o la piastrina.

In presenza di correnti disperse sono necessarie misurazioni registrate di potenziale on per un periodo di tempo adeguato a caratterizzare il campo elettrico esistente nell’arco delle ventiquattro ore e se la struttura è provvista di sonde di potenziale o piastrine sulle stesse devono essere eseguite anche le misure registrate di potenziale off.

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Sistemi di PC telecontrollati Sotto il nome di telecontrollo si raggruppano diversi tipi di servizi e tecnologie e una serie di applicazioni (lettura a distanza di valori, modifica dello stato del sistema, ecc.) con la possibilità di registrare le variabili d’interesse su diverse scale temporali e ottenerne indicatori per scopi vari con la supervisione di un programma che gestisce automaticamente tutta una serie di funzioni.

Il monitoraggio continuo del funzionamento dei vari dispositivi, inoltre, permette di segnalare automaticamente le anomalie del loro funzionamento per eseguire manutenzioni straordinarie e sostituzioni di componenti, con benefici economici e gestionali.

La norma UNI 10950 fornisce indicazioni metodologiche e applicative per il telecontrollo dei sistemi di PC di strutture metalliche interrate utilizzando sistemi automatizzati per l’acquisizione, l’elaborazione, la trasmissione e archiviazione dei relativi dati.

I valori trasmessi da un sistema di telecontrollo devono essere verificati periodicamente per assicurarsi del corretto funzionamento.

Per le reti di distribuzione e condotte di trasporto del gas, l’UNI 11094 indica per la telesorveglianza il numero degli apparati e posti di misura minimi da prevedere riferiti a uno schema di modello di sistema di PC.

complesse e i particolari fattori influenzanti che possono presentarsi non sempre rendono possibile stabilire, con misurazioni, se questi criteri di PC sono soddisfatti su ogni parte della struttura. In questo caso, la norma descrive altri metodi di verifica, per assicurare un'adeguata riduzione della velocità di corrosione. I tre1 metodi, basati sull'esperienza pratica e largamente impiegati, possono essere adoperati prestando attenzione alla scelta poiché essi dipendono dalla struttura e dalle caratteristiche del terreno.

Anche per questi impianti i controlli comprendono le verifiche funzionali di efficienza e misure agli impianti di PC, collegamenti a strutture estranee e dispositivi di sicurezza e di protezione con frequenze mensile e annuale.

Per comprovare l'efficacia della PC, sono da eseguire annualmente misurazioni in punti selezionati, per accertare se i criteri sopra riportati sono soddisfatti.

Controllo efficienza e efficacia sistemi di PC di strutture complesse Per le strutture complesse, la norma UNI EN 14505 precisa di adottare, dove possibile, i criteri di PC definiti nell’UNI EN 12954. Le caratteristiche delle strutture

Note [1] - I tre metodi menzionati sono: La misurazione del potenziale on, in funzione della resistività e della presenza di catodi estesi, il metodo della corrente il cui scopo è di dimostrare che la corrente è in grado di entrare nella struttura nei punti critici e il metodo di misurazione della depolarizzazione di almeno 0,1 V (in senso positivo) misurata su sonde di potenziale o su piastrine dopo 1 h dallo scollegamento.

- D.M. 23 febbraio 1971 n. 2445 pubblicato sul S.O. n. 132 del 26 maggio 1971 - Norme tecniche per gli attraversamenti e per i parallelismi di condotte e canali convoglianti liquidi e gas con ferrovie ed altre linee di trasporto - UNI 10950:2001 Protezione catodica di strutture metalliche interrate. Telecontrollo dei sistemi di protezione catodica - UNI EN 12954:2002 Protezione catodica di strutture metalliche interrate o immerse Principi generali e applicazione per condotte - UNI EN 13509:2004 Tecniche di misura nella protezione catodica - UNI 11094:2004 Protezione catodica di strutture metalliche interrate. Criteri generali per l’attuazione, le verifiche e i controlli ad integrazione della UNI EN 12954 anche in presenza di correnti disperse - CEI EN 50162:2005 Protezione contro la corrosione da correnti vaganti causate dai sistemi elettrici a corrente continua - UNI EN 14505:2005 Protezione catodica di strutture complesse

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Riferimenti

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ESERCIZIO DELLA PC

Le reti di distribuzione del gas

L di

Mario Alberizzi Consulente in Milano

a protezione catodica (PC) delle reti di distribuzione ha sempre costituito uno degli aspetti più problematici della salvaguardia delle strutture metalliche interrate adibite ai servizi di erogazione di gas e acqua nelle aree urbanizzate. Infatti, oltre ai consueti problemi tecnici legati alla progettazione, realizzazione delle strutture e dei relativi sistemi di PC, in questo caso si devono affrontare i problemi legati alla coesistenza con altri servizi del sottosuolo, dove parallelismi e incroci sono inevitabili cause di danneggiamenti in caso di interventi da parte di terzi e di possibili interferenze elettriche se anche’essi dotati di sistemi di PC. A quanto sopra, si devono poi aggiungere, nella maggior parte dei casi, le perturbazioni dovute alla presenza di linee di trazione ferroviarie elettrificate a cui si sommano, in alcune località, anche quelli legati alle linee tranviarie e metropolitane del trasporto urbano e interurbano. Nel seguito discutiamo i principali aspetti che si incontrano nella gestione delle reti di distribuzione gas, anche alla luce delle normative e delle disposizioni di legge.

Il campo elettrico

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Rappresenta, in particolare nel nostro paese, un elemento cruciale nella progettazione e gestione dei sistemi di PC. La situazione delle reti ferroviarie sta evolvendo ormai da circa un paio di decenni in modo estremamente significativo in quanto, oltre all’incremento delle potenze dei locomotori, si stanno attivando nuove linee sulle quali i convogli viaggiano a velocità elevate (Alta Velocità/Alta Capacità), e collegamenti sempre più intensi con i Paesi Europei. Questo ha comportato l’impiego di locomotori poli-corrente (per esempio, ETR 500 dotato di 2 motrici da 4.400 kW che può essere alimentato a 1,5 kV e 3,0 kV in corrente continua e 25 kV in corrente alternata 50 Hz) in grado di circolare in paesi che utilizzano tensioni di alimentazione diverse da quella italiana [1]. Anche nel nostro paese sono in costruzione linee alimentate a 25 kV in corrente alternata a 50 Hz che comporteranno nuove problematiche legate alle interferenze che potranno essere rilevate sulle strutture metalliche interrate. Questo aspetto costituisce l’obiettivo di un progetto di ricerca da parte del Politecnico di Milano in collaborazione con alcuni utenti del sottosuolo e dell’APCE [2].

Tutto questo modifica in modo significativo i campi elettrici generati dalle linee ferroviarie e deve indurre ad una sorveglianza attenta in presenza di linee elettrificate, non dimenticando che tali interferenze, sulle condotte interrate si possono risentire anche a distanze considerevoli dalla linea stessa. In figura 1 è esemplificato l’andamento dei potenziali di rotaia in prossimità di una tubazione interferita.

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Le condotte di rete Le condotte che costituiscono le reti di distribuzione del gas ai singoli utenti nei centri urbani hanno subito in questi ultimi decenni delle profonde trasformazioni che hanno avuto un impatto notevole sull’esercizio e manutenzione delle reti. In primo luogo, il rivestimento esterno delle condotte in acciaio, tradizionalmente di tipo bituminoso rinforzato con fibre o tessuti di lana di vetro, è stato progressivamente sostituito dal polietilene applicato in fabbrica, da nastri a freddo e materiali termorestringenti applicati in opera.

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rosso: valori minimi)

Nuovi rivestimenti. L’adozione di questi materiali ad elevato valore della resistenza di isolamento sulle condotte di distribuzione, ha riguardato prevalentemente il ripristino del rivestimento sui giunti di saldatura, sulle derivazioni d’utenza per i quali è diventato usuale l’impiego di nastri a freddo o di termorestringenti. Questi materiali richiedono un aggiornamento tecnico degli addetti ai lavori in campo che non è sempre adeguatamente effettuato. In entrambi i casi si è rilevata la perdita di aderenza del rivestimento applicato con infiltrazioni di acqua fra il metallo e il rivestimento stesso che hanno portato all’instaurarsi di fenomeni di corrosione di origine batterica da SRB (batteri solfato riduttori) in quanto la superficie esposta, schermata dal rivestimento staccato, non può essere raggiunta dalla corrente di protezione, come illustrato nella nota tecnica di pag. 22. Un esempio di attacco di corrosione sotto rivestimento è illustrato in figura 2.

Condotte in materiale plastico Condotte in polietilene puro o in altri materiali non metallici sono oggi di comune impiego. L’adozione di questi materiali, se dal punto di vista dell’installazione ed esercizio delle reti ha apportato considerevoli vantaggi, ha però costituito in svariati casi un evento fonte di nuove problematiche. Per esempio, in relazione alla PC, l’informazione fornita agli addetti ai lavori in campo relativa agli inconvenienti che l’impiego di tali tubazioni avrebbe comportato è stata carente. Ciò ha determinato l’inevitabile insorgenza, in svariati casi, di problemi legati all’interruzione della continuità elettrica

delle condotte e la conseguente mancanza di protezione su tratti di rete di dimensioni anche considerevoli, oltreché un notevole dispendio di tempo e di energie per risalire alla fonte di tali malfunzionamenti.

Giunti isolanti Nelle reti urbane di distribuzione assume una notevole importanza il mantenimento della funzionalità dei giunti isolanti posti alla base delle colonne montanti di utenza. In considerazione del loro numero rilevante e delle manomissioni cui possono essere sottoposti, l’inefficienza di uno solo di essi assume, in modo particolare con le condotte dotate di rivestimenti ad elevato isolamento, un considerevole effetto perturbatore del sistema. La loro installazione deve essere pertanto eseguita con particolare cura, attenendosi alle normative e a quanto previsto dalle procedure aziendali.

Analoga riflessione può essere adottata per i giunti di linea sulle condotte di media pressione la cui efficienza assume attualmente, alla luce delle disposizioni dell’AEEG168/04 [3] e ARG/gas 120/08 [4], una importanza fondamentale al fine di assicurare il mantenimento del sezionamento elettrico fra i vari sistemi di protezione entro i limiti indicati dalle norme (per esempio, UNI 11094) e di ridurre la circolazione di eventuali correnti disperse su tratti estesi.

Posti di misura

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Figura 1 - Esempio di registrazione del potenziale di rotaia (V vs Cu-CuSO4 ; verde: valori massimi;

Le infiltrazioni di acqua nelle pieghe dei rivestimenti a nastro hanno portato all’instaurarsi di fenomeni di corrosione batterica da SRB

Utilizzati da moltissimi anni sulle condotte protette catodicamente hanno visto crescere 13

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ste ultime è la misura diretta del potenziale al netto delle cadute ohmiche.

Con il rivestimento in polietilene la misura del potenziale deve essere eseguita ponendo l’elettrodo in corrispondenza di un difetto

Sistemi di protezione

Figura 2 - Esempio di corrosione sotto rivestimento

la loro importanza con l’avvento del telecontrollo e della telesorveglianza. La norma UNI 11094 li definisce punti caratteristici il cui posizionamento e funzionalità richiedono un’accurata verifica per poter consentire la misura corretta del potenziale. La loro individuazione deve essere eseguita da personale specializzato che deve tenere conto del rivestimento della condotta e della qualità delle informazioni acquisite, per poter valutare l’evoluzione dello stato elettrico nelle 24 ore e nel corso del tempo. I posti di misura devono essere dotati di un codice univoco che ne consenta l’identificazione e l’attribuzione al sistema di protezione relativo.

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La misura del potenziale

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Le condotte con rivestimento in polietilene richiedono una metodologia di misura diversa da quella tradizionalmente impiegata su quelle dotate di rivestimento bituminoso.

Quest’ultimo, come è noto, è infatti un rivestimento “poroso” cioè dotato di microporosità che dopo un sufficiente periodo di permanenza nel terreno si riempiono di acqua e pongono il metallo delle condotte a contatto con l’ambiente; ciò consente di eseguire la misura del potenziale della condotta rispetto l’elettrodo di riferimento (per esempio, CuCuSO4) praticamente in qualsiasi posizione sopra l’asse della stessa.

Nel caso di condotte con rivestimento in polietilene, che non presenta porosità, la misura del potenziale, per essere significativa, deve essere eseguita ponendo l’elettrodo di riferimento in corrispondenza di un difetto del rivestimento. Sarebbe quindi necessario individuare la posizione del difetto del rivestimento e installare in corrispondenza di esso un posto di misura, operazione, questa, che in aree urbane si può presentare complessa e costosa. Sulle condotte dotate di questo tipo di rivestimento, è preferibile predisporre, in sede di progetto, l’installazione di piastrine di metallo nudo di dimensioni note e del relativo elettrodo di riferimento oppure di sonde di misura appositamente realizzate. Un ulteriore vantaggio di que-

In questi ultimi anni molte aziende di distribuzione del gas di piccola e media grandezza sono confluite in società di dimensioni maggiori. Questo ha messo a confronto metodologie e procedure diverse, sia amministrative sia tecniche, che devono essere armonizzate in modo particolare nell’ambito della PC. Le recenti delibere dell’AEEG 168/04 e ARG/gas 120/08 dell’AEEG indicano che le reti in acciaio del gas debbano essere messe in protezione catodica entro il 2015. In particolare il TUDG – Parte I – Regolazione della qualità dei servizi di distribuzione e misura del gas per il periodo di regolazione 2009-2012 (RQDG) richiama per le imprese distributrici l’obbligo di compilare il “Rapporto annuale dello stato elettrico dell’impianto di distribuzione” secondo quanto previsto dalla normativa vigente, ove applicabile, nel rispetto della metodologia definita dall’APCE. Le indicazioni in esso contenute, e riprese dalle Linee Guida dell’APCE, rappresentano un’ulteriore documentazione del livello raggiunto dai controlli eseguiti sul sistema di protezione (EN 12954) e rileva le anomalie riscontrate e i futuri interventi correttivi che il gestore si propone di adottare nei tempi indicati per riportare il valore dell’indicatore di PC, Kt, a valori superiore a 60 [5]. Inoltre sono attualmente disponibili sistemi di telesorveglianza dei dati acquisiti in campo che consentono di ottimizzare l’analisi dello stato elettrico dei singoli sistemi di protezione.

Stato elettrico di riferimento Rappresenta l’elemento basilare per poter predisporre un efficace sistema di controllo nel tempo del sistema di PC. (UNI11094).

Infatti consente la visione complessiva dell’assetto dei parametri elettrici che caratterizzano il corretto funzionamento del sistema di protezione nelle condizioni di collaudo ed a cui si deve fare riferimento per poter valutare l’entità di eventuali variazioni intervenute durante l’esercizio e deve essere quindi disponibile per ogni sistema di PC. L’analisi dello stato elettrico di riferimento permette di determinare gli elementi significativi previsti dall’AEEG per poter eseguire il calcolo del Kt e in particolare confermare nel tempo la corretta ubicazione dei punti caratteristici ed integrativi del sistema di protezione. Inoltre, consente di confrontare durante i successivi controlli, i potenziali assunti dalle varie zone della rete e le correnti assorbite dalle stesse permettendo di valutare l’entità e il tipo di variazioni intervenute sullo stato elettrico della zona o del sistema in esame, rispetto ai dati di riferimento.

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Responsabile della protezione catodica

Manuale di manutenzione e programma di controllo

Le disposizioni dell’AEEG e dell’APCE hanno definito la figura del Responsabile della PC che rappresenta la persona, interna all’impresa distributrice, che ha la responsabilità della gestione della PC e deve firmare il rapporto annuale dello stato elettrico dell’impianto di distribuzione. Questa individuazione da parte dell’AEEG costituisce un punto fermo nella gestione della PC che è stata per molti anni inserita nei più svariati comparti dell’organico aziendale e senza una precisa connotazione [6].

Stabilisce le modalità di esecuzione delle misure di controllo dei vari sistemi di PC e le indicazioni necessarie per una corretta manutenzione degli stessi redatto sulla base delle caratteristiche dei vari sistemi di protezione che solo il gestore conosce dettagliatamente.

L’applicazione di quanto sopra previsto dalle disposizioni di legge e dalle normative internazionali e nazionali costituisce un considerevole incentivo per l’armonizzazione delle metodologie di controllo e per consentire una gestione corretta nel tempo dei sistemi di protezione.

Le disposizioni di AEEG e APCE hanno definito la figura del Responsabile di PC

[1] RFI – Il sistema di elettrificazione 25 kV c.a.- www.rfi.it [2] APCE Notizie n.35 – Dicembre 2008 [3] Deliberazione AEEG 168/04 – Allegato A – Testo integrato delle disposizioni dell’AEEG in materia di qualità dei servizi di distribuzione misura e vendita del gas – 18 Ottobre 2004 [4] Deliberazione AEEG - ARG/gas 120/08 del 7 Agosto 2008 [5] APCE – Linee Guida - Redazione del rapporto annuale dello stato elettrico dei sistemi di protezione catodica dell’impianto di distribuzione gas (3° edizione – 2011) [6] APCE – Linee Guida - Protezione catodica della rete in acciaio di distribuzione gas (4° edizione – 2011)

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Riferimenti

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ESERCIZIO DELLA PC

Impianti di protezione catodica: criteri generali e manutenzione Le strutture metalliche interrate o immerse sono soggette a corrosione, ovvero al degrado chimico-fisico del metallo a contatto con l’ambiente di posa. Per l’integrità delle strutture metalliche interrate o immerse il tipo di protezione è costituito da due provvedimenti tra loro interagenti e complementari: l’applicazione di un rivestimento e l’attuazione della protezione catodica (PC). Il rivestimento ha lo scopo di evitare che parti metalliche della struttura siano in contatto diretto con l’ambiente di posa, di evitare il contatto con parti (strutture) metalliche estranee intersecanti o posate in vicinanza e di ridurre l’influenza di campi elettrici presenti nell’ambiente sulla struttura da proteggere. La PC con anodi galvanici o a corrente impressa ha lo scopo di ridurre il tasso di corrosione a valori minori 0,01 mm/anno. Per le strutture metalliche interrate convoglianti gas naturali la protezione catodica è resa obbligatoria ai sensi del D.M. 16 aprile 2008 e D.M. 17 aprile 2008 [1].

L di

Fabio Brugnetti

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Snam Rete Gas SpA, San Donato Mil.se (MI)

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a PC secondo le norme

La PC con anodi galvanici sfrutta l’accoppiamento elettrochimico tra metalli di natura diversa quindi tra l’acciaio che deve essere protetto catodicamente e l’anodo elettrochimicamente più negativo. La PC con anodi galvanici è consigliata per strutture di limitata estensione posate in terreni a bassa resistività con valori non superiori a 50 Ωm e con un buon rivestimento isolante che limita il fabbisogno di corrente di PC. È consigliata l’installazione degli anodi galvanici a una distanza non maggiore di 2 – 3 m dalla struttura da proteggere con spaziatura non maggiore di 20 – 30 m; la loro scelta deve essere in accordo con la norma prEN 12496 [2].

La PC a corrente impressa è realizzata con impianti costituiti principalmente da alimentatori conformi alla norma UNI CEI 8 [3] e dai dispersori realizzati secondo UNI 10835 [4].

L’alimentatore di PC, applica tra il dispersore e la struttura da proteggere catodicamente una tensione massima continua di 50 V tale per cui, la corrente di PC erogata può proteggere strutture estese in lunghezza. L’attenuazione del potenziale, causata dalle cadute ohmiche nella tubazione, dipende dalle dimensioni fisiche della struttura da proteggere e dalla sua resistenza di isolamento.

L’impianto di PC a corrente impressa si adatta alla protezione di strutture metalliche estese in lunghezza, reti magliate o per la protezione di aree complesse UNI EN 14505 [5] nelle quali, la struttura da proteggere catodicamente, è elettricamente connessa, per motivi di sicurezza, agli impianti di messa a terra.

La progettazione, l’attuazione e la manutenzione dei sistemi di PC devono essere eseguite da personale qualificato e certificato secondo la norma UNI EN 15257 [6]. Il progettista certificato che progetta ai sensi della norma UNI EN 12954 [7] e UNI EN14505 [5], deve considerare per gli anodi galvanici gli aspetti legati al consumo del materiale anodico rispetto alla vita utile del progetto mentre per gli impianti di PC a corrente impressa deve considerare gli aspetti legati all’attenuazione della corrente di PC, quindi scegliere l’adeguato sezionamento elettrico della struttura mediante giunti isolanti, considerare gli impatti ambientali per la realizzazione dei dispersori, valutare la presenza di eventuali interferenze elettriche sulle strutture metal-

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liche interrate estese in lunghezza, posizionare correttamente i punti di misura UNI 10166 [8]. Il progettista deve altresì tenere in considerazioni le prescrizioni tecniche contenute nella norma UNI 11094 [9], supplemento alla norma UNI EN 12954 [7], nella quale vengono date importanti prescrizioni per il posizionamento dei dispersori e nozioni tecniche sull’organizzazione e sui criteri di manutenzione per la verifica dell’efficacia della protezione catodica.

In presenza di interferenze

Stato elettrico di riferimento e collaudo Un sistema di PC definito nella norma UNI EN12954 [7] come: complesso delle installazioni, comprendente gli elementi attivi e passivi, che permette di attuare la PC, deve essere adeguatamente progettato, sottoposto a collaudo elettrico e successivamente a manutenzione con verifiche periodiche. Il collaudo elettrico di un sistema di PC ha lo scopo di ricavare lo “stato elettrico di riferimento” definito dalla norma UNI 11094 [9] come: rappresentazione esauriente della situazione elettrica, relativa ad un assetto e a condizioni impiantistiche ben definite del sistema di protezione, da utilizzare come quadro di riferimento nei successivi controlli dello stato elettrico della struttura.

Lo stato elettrico di riferimento deve contenere il riepilogo delle informazioni tecniche relative a:

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l’analisi delle interferenze il calcolo della resistenza d’isolamento della struttura quindi la valutazione della qualità del rivestimento a posa avvenuta - presenza e risoluzione di eventuali contatti accidentali con strutture metalliche estranee (es. tubi di protezione metallici) - l’impostazione dei parametri elettrici di funzionamento degli impianti di PC - l’attivazione e l’impostazione dei parametri di funzionamento di dispositivi per il controllo delle correnti vaganti (drenaggi unidirezionali, collegamenti unidirezionali con strutture terzi) - la selezione dei punti caratteristici definiti dalla norma UNI EN 12954 [7] come i punti critici o quelli che risultano essere rappresentativi del sistema di PC - la verifica dell’efficacia della PC in tutti i punti di misura appartenenti al sistema di PC in esame, comprensiva del periodo soggetto a maggiore disturbo da correnti vaganti - il confronto del collaudo elettrico con i dati di progetto Relativamente alle misurazioni dei parametri elettrici di PC, durante il collaudo elettrico e nelle verifiche periodiche di manutenzione, devono essere utilizzate le metodologie di misura riportate nella norma UNI EN 13509 [13].

A valle del collaudo elettrico, in presenza di elettrodotti eserciti in corrente alternata, deve essere verificata anche l’eventuale presenza di interferenza elettromagnetica sulle strutture da proteggere catodicamente.

L’analisi dell’interferenza comprende dei calcoli per la simulazione degli effetti che eventuali guasti verso terra degli elettrodotti possono avere sulle strutture e quindi accertare il rischio che non siano superati i limiti stabiliti della norma CEI 304-1[11].

Devono essere poi rilevati i parametri elettri-

Lo stato elettrico di riferimento deve contenere il riepilogo delle informazioni tecniche più rilevanti

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Le interferenze elettriche che si possono presentare su una struttura metallica interrata da proteggere catodicamente, estesa in lunghezza, sono: - le correnti vaganti generate da sistemi elettrici eserciti in corrente continua per le quali la norma EN 50162 [10] prescrive i limiti ammissibili - le interferenze generate dall’accoppiamento elettrico con sistemi di trasporto dell’energia elettrica, eserciti in corrente alternata.

Il D.M. 17 aprile 2008 [1] per le condotte di trasporto del gas naturale, prescrive le distanze che devono essere rispettate tra le condotte e le linee elettriche e, in presenza di linee elettriche aeree con tensione di esercizio maggiore di 30 kV, prescrive la verifica di interferenze elettromagnetiche sulla condotta in modo da prevedere eventualmente l'esecuzione di opere di protezione a difesa di tensioni indotte.

Le opere di protezione a difesa di tensioni indotte devono tenere conto sia l’aspetto della sicurezza ovvero della massima tensione alternata ammissibile ai sensi della norma CEI 304-1 [11], sia l’aspetto del rischio di corrosione da corrente alternata ai sensi della specifica tecnica CEN TS 15280 [12].

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Le Linee Guida forniscono regole comuni e criteri univoci per l’attuazione, le misurazioni, le verifiche e i controlli della PC

ci di tensione e corrente alternata indotta a regime permanente (misure di corrente attraverso coupon) per accertare se le strutture da proteggere catodicamente sono a rischio di corrosione da corrente alternata e quindi stabilire il posizionamento di eventuali dispositivi di mitigazione per rispettare i parametri di interferenza ammissibili stabiliti dalla specifica tecnica CEN TS 15280 [12] .

La manutenzione Le attività di PC successive al collaudo che si compongono della manutenzione ordinaria, su condizione/integrativa e straordinaria, hanno lo scopo di assicurare il corretto e costante funzionamento delle apparecchiature e dei componenti installati ed il conseguente mantenimento nel tempo dell’efficacia della PC. Le norme UNI EN 12954 [7] e UNI 11094 [9] raccomandano che le verifiche funzionali sui dispositivi di PC quali: impianti di PC a corrente impressa, impianti di drenaggio, impianti di drenaggio misto, dispersori, dispositivi di sicurezza protezione e mitigazione, anodi galvanici, collegamenti con strutture estranee ed elettrodi di riferimento fisso, siano effettuate annualmente.

La verifica dell’efficacia della PC è regolamentata, per la distribuzione, trasporto e stoccaggio del gas naturale dalle delibere emesse da AEEG rispettivamente n. ARG/gas 120/08, n.

ARG/gas 141/09, n° ARG/gas 204/10 [14] nelle quali è stato dato mandato all’Associazione per la protezione dalle corrosioni elettrolitiche “APCE” di individuare una metodologia che consenta di stabilire se le parti di gasdotto siano o meno in PC ai sensi della normativa tecnica vigente e di elaborare specifiche linee guida relative alla PC e alla

compilazione di un “Rapporto annuale dello stato Elettrico”.

Le Linee Guida forniscono regole comuni e criteri univoci e comparabili relativi all’attuazione, alle misurazioni, alle verifiche e ai controlli della PC che devono essere effettuati in conformità ai requisiti delle norme UNI EN 12954 [7], UNI 11094 [9] con le tecniche della norma UNI EN 13509 [13].

Distribuzione e Trasporto. Per la distribuzione e per il trasporto del gas naturale, la cui rete gasdotti è costituita da sistemi di PC aventi strutture estese in lunghezza, è stato predisposto un modello di calcolo che indica in modo sintetico il grado di adeguatezza di quanto messo in atto ed eseguito dal gestore.

Stoccaggio. Oggetto della delibera degli impianti di stoccaggio del gas sono le “flow line di collegamento” e, data la loro estensione limitata, le relative linee guida non impongono un modello di calcolo ma una metodologia di comportamento che deve essere assicurata ai fine della verifica dell’efficacia della profezie catodica.

I gestori della rete di distribuzione trasporto e stoccaggio basano la manutenzione ordinaria dei sistemi di PC sulle indicazioni delle linee Guida APCE che offrono un’interpretazione univoca sul numero e sulle frequenze di misurazioni di potenziale di PC che devono essere effettuate su un sistema di PC nell’arco di un anno.

In questo testo è riportata una panoramica generale sull’attuazione della PC e sulle normative vigenti che regolano i comportamenti per la manutenzione dei sistemi di PC; nei successivi notiziari saranno dedicati approfondimenti in materia di manutenzione per gli aspetti tecnici operativi.

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Riferimenti

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[1] D.M. 16 aprile 2008 e D.M. 17 aprile 2008 “Regola tecnica per la progettazione, costruzione, collaudo, esercizio e sorveglianza delle opere e dei sistemi di distribuzione e degli impianti di trasporto di gas naturale con densità non superiore a 0,8” [2] prEN 12496 “Anodi galvanici per la protezione catodica” [3] UNI CEI 8 “Alimentatore di protezione catodica per impianti di protezione catodica a corrente impressa” [4] UNI 10835 “Anodi e dispersori per impianti di protezione catodica a corrente impressa” [5] UNI EN 14505 “Protezione catodica di strutture complesse” [6] UNI EN 15257 “Protezione catodica - Livelli di competenza e certificazione del personale” [7] UNI EN 12954 “Protezione catodica di strutture metalliche interrate o immerse – Principi generali e applicazione per condotte” [8] UNI 10166 “Posti di misura” con la corretta spaziatura [9] UNI 11094 “Supplemento alla norma UNI EN 12954 – manutenzione in presenza di correnti vaganti” [10] EN 50162 “Protezione contro la corrosione da correnti vaganti causate dai sistemi elettrici a corrente continua” [11] CEI 304-1“Interferenza elettromagnetica prodotta da linee elettriche su tubazioni metalliche – identificazione dei rischi e limiti di interferenza” [12] CEN TS 15280 “valutazione del rischio di corrosione da corrente alternata”.

[13] UNI EN 13509 “Tecniche di misura per la PC” [14] ARG/gas 120/08, n. ARG/gas 141/09, n° ARG/gas 204/10 “delibere AEEG per distribuzione trasporto e stoccaggio del gas naturale”

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ESERCIZIO DELLA PC

Alcune note sull’esercizio e la manutenzione della PC Nella memoria sono trattati alcuni aspetti dell’esercizio e della manutenzione delle strutture interrate qualche volta ritenuti secondari ma che è utile non trascurare.

di

Luciano Lazzari, Marco Ormellese Politecnico di Milano, Dipartimento CMIC Via Mancinelli, 7 20131 Milano

U

n impianto di PC appare molto semplice. Se ad anodi galvanici, esso è costituito da uno o più anodi collegati alla struttura,che se posizionati con corretta spaziatura assicurano la protezione per un lungo periodo senza necessità di un esercizio vero e proprio. Se a corrente impressa, l’impianto elettrico può sembrare un po’ più “complesso” perché prevede un alimentatore di corrente continua, di solito un trasformatore/raddrizzatore collegato alla rete di alimentazione elettrica, un dispersore e un sistema di controllo o di monitoraggio.Trattandosi di un impianto elettrico,sono necessari sia un esercizio sia un’attività di manutenzione.

L’esercizio degli impianti con anodi galvanici Come detto,un impianto di PC con anodi galvanici non richiede nessun esercizio,nel senso che si autoregola. Insomma, se ben progettato, un sistema ad anodi galvanici è per sempre; se inadeguato, sono guai perché rimettere mano all’impianto significa dover far fronte a costi spesso ingenti perché comportano scavi e collegamenti alla struttura. Insomma, se tutto è stato eseguito a regola d’arte, l’esercizio consiste solo nel monitoraggio periodico del livello di protezione.

L’esercizio degli impianti a corrente impressa Per gli impianti a corrente impressa, l’esercizio segue due strade: una preminentemente elettrica e un’altra inerente la PC. La prima deriva dal fatto che trattasi di un impianto elettrico e la seconda dalla funzionalità di alcuni suoi componenti,in particolare il dispersore.Va inoltre aggiunto che data la possibilità di sovraprotezione, potrebbe aver luogo nel tempo un parziale degrado del rivestimento che è buona norma tenere sotto controllo.

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Cos’è il buon esercizio della PC

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L’obiettivo è assicurare il corretto livello di protezione come dettato dalle norme [1-3] e dalla buona tecnica [4].A questo riguardo occorre sottolineare che il grado di protezione riguarda la condizione locale e non può essere desunto da parametri di sistema. Questo aspetto è importante per evitare conclusioni affrettate. Con qualche esempio vediamo di chiarirlo.

I parametri di sistema. Se la progettazione è corretta e le condizioni generali del sistema non sono variate da quelle di progettazione (per esempio, non sono intervenuti dei contatti o il campo elettrico non si è modificato per interventi esterni) i parametri operativi,quali la corrente e la tensione di alimentazione, forniscono una prima valutazione del corretto funzionamento del sistema. Per esempio, se durante il collaudo è stato fissato un valore della corrente di protezione e della tensione di alimentazione, questi possono essere considerati come i valori di riferimento nell’esercizio, la cui verifica richiede soltanto un rapido controllo anche mediante sistemi di rilevamento a distanza. Se il rivestimento è rimasto pressoché integro o comunque paragonabile a quello delle condizioni iniziali, la corrente di protezione è un parametro pressoché costante; analogamente, se la tensione di alimentazione rimane costante, a parità di corrente di alimentazione, si deve desumere che la resistenza del circuito non è variata e quindi si giunge alla conclusione importante che il dispersore è efficiente.

La conferma che il grado di protezione è quello atteso, è fornita dalla misura del potenziale in almeno un punto della struttura. In termini generali, da un punto di vista probabilistico, se la struttura può essere considerata ragionevolmente omogenea e la PC è stata progettata correttamente, la

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Le condizioni di protezione locali. Come già sottolineato, la condizione di protezione è una questione locale e non di sistema. Ciascun punto della struttura si porta a un livello di protezione che dipende dalla corrente (o meglio, dalla densità di corrente, ddc) scambiata in quel punto; non solo, la ddc necessaria per raggiungere il potenziale di protezione può essere diversa da punto a punto in relazione alla disponibilità di ossigeno. Per esempio, per una tubazione interrata,la ddc di protezione è in generale più elevata sulla generatrice superiore rispetto a quella inferiore e la differenza è tanto più accentuata quanto maggiore è il suo diametro.

In altre parole, un difetto del rivestimento sulla parte superiore della tubazione è più a rischio di incompleta protezione rispetto a un medesimo difetto nella parte inferiore.

Se si nutrono ragionevoli dubbi sulla omogeneità della struttura, i parametri di sistema e la verifica della protezione limitata ad alcuni punti di misura non sono sufficienti, per cui diventa necessario estendere le misure e i controlli all’intera struttura mediante le verifiche puntuali, quali il profilo dei potenziali.

La frequenza dei controlli. Un buon esercizio prevede un corretto monitoraggio sulla base della normativa vigente che ne definisce anche il tipo e la frequenza [1, 5, 6]. Per quanto riguarda la frequenza, in verità non esiste un criterio per stabilirne l’entità:di solito si usa il buon senso mediato dall’esperienza dei senior. Un approccio ingegneristico potrebbe essere la valutazione (monetizzazione) del rischio, per esempio mediante le matrici di rischio,secondo una metodologia simile a quella proposta in [7].

Si può stabilire il consumo di un dispersore? I parametri accessibili e quindi misurabili sono: la tensione di alimentazione e la corrente erogata dai quali si può dedurre la resistenza.

Nessuno dei tre fornisce direttamente il consumo o la vita residua del dispersore. Ma si possono fare dei ragionamenti. Se la resistenza del dispersore è aumentata molto, per esempio raddoppiata o triplicata, si possono fare le seguenti considerazioni: potrebbe essere aumentata la resistività del terreno per esempio a causa di eccessiva siccità (per dispersori orizzontali);oppure è diminuita l’area di contatto anodo-terreno e ciò è indice di consumo dell’anodo. Se è nota la carica erogata, ossia il prodotto della corrente per il tempo, si può calco-

lare il consumo del dispersore. Per esempio, se il dispersore è in ferro, il cui uso è molto comune in Italia rispetto al resto del mondo, è facile calcolarne il consumo in quanto esso è stechiometrico, ossia 1 A⋅anno produce una perdita di circa 10 kg.Analogo calcolo può essere eseguito per i dispersori in Fe-Si e i sistemi ad anodi galvanici; non è invece facile stimare il consumo degli anodi inerti per corrente impressa come Ti platinato o MMO-Ti, sebbene le specifiche tecniche riportino un consumo specifico (dell’ordine dei µg/m2 A y) perché troppo approssimato, ma in genere per difetto. Ovviamente dal dato di tensione di alimentazione non si può fare nessuna valutazione diretta.In conclusione,ogni valutazione è il risultato di più informazioni e soprattutto della storia del dispersore.

Gli elettrodi di riferimento fissi sono affidabili? La risposta più ovvia è: dipende. Ed è vero, dipende proprio dal tipo di elettrodo. Per elettrodo affidabile si intende un elettrodo che mantiene il suo potenziale costante nel tempo.

Tutti gli operatori di PC sono consapevoli del fatto che gli elettrodi fissi si possono guastare anche in breve tempo. È il caso dell’elettrodo al rame-solfato di rame (copper sulphate electrode,CSE) la cui durata media è inferiore a cinque anni e di raro supera i dieci. La ragione di questo comportamento sta nella chimica dell’elettrodo, che essendo costituito da rame metallico e da una soluzione di solfato di rame satura è sensibile all’inquinamento provocato dall’’azione dei cloruri e del calcio. In sintesi, se gli ioni calcio penetrano attraverso il setto poroso (il vaso di terracotta) nella soluzione reagiscono con gli ioni solfato per dare il gesso (solfato di calcio) alterando la concentrazione dei solfati; analogamente, se penetrano i cloruri, il rame si passiva e il potenziale ne è modificato. Perciò, la durata di un elettrodo fisso CSE che dipende dai processi di diffusione degli ioni calcio e cloruro, purtroppo sempre presenti nei terreni,non può mai essere illimitata e nemmeno lunga quanto la vita media di un impianto che nella progettazione moderna per molte strutture interrate sta andando verso i 50 anni e oltre.

Per una durabilità più estesa è necessario ricorrere a elettrodi di altro tipo. Lo zinco puro in apposito letto di posa (backfil) costituito da una miscela di bentonite e gesso presenta sulla carta una durabilità elevata; inoltre può essere attivato in caso si sia ricoperto di carbonati come può accadere nei terreni dopo lunghe esposizioni. L’attivazione consiste nel farlo funzionare da anodo per un breve periodo. Si può concludere che la durata dello zinco è più elevata di quella del CSE, avendo cura di evitare condizioni di eccessivo “dilavamento” che produce l’effetto di allontanare il gesso.

Tra gli altri elettrodi disponibili sul mercato, il titanio attivato MMO-Ti ha intrinsecamente una durabilità ben superiore, ma è impiegato solo in specifiche e ben definite sonde di potenziale.

Riferimenti [1] UNI EN 12954: 2002 Protezione catodica di strutture metalliche interrate o immerse Principi generali e applicazione per condotte [2] NACE RP 0169-2007, Recommended Practice: Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems, NACE Int., Houston, TX, 2007 [3] ISO/FDIS 15589-1:2003, Petroleum and natural gas industries – Cathodic Protection of pipeline transportation ssystems – Part 1: On land pipelines, 2003 [4] L. Lazzari, P. Pedeferri, M. Ormellese, Protezione catodica, Polipress, Milano, I, 2006 [5] UNI 11094: 2004 Protezione catodica di strutture metalliche interrate. Criteri generali per l’attuazione, le verifiche e i controlli ad integrazione della UNI EN 12954 anche in presenza di correnti disperse [6] UNI EN 13509: 2004 Tecniche di misura nella protezione catodica [7] B.Bazzoni, T.Caglioni, L.Lazzari, Le matrici di rischio applicate alla protezione catodica, Apce Notizie n.41, ottobre 2010, p.16-21.

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verifica della completa protezione anche in un solo punto può essere considerata valida per tutta la struttura. È solo il proprietario della struttura che può ritenere accettabile questa deduzione proprio in quanto ne conosce le condizioni. Riassumendo, questa prima verifica è accettabile se si ha un grado di confidenza ritenuto sufficiente dello stato della propria struttura; in caso contrario, è necessario passare alla verifica puntuale dello stato di protezione della struttura in esame.

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CASE HISTORIES

Corrosione batterica sotto nastro La memoria descrive un caso di corrosione sotto rivestimento su una tubazione in protezione catodica (PC) rilevata con un’ispezione effettuata con pig intelligente. Tali attacchi di corrosione batterica da batteri solfato riduttori non sono rilevabili con le tradizionali tecniche di monitoraggio della PC perché la corrente di protezione non è in grado di penetrare sotto il rivestimento.

di

Roberto Gentile, Enio Gheza, Giorgio Tencaioli Sarpom SpA Via Vigevano, 43 28089 Trecate - NO

Fabio Duranti Cescor srl Via Maniago, 12 20134 Milano

è

noto che la protezione catodica (PC) non è efficace nelle zone che risultano elettricamente isolate o non raggiungibili, perché la corrente non può essere scambiata dalla superficie. Per esempio, se si vuole raggiungere la protezione all’interno di un tubo (si pensi ai tubi di uno scambiatore di calore) con l’anodo posto a una estremità, la protezione arriva a una distanza dall’imbocco del tubo pari al potere penetrante [1].

Un altro caso, meno intuitivo, è quello della corrosione sotto rivestimento nelle tubazioni interrate quando si formano delle grinze nel rivestimento che si riempiono di acqua. Si dà il caso che l’acqua è potuta entrare, mentre la corrente della PC non è in grado di penetrare sotto il rivestimento per le eccessive cadute ohmiche. Il risultato è che nella sacca piena di acqua sotto deposito si instaurano condizioni anaerobiche, cioè prive di ossigeno, che rendono possibile la corrosione batterica da batteri solfato riduttori.

Le tradizionali tecniche di monitoraggio della PC non sono in grado di evidenziare la presenza delle sacche di acqua sotto deposito e la mancanza della PC. Questi attacchi di corrosione sono messi in evidenza dalle ispezioni effettuate con pig intelligente fatto passare all’interno della tubazione.

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Case history

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La tubazione è posata in terreno argilloso a una profondità di circa 1 metro. Gli attacchi sono stati riscontrati su una tubazione di 20” provvista di rivestimento realizzato con nastri di PVC applicati a freddo in campo, al tempo della posa (inizi anni '60). La tubazione è provvista di PC a corrente impressa il cui monitoraggio è realizzato con un sistema di telecontrollo. Ciò permette di verificare in tempo reale le condizioni di protezione nei punti caratteristici scelti, provvisti di unità di telecontrollo.

Sono eseguite con frequenza biennale verifiche di protezione lungo l’intera linea mediante la tecnica di profilo dei potenziali e di “cerca falle” con le metodologie elettrochimiche note [1].

In figura 1 è riportato un profilo di potenziali e di cadute ohmiche laterali per l’individuazione dei difetti del rivestimento. Laddove vi sono indizi di presenza di difetti del rivestimento, si provvede alla loro riparazione indipendentemente dal livello di PC che è sempre stato trovato nell’intervallo di protezione.

Con cadenza quadriennale sono previste le ispezioni di “full integrity” eseguite mediante il passaggio di pig intelligente allo scopo di evidenziare i difetti presenti nella tubazione che possono pregiudicare la sicurezza delle linee. Sono difetti rilevabili tutti quelli che attengono il materiale metallico quali: variazioni di spessore, ovalizzazione, perdite di spessore localizzate, sia sulla superficie interna sia esterna. In figura 2 è riportato un esempio di risultato fornito dalla indagine pig in cui si evidenzia la presenza di attacchi di corrosione sulla superficie esterna. Gli attacchi di corrosione tipici della corrosione batterica sotto rivestimento sono documentati dalle foto di figura 3.

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Discussione

Figura 1 – Esempio di profilo dei potenziali e di caduta ohmica laterale

tri (per esempio 10 cm), porta a un valore di resistenza da un minimo di 25 kW a un massimo di 1,25 W M. Poiché in prossimità della tubazione la forza del campo elettrico è dell’ordine delle sovratensioni catodiche, per esempio 0,5 V, la corrente è compresa tra 0,4 e 20 µA, troppo bassa per poter esplicare un effetto di PC (infatti, se la grinza ha una superficie di 100 cm2, la densità di corrente su acciaio nudo risulta di solo qualche µA/m2, mentre la densità di corrente di protezione in

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I nastri applicati a freddo formano facilmente delle grinze nei terreni argillosi a seguito delle sollecitazioni di taglio che il terreno esercita sulle tubazioni. Poiché l’adesione del nastro alla superficie della tubazione è solo assicurata dal primer collante applicato sulla superficie della tubazione dopo pulizia meccanica, a differenza dei rivestimenti applicati a caldo, sia PE o PP estrusi o le polveri epossidiche, il nastro applicato a freddo non offre un’adeguata resistenza agli sforzi indotti dal terreno. Ciò è causa di formazione di pieghe le quali si riempiono di acqua, sempre presente nel terreno, che filtra attraverso il breve tratto di sovrapposizione, di solito largo un pollice.

Si instaura una condizione “diabolica” per cui attraverso la stretta fessura offerta dalla sovrapposizione dei nastri l’acqua è risucchiata nel momento in cui si forma la piega, ma la corrente non può entrare per le elevate cadute ohmiche. Una volta entrata l’acqua, a contatto con la tubazione si ha l’inizio di corrosione con consumo di tutto l’ossigeno contenuto nell’acqua.

Quando l’ossigeno è tutto consumato, si instaurano le condizioni per la crescita dei batteri solfato riduttori (SRB) con attacchi di corrosione localizzati. Come detto, la corrente di protezione non può entrare perché sono troppo elevate le cadute ohmiche. Infatti, un calcolo grossolano dimostra che la resistenza della fessura di spessore dell’ordine dei micrometri (per esempio da 10 a 100 µm) lunga 25 mm riempita di acqua con resistività da 10 a 50 m e una lunghezza dell’ordine dei centime-

Figura 2 – La mappa ottenuta con pig intelligente che mostra gli attacchi di corrosione sotto rivestimento non identificati con gli altri metodi

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Figura 3 – Superficie del rivestimento con la presenza di grinze piene di acqua

Figura 4 – Superficie del rivestimento con la presenza di grinze piene di acqua

ambiente anossico per bloccare la corrosione batterica è dell’ordine delle decine di mA/m2, cioè di cinque ordini di grandezza superiore). Di conseguenza, viene meno la possibilità di rilevare lo stato di corrosione interno alla grinza con la misura del potenziale perché il campo elettrico ad esso associato è di fatto nullo.

Conclusioni

Figura 5 – Superficie della tubazione dopo rimozione del rivestimento e pulizia

Le tubazioni provviste di rivestimento isolante realizzato con i nastri applicati a freddo sono a rischio di corrosione batterica nelle pieghe o grinze che si formano nel rivestimento a seguito degli sforzi indotti dal terreno. Queste situazioni non possono essere rilevate e tantomeno monitorate con le tecniche tradizionali di PC che risultano inutili a questo scopo.

La raccomandazione che deriva da queste esperienze di campo è che un rivestimento di tale tipo non dovrebbe superare la vita media dei 15-20 anni massimo, raggiunti i quali è necessario un intervento di manutenzione/sostituzione.

Ringraziamenti Gli autori desiderano ringraziare Luciano Lazzari per l’utile discussione sul caso qui esposto.

Figura 6 – Superficie della tubazione dopo rimozione del rivestimento e pulizia

Riferimenti [1] L. Lazzari, P. Pedeferri, M. Ormellese, Protezione catodica, Polipress, Milano, I, 2006

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CASE HISTORIES

Foratura di un ossigenodotto in PC a seguito di scarica atmosferica La memoria illustra un caso di foratura di una tubazione interrata in protezione catodica in seguito alla scarica di un fulmine durante un temporale estivo.

I

l 7 luglio 2009, poco dopo le ore 8.00, durante un forte temporale, un fulmine seguendo un traliccio di sostegno dei cavi della linea metropolitana, entra in un pozzetto di ispezione dell’attraversamento ferroviario e colpisce una tubazione da 10’’ in acciaio al carbonio, causando localmente una perforazione. Il numero elevato di fulminazioni è stato successivamente accertato consultando il sito [1]. La tubazione era stata posata negli anni ’70, e trasportava ossigeno in pressione a 24 bar. La tubazione era protetta con un rivestimento bituminoso ed era dotata di sistema di protezione catodica a corrente impressa; la presenza nel terreno di correnti vaganti, richiedeva un costante monitoraggio delle condizioni di protezione catodica.

di

Perdita delle condizioni di protezione catodica

Giorgio Martinelli

Durante l’episodio meteorologico che ha portato alla foratura, erano in corso le registrazioni del potenziale (sui punti di misura TP 13, TP 16 e TP 17, come riportato in Figura 1). Nelle Figure 2 e 3 sono illustrati gli schemi elettrici prima e dopo la scarica atmosferica. Tra gli alimentatori A1 e A2 sono presenti giunti isolanti corto circuitati.

Il fulmine ha isolato il tratto che comprende gli alimentatori A2, A3, A4 da quello che comprende l’alimentatore 1 (tratto blu di Figura 3): è venuto pertanto a mancare l’effetto dell’alimentatore A1 e A2.

Questo lo si osserva nelle registrazioni di potenziale: le misure effettuate al TP 16 e TP 17 prima della scarica mostravo valori di potenziale di protezione inferiori a -1.5 V CSE; dopo la scarica il potenziale è aumentato a valori più positivi di -0.85 V CSE, indice della perdita delle condizioni di protezione. Al TP 13 si è registrato un aumento del potenziale di protezione, che comunque rimane al di sotto di -0.85 V CSE grazie alla presenza dell’alimentatore A1.

La differenza temporale di 8 minuti visibile nel grafico, è probabilmente i risultato di una seconda scarica che ha distrutto il secondo giunto isolante.

Via Risorgimento, 11 20017 Mazzo di Rho (MI)

Marco Ormellese Politecnico di Milano Dipartimento CMIC "G. Natta" Via Mancinelli, 7 20131, Milano

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La foratura della tubazione La scarica elettrica ha provocato foratura della tubazione. Sono stati infatti rilevati due perforazioni, con diametro 50 mm e 6 mm. Attorno ai fori il rivestimento bituminoso era completamente assente; i bordi dei fori erano grigi e lisci. Non sono stati osservati attacchi di corrosione, sia lato esterno che interno. Lato interno è chiaramente visibile una porzione di metallo fuso.

Effetto della scarica elettrica Il fulmine, oltre ad aver provocato la foratura della tubazione e la distruzione dei due 25

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Fig. 1 – Registrazioni di potenziale ai Test Post (TP) a3, 16 e 17

Fig. 2 – Schema elettrico del sistema di protezione catodica prima della scarica atmosferica (A= alimentatore), con indicati i tre test post

Fig. 3 – Schema elettrico del sistema di protezione catodica dopo la scarica atmosferica (A= alimentatore), con indicati i tre test post

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giunti isolanti, ha anche generato un’esplosione che ha distrutto sia il pozzetto dove il fulmine steso è caduto, sia quello opposto che si trovava ad una distanza di 725 m.

Il calore associato alla scarica atmosferica ha infatti provocato la locale fusione dell’acciaio al carbonio e la combustione dei due giunti isolanti (questo ha comportato la perdita di protezione catodica prima descritta); la fuoriuscita di ossigeno asso-

Riferimenti [1] www.google-earth/fulmini

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ciata all’elevata temperatura ha stimolato inoltre una locale combustione dell’acciaio al carbonio aumentando il diametro della foratura.

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IMPIANTI DI PC

Alimentatori automatici a controllo di corrente per correnti vaganti

Introduzione In presenza di campi elettrici interferenti variabili, come nel caso di correnti vaganti disperse dai sistemi di trazione elettrica a corrente continua (treni, tranvai, metropolitane), gli impianti di PC devono efficacemente contrastare gli effetti delle correnti vaganti in modo da escludere pericolosi stati anodici delle strutture interferite. Il metodo più usato e diventato una norma è l’impiego degli alimentatori cosiddetti a potenziale costante [1]. Tuttavia, il parametro che viene misurato e mantenuto costante è il “potenziale on”, Eon, la cui variazione ha il significato di variazione della caduta ohmica nel terreno tra struttura ed elettrodo di riferimento. Questo concetto, su cui si è sempre posta scarsa attenzione, è basilare per comprendere il vero principio della tecnica.

Infatti, occorre tenere presente i seguenti fatti: - le correnti vaganti sono variabili nel tempo e in genere la loro variazione è piuttosto rapida, coincidente con il rapido passaggio dei convogli. Proprio per questa loro rapida variazione, non dispongono del tempo necessario per “polarizzare” la struttura (in senso sia anodico sia catodico) - la misura effettuata per pilotare l’alimentatore non è altro che la caduta ohmica tra due elettrodi che si trovano a un potenziale costante: l’elettrodo di riferimento è a potenziale costante per definizione, mentre la struttura rimane fissata a un valore pressoché costante del potenziale perché la variazione del campo interferente è troppo veloce per conseguire determinare una sensibile polarizzazione. Questo aspetto è confermato dal potenziale dei provini di corrosione provvisti di elettrodo di riferimento incorporato (dette anche sonde di potenziale) che in genere in presenza di interferenza anche cospicua mostrano variazioni del potenziale molto contenute, per esempio inferiori a 0,1 V - in conclusione, il parametro mantenuto costante che pilota l’alimentatore è pertanto la caduta ohmica nel terreno.

Sulla base di queste considerazioni, dobbiamo concludere che il principio su cui si basano gli alimentatori a “potenziale costante” è in realtà un equivoco: ciò che è mantenuto costante è il termine di caduta ohmica (in genere di segno catodico) mentre il potenziale “vero”, che in linea di massima potrebbe mantenersi abbastanza costante, non è noto. A partire da queste considerazioni, è stata studiata la possibilità di utilizzare una sonda di potenziale per pilotare gli alimentatori.

di

Fabio Duranti Cescor srl Via Maniago, 12 20134 Milano

Roberto Risani LARS ITALIA SRL Via di Piancavallo, 12 D 50038 Scarperia - FI

Luciano Lazzari Politecnico di Milano Dipartimento CMIC “G.Natta” Via Mancinelli, 7 20131 Milano

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I

n presenza di campi elettrici interferenti, è pratica consolidata l’impiego dei cosiddetti alimentatori a “potenziale costante”. Tuttavia, in accordo con la norma CEI EN 50162:2005, “Protezione dalle corrosioni dovute a correnti vaganti da impianti eserciti a corrente continua”, un altro parametro idoneo a definire il grado di interferenza e di pilotare gli alimentatori è la corrente scambiata dalla struttura. La memoria illustra questa tecnica basata sull’impiego di un alimentatore automatico pilotato da una sonda di potenziale.

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degli anni ’80 [2] aveva richiamato l’attenzione su questo importante aspetto, legato alla condizione elettrochimica a cui è sottoposto il catodo in PC quando ha luogo lo sviluppo di idrogeno, per cui il potenziale varia poco anche se la corrente catodica scambiata varia molto (per esempio, se la corrente passa da 1 A/m2 a 10 A/m2 il potenziale varia di soli 120 mV), come mostrato in figura 2.

Prove di laboratorio In presenza di correnti vaganti, il potenziale della struttura è esprimibile come segue: Fig. 1 – Confronto fra registrazione del potenziale mediante sonda di potenziale e mediante elettrodo di riferimento fisso [3]

Fig. 2 – Rappresentazione schematica della condizione elettrochimica del catodo [3]

dove il termine variabile è la caduta ohmica, IR, nel terreno, mentre il potenziale vero rimane costante. Questa condizione è tanto più vera quanto più sono variabili le correnti vaganti e la struttura è in protezione.

Il termine variabile IR dipende dalla corrente circolante nel terreno ed è quindi anche funzione della corrente scambiata dalla struttura in quanto questa è una parte proporzionale della prima.

In una precedente memoria [4], è stato verificato in via teorica che la caduta ohmica nel terreno (o il potenziale on) e la corrente scambiata dalla piastrina della sonda hanno lo stesso andamento temporale, ossia:

dove k è una costante. Questa circostanza è stata poi confermata mediante prove di laboratorio, con il dispositivo illustrato in figura 3.

Le Figure 4 e 5 mostrano due risultati ottenuti con interferenza anodica e catodica che confermano il modello teorico.

Prove in campo Fig. 3 – Provino con elettrodo incorporato usato per le prove di laboratorio [4]

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Le sonde di potenziale

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Grazie alla loro geometria, le sonde di potenziale permettono la misura del potenziale di un provino (o piastrina) al netto delle cadute ohmiche: forniscono direttamente il potenziale vero. Usate in presenza di correnti vaganti, si nota che il potenziale di una piastrina di una sonda di potenziale rimane piuttosto costante se si trova nell’intervallo di protezione, come mostrato in figura 1. Già Prinz a metà

Sulla base della norma CEI EN 50162:2005 [5] è stata attivata una sperimentazione in campo in cui il parametro usato per pilotare l’alimentatore è stata la corrente scambiata da una piastrina. A questo scopo, è stata usata una sonda di potenziale commerciale, StrayProbe™, prodotta da Cescor srl, e un alimentatore, prodotto dalla Lars Italia srl (figura 6), con unità di controllo a microprocessore in grado di utilizzare il segnale di tensione (caduta ohmica su uno shunt tarato) prodotto dalla corrente assorbita dalla sonda di potenziale.

Il vantaggio dell’uso della sonda di potenziale è duplice: da una parte si usa la corrente scambiata dalla piastrina e dall’altra può esse-

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Figura 4 – Registrazione di interferenza catodica [4]

Figura 5 – Registrazione di interferenza anodica [4]

re misurato contemporaneamente il potenziale vero, cioè il reale livello di protezione. Lo schema è pertanto il seguente: la sonda di potenziale, costituita da una piastrina e da un elettrodo di titanio attivato SMMO-Ti, è stata interrata vicina alla struttura interferita dalle correnti vaganti, con la piastrina collegata alla struttura attraverso uno shunt da 10 W e l’elettrodo di riferimento (SMMO-Ti) collegato al voltmetro per la misura del potenziale “vero” della piastrina. La caduta ohmica misurata sullo shunt è il parametro di ingresso all’amplificatore operazionale il quale regola la corrente erogata dal dispersore. In figura 7 è rappresentato uno schema di principio.

Nell’applicazione in campo, l’alimentatore è stato regolato con una corrente di base “catodica” assorbita dalla piastrina di 0,2 mA (pari a una densità di corrente di 225 mA/m2 rispetto alla superficie nuda della piastrina) che provoca una caduta di tensione sullo shunt di 2 mV. Con la corrente di base, il potenziale vero della piastrina è intorno a -1,2 V vs MMO-Ti (corrispondente a -1,3 V CSE, come si può desumere per via teorica assumendo una densità di corrente limite di ossigeno massima di 50 mA/m2).

Se la corrente scambiata dalla piastrina tende ad aumentare verso valori più cato-

dici, l’alimentatore rimane inattivo, mentre se tende a diminuire fino alla inversione al comportamento anodico, il sistema reagisce subito con un aumento dell’erogazione del dispersore in modo da riportare la piastrina in protezione alla densità di corrente di base. Nello stesso tempo, mediante l’elettrodo incorporato, è possibile misurare il potenziale vero della piastrina e verificare se il grado di protezione è corretto e nell’intervallo desiderato.

La figura 8 riporta le variazione della corrente assorbita dalla piastrina, con parecchie inversioni di segno, e del potenziale vero che si mantiene nell’intervallo di protezione.

Conclusioni

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Gli alimentatori tradizionali a “potenziale costante” più che il potenziale mantengono costante la caduta ohmica nel terreno.

Ciò ha l’indubbio vantaggio di rendere il sistema molto reattivo, perché le variazioni di caduta ohmica sono istantanee, ma non permette la conoscenza del potenziale vero della struttura.

In accordo con la norma CEI EN 50162:2005, “Protezione dalle corrosioni

Se la corrente scambiata dalla piastrina tende a diminuire fino a invertire il segno il sistema reagisce subito aumentando l’erogazione del dispersore

Figura 6 – Alimentatore per il controllo delle correnti vaganti mediante sonda di potenziale

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Figura 7 – Schema di principio del funzionamento di un alimentatore pilotato con la corrente di una sonda di potenziale

dovute a correnti vaganti da impianti eserciti a corrente continua”, è stato sperimentato l’uso di un alimentatore a controllo di corrente mediante l’impiego di una sonda di potenziale. Come dimostrato dalle prove di laboratorio, la risposta del sistema è del tutto analoga a quella del metodo tradizionale, e come mostrano i risultati ottenuti campo, la regolazione è efficace e la nuova procedura permette di conoscere contemporaneamente anche il potenziale vero della struttura.

Figura 8 – Registrazione del potenziale vero della piastrina e della corrente sullo shunt (il segno positivo è relativo alla corrente catodica, quello negativo a quella anodica)

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Riferimenti

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[1] UNI 11094:2004 Protezione catodica di strutture metalliche interrate. Criteri generali per l’attuazione, le verifiche e i controlli ad integrazione della UNI EN 12954 anche in presenza di correnti disperse [2] W. von Baeckmann, W. Prinz, Electrochemical Measuring Techniques of Stray Current Influenced Pipelines, Dechema-Monographs vol.101, p.165-177, VCH Verlagsgesellschaft, 1986 [3] L. Lazzari, P. Pedeferri, M. Ormellese, Protezione catodica, Polipress, Milano, I, 2006 [4] L. Lazzari, M. Ormellese, F. Duranti, P. Fabbri, Stray current control by a new approach based on true potential monitoring, Proc. Int. Conf. Corrosion/07, Paper No. 07041, NACE Int., Houston, TX, 2007 [5] CEI EN 50162:2005 Protezione contro la corrosione da correnti vaganti causate dai sistemi elettrici a corrente continua

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IMPIANTI DI PC

Dispersori per impianti di protezione catodica: un confronto Un impianto di protezione catodica (PC) a corrente impressa UNI EN 12954 [1] è costituito da tre elementi base: la struttura da proteggere, l’alimentatore di PC secondo UNI CEI 8 [2] e il dispersore realizzato secondo norma UNI 10835 [3]. La corrente generata dall’alimentatore passa attraverso il terreno dal dispersore alla superficie esterna della struttura proteggendola dalla corrosione.

I di

Fabio Brugnetti Snam Rete Gas, San Donato Mil.se (MI)

dispersori in accordo alle norme

La corrente erogata dal dispersore nell’ambiente di posa è funzione della tensione di alimentazione, delle caratteristiche del terreno ovvero della resistenza di contatto dispersore-ambiente di posa; in buona sostanza il dispersore dovrebbe offrire la resistenza di contatto con l’ambiente di posa sufficientemente bassa per permettere all’alimentatore di PC di erogare il corretto fabbisogno di corrente.

La norma UNI 10835 [3] suddivide i dispersori in “superficiali” e “profondi”. I dispersori superficiali sono posati a una profondità non maggiore di 10 m e possono essere sia orizzontali che verticali; i dispersori profondi sono verticali e posati a una profondità compresa tra i 40 e i 100 m. La norma UNI 11094 [4] riporta le distanze che devono essere rispettate tra il dispersore, la struttura da proteggere e le strutture metalliche interrate estranee posate nelle vicinanze. In particolare, questa norma prescrive che i dispersori superficiali devono essere mantenuti a una distanza di 100 m dalla struttura metallica interrata da proteggere e a 100 m da eventuali strutture metalliche interrate estranee, mentre i dispersori profondi possono essere posati in corrispondenza della struttura metallica da proteggere se l’estremità superiore del dispersore si trova ad una distanza non minore di 40 m dalla struttura; allontanando il dispersore dalla struttura la profondità di posa può diminuire, ma in ogni caso l’estremità superiore del dispersore deve essere mantenuta a una distanza non minore di 40 m dalle strutture metalliche interrate estranee.

Di fatto le indicazioni riportate nella UNI 11094 [4], ricavate dall’esperienza pratica, posso essere diminuite se si dimostra che il dispersore, nelle condizioni di massima erogazione di corrente, non provoca interferenze oltre i limiti ammissibili riportati nella norma CEI EN 50162 [5].

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Dispersori in aree concentrate

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Nelle strutture complesse UNI EN 14505 [6], chiamate anche aree concentrate, le strutture da proteggere catodicamente sono collegate all’impianto di messa a terra per motivi di sicurezza. L’impianto di messa a terra ivi comprese le masse metalliche connesse, sia per contatti elettrici accidentali che per contatti elettrici volontari, è di fatto protetto catodicamente comportando che il fabbisogno di corrente di protezione aumenta con l’aumentare della superficie metallica dell’impianto di messa a terra a contatto con l’ambiente.

In questi casi, per orientare la corrente di protezione catodica verso la struttura e non solo verso l’impianto di messa a terra o verso le grosse masse metalliche elettricamente connesse, i dispersori sono posizionati vicini alla struttura solitamente interposti tra la stessa e l’impianto di terra.

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Scelta del dispersore

Un esempio di dispersore orizzontale Di seguito si riporta un esempio di dispersore superficiale realizzato in un terreno con resistività media elevata pari a 850 Ωm, progettato con i criteri della norma UNI 10835, per ottenere una resistenza finale di 25 Ω, sufficiente a erogare il fabbisogno di corrente di PC di progetto.

Gli anodi sono stati collegati in parallelo tra di loro direttamente nello scavo ricavando due cavi di alimentazione in corrispondenza degli anodi esterni. Il letto di

Tabella 1 – Caratteristiche elettriche del materiale anodico

posa che circonda gli anodi è costituito da 30% bentonite e 70% coke di petrolio calcinato. Lo scavo ha una lunghezza complessiva di 40 m e i 12 anodi sono costituiti da ghisa Fe-Si pre-impaccato posati nello scavo con una spaziatura di 1 m. Alle estremità dello scavo sono stati posizionati i localizzatori di servizi per identificare gli estremi del dispersore. Sono stati previsti due tubi di sviato per l’eventuale apporto di acqua o per l’eventuale sfogo dei gas provocati dalla reazione anodica. Nelle figure 1 - 2 - 3 si riporta uno stralcio del progetto e alcune foto scattate durante la realizzazione.

Figura 1 – Schema di dispersore orizzontale

La realizzazione della connessione del cavo all’anodo ed il suo isolamento verso l’ambiente rappresentano le operazioni più delicate nell’assemblaggio e nella posa dei dispersori. La connessioni elettriche tra i vari cavi e le zone di saldatura del cavo all’anodo devono essere assolutamente ermetiche in modo da evitare qualsiasi permeabilità all’umidità; viceversa la parte attiva dei conduttore o la giunzione cavo-anodo sono soggette a una veloce corrosione (dissoluzione anodica), vanificando l’efficacia di uno o più anodi e quindi del dispersore. Le stesse precauzioni devono essere poste durante il varo di un dispersore verticale profondo quando i collegamenti equipotenziali degli anodi e i cavi di alimentazione vengono trascinati all’interno del pozzo di posa.

La posa di un dispersore, sia esso superfi-

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Un dispersore è generalmente costituito da più anodi posati nello stesso pozzo (dispersore verticale) o nello stesso scavo (dispersore orizzontale) collegati tra di loro attraverso uno o più cavi di alimentazione da attestare al polo positivo dell’alimentatore UNI CEI 8 [2]; la norma UNI 10835 [3] descrive i materiali anodici con le relative caratteristiche elettriche incluso il tasso di consumo e il tipo di letto di posa utilizzabile. Per determinare quale tipo di dispersore installare è necessario controllare preventivamente la tipologia del terreno in superficie e/o negli strati più profondi, la presenza di eventuali strutture estranee, l’esistenza delle distanze minime da rispettare sia dalla struttura da proteggere sia da strutture estranee, il fabbisogno teorico della corrente di protezione catodica.

Il fabbisogno teorico della corrente di protezione catodica ovvero la quantità di corrente scambiata tra il dispersore e l’ambiente di posa comporta il consumo (tasso di consumo) del materiale anodico; la massa complessiva degli anodi deve essere progettata per assicurare una vita utile del dispersore non inferiore a 10 anni.

La norma UNI 10835 [3], in funzione del tipo di dispersore, riporta in appendice informativa le formule empiriche che permettono di calcolare la resistenza elettrica finale di un dispersore in base alle sue dimensioni, alla resistività del terreno e al tipo di letto di posa impiegato.

Per i dispersori posati nel terreno, l’impiego del letto di posa è fondamentale per favorire la conduzione di corrente elettrica tra gli anodi e l’ambiente di posa; il letto di posa a base di bentonite trattiene l’umidità favorendo la conduzione elettrica, mentre l’impiego della polvere di carbone riduce la resistenza elettrica finale del dispersore e diminuisce il tasso di consumo del materiale anodico. Gli esempi di progetto riportati nella norma UNI 10835, per dispersori posati nel terreno, tengono in considerazione il tipo di letto di posa impiegato.

In tabella 1 si riporta una tabella riepilogativa delle caratteristiche del materiale anodico.

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Figura 2 – Vista dello scavo e degli anodi preimpaccati

Figura 3 – La fase di rinterro degli anodi del dispersore

ciale o verticale profondo, comporta l’impiego di attrezzature e metodologie che presentano, dal punto di vista antinfortunistico, un elevato grado di rischio.

Per quanto riguarda l’ esecuzione dei dispersori verticali, l’impatto ambientale riguarda soprattutto l’esecuzione della perforazione la cui realizzazione può comportare problematiche legate sia alla messa in comunicazione di falde con caratteristiche diverse fra loro sia alla messa in comunicazione di strati di terreno inquinati con falde non contaminate.

Problematiche durante la posa sono determinate dalla realizzazione del letto di posa indifferentemente che questo sia costituito da fanghi bentonitici o da carbone in quanto l'ambiente può essere interessato dalla aerodispersione di particelle allo stato secco se non vengono adottate opportune precauzioni.

Per la realizzazione dei dispersori profondi devono essere osservate le disposizioni di legge nazionali, regionali e comunali in materia di tutela delle acque sotterranee.

Dispersori verticali profondi Nel caso di dispersori verticali profondi, se si prevede che i gas generati dalla reazione anodica possono impedire al dispersore l’erogazione della corrente di PC, creando una zona di interdizione priva di contatto elettrico tra i singoli anodi e il letto di posa e quindi con il terreno, devono essere presi opportuni provvedimenti affinché tali gas possano essere eliminati all’esterno del pozzo. Per fare questo è necessario che lungo il dispersore sia introdotto, durante la posa, un tubo con le pareti opportunamente forate in modo da raccogliere i gas e convogliarli verso l’esterno.

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Riferimenti

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[1] UNI EN 12954 “Protezione catodica di strutture metalliche interrate o immerse Principi generali e applicazione per condotte” [2] UNI CEI 8 “Alimentatori per impianti di protezione catodica” [3] UNI 10835 “Anodi e dispersori per impianti a corrente impressa criteri di progettazione e installazione” [4] UNI 11094 "Criteri generali per l’attuazione, le verifiche e i controlli ad integrazione dellla UNI EN 12954 anche in presenza di correnti disperse" [5] CEI EN 50162 “Protezione contro la corrosione da correnti vaganti causate dai sistemi elettrici a corrente continua”.

[6] UNI EN 14505 “Protezione catodica di strutture complesse”

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IMPIANTI DI PC

Dispersori e impatto ambientale

I

l lavoro fornisce i risultati di una ricerca sperimentale, commissionata da APCE, condotta allo scopo di esaminare il comportamento di anodi in Fe-Si-Cr in associazione con letti di posa costituiti da materiale argilloso piuttosto che da materiale carbonioso quando usati per la protezione catodica di strutture interrate. Questo lavoro è stato mirato in particolare ad ottenere delle informazioni sulla eventuale contaminazione ambientale in funzione del materiale anodico e dei letti di posa (backfill) comunemente applicati nei sistemi di protezione catodica. Le prove sono state eseguite realizzando un microcosmo sperimentale in grado di simulare condizioni operative con due tipologie di backfill, seguendo la velocità di corrosione dell’anodo, il coinvolgimento dei letti di posa, la produzione e la migrazione di prodotti di reazione per verificarne un possibile impatto ambientale. di

Gabriele Fava, Romeo Fratesi, Tiziano Bellezze Dipartimento di Fisica e Ingegneria dei Materiali e del Territorio Università Politecnica delle Marche Ancona

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Introduzione Negli impianti di protezione catodica a corrente impressa di strutture di acciaio interrate esistono degli aspetti importanti riguardanti la tutela dell’ambiente legati alla perforazione per la sistemazione degli anodi, gli anodi stessi e i letti di posa.

In detti impianti, infatti, la perforazione può raggiungere profondità relativamente elevate, dell’ordine dei 100 m, cosi possono essere rese comunicanti le falde acquifere superficiali con quelle più profonde,solitamente più pure.Gli anodi e il backfill poi,durante il funzionamento,nel tempo, potrebbero disperdere nel terreno sostanze poco ecocompatibili. Di qui la necessità di prevedere che cosa può accadere nel terreno nell’intorno degli anodi.

Premesso che le problematiche associate alla perforazione devono essere affrontate e risolte con espedienti geotecnici,nella presente trattazione si riportano dei dati sperimentali,ottenuti mediante un impianto pilota, relativi al rilascio di sostanze al terreno ad opera dell’anodo e del backfill.

I materiali con cui vengono realizzati gli elementi anodici per gli impianti di protezione catodica a corrente impressa sono diversi a seconda delle prestazioni richieste ed in funzione dell’ambiente in cui vengono installati [1]. Essi vengono classificati in base al loro consumo in anodi solubili anodi semi-inerti e anodi inerti; attualmente per gli impianti con anodi profondi quelli utilizzati sono del tipo semi-inerte e nella fattispecie sono costituiti da leghe Fe-Si o, nel caso in cui essi devono sopportare densità di corrente relativamente elevate, Fe-Si-Cr.Tali leghe devono avere un contenuto di silicio compreso tra 14 e 18% [2], poiché questi tenori di silicio determinano una buona resistenza alla corrosione a causa della formazione di un sottile strato protettivo contenente in gran parte SiO2.Affinché tale strato possa formarsi occorre che la lega inizialmente si corroda, raggiungendo poi una condizione di bassa e costante velocità di corrosione in tempi relativamente brevi. Ciò è reso possibile dal fatto che lo strato protettivo formato essendo poroso permette il contatto con l’elettrolita con il metallo mantenendo la conducibilità nel tempo [3].

Il cromo, nelle leghe in cui è contenuto insieme al silicio, sviluppa uno strato più resistente alla corrosione localizzata come il pitting, rendendo possibile l’impiego degli anodi anche in terreni contenenti elevate quantità di ioni cloruro e a maggiori densità di corrente. Pur essendo la velocità di corrosione degli anodi limitata,ma non nulla,degli ioni metallici si disperdono nell’ambiente circostante, così come altre sostanze estranee possono liberarsi dal materiale costituente il backfill. Le questioni ambientali possono assumere pertanto un aspetto rilevante non solo per gli eventuali inquinamenti derivanti da dispersioni causate dalla corrosione delle strutture, ma anche per i siti interessati dall’interramento degli anodi.I materiali costituenti gli anodi,così come i letti di posa possono costituire un ulteriore parametro di preoccupazione relativamente all’im-

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In un impianto pilota si è simulato il funzionamento del dispersore in due diverse tipologie di letto di posa

patto ambientale; esiste quindi la necessità di valutare tale impatto considerando anche i materiali impiegati per la realizzazione dei backfill quali bentoniti commerciali e carbon coke.

L’attività di ricerca si è articolata nella simulazione della corrosione di anodi di Fe-Si-Cr in due diversi tipologie di ambienti di posa: materiale bentonitico e carbon coke conducendo analisi sugli di ioni metallici (dei metalli pesanti) rilasciati e sulla cessione di sostanze organiche.

Figura 1 - Schema dell'apparecchiatura di prova

Tabella 1 - Composizione delle bentoniti e del carbon coke di petrolio impiegati

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Attività sperimentale

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La ricerca si è articolata in primo luogo nello sviluppo di un impianto pilota in laboratorio, atto a simulare il funzionamento dell’anodo come dispersore nelle due diverse tipologie di letto di posa: fango bentonitico e carbon coke.Al fine di trarre delle indicazioni sull’efficienza di questa combinazione fra anodo e backfill e sulla possibile immissione nell’ambiente di sostanze inquinanti sono state effettuate misure di diversi parametri.Sono stati misurati il potenziale catodico ed anodico per tutta la durata della polarizzazione, la perdita di peso dell’anodo alla fine della polarizzazione, così come il pH del backfill e la concentrazione degli elementi in esso dispersi. Sono stati inoltre osservati sia il comportamento del letto di posa, che lo sviluppo di gas al catodo e all’anodo.

La composizione dei materiali impiegati è riassunta nellaTabella 1. La realizzazione della apparecchiatura di prova è simile a quella usata in un lavoro analogo da ricercatori della Esso [4] per studiare le caratteristiche di diversi tipi di backfill di coke. Allo scopo è stato realizzato un fusto

di acciaio di diametro 57 cm, e altezza 60 cm (Figura 1 e 2) destinato a funzionare da catodo e a contenere tutto il resto del sistema (anodo, backfill e elettrolita). La geometria dell’anodo consente una superficie laterale esposta di 0,07m2, il suo peso circa 10070 g. Sono stati utilizzati 148 litri di soluzione acquosa contenente 300 ppm di ioni cloruro e 300 ppm di ioni solfato. Con la densità di corrente applicata di 20A/m2 il potenziale assunto dall’anodo era di

Figura 2 - Microcosmo ambientale

Tabella 2 - Dati riassuntivi della corrosione dell’anodo con bentonite

Tabella 3 - Dati riassuntivi della corrosione dell’anodo con coke

Tabella 4 - Rilasci di Cromo totale e Cromo VI

Tabella 5 - Rilasci di COD mg/L dal backfill di coke

3 V rispetto all’elettrodo al solfato di rame e quello del catodo di -2.3 V sempre rispetto allo stesso elettrodo di riferimento. Le prove di polarizzazione sono state interrotte dopo 55 giorni di funzionamento nel caso di impiego di backfill bentonitico e dopo 51 giorni quando è stato impiegato backfill in carbon coke.Durante l’intero periodo di polarizzazione sono stati eseguiti campionamenti della fase acquosa nella zona anodica e catodica per le analisi chimiche relative. Infine al termine delle prove è stato estratto l’anodo osservando, dopo la rimozione di prodotti aderenti accumulati sulla superficie,che nei due casi la superficie dell’anodo era perfettamente lucida e priva di evidenti prodotti di corrosione.

Risultati e discussione Sono state prelevate carote del backfill con fustella di diametro di 8 cm, a distanze regolari e crescenti dall’anodo al fine di poter eseguire analisi chimiche sulla presenza di metalli pesanti originati dalla corrosione del materiale anodico o della formazione di sostanze organiche prodotte durante la ossidazione del backfill carbonioso. Dalle misure di perdita di peso degli anodi a fine prova e supponendo che durante il periodo di un anno le condizioni non varino sostanzialmente rispetto ai giorni di durata della sperimentazione, sono state compilate le Tabelle 2-5 ed estrapolando i valori per un periodo appunto di un anno.

Al fine di trarre delle indicazioni sulla efficienza

e sostenibilità di questa combinazione anodobackfill e sulla possibile immissione nell’ambiente di sostanze inquinanti sono state effettuate misure di concentrazione di metalli pesanti, Cromo trivalente ed esavalente,sostanze organiche totali espresse come COD, sostanze organiche pericolose espresse in equivalenti di aromatici e ioni solubili totali. E’ stato misurato il potenziale catodico ed anodico per tutta la durata della polarizzazione, la perdita di peso dell’anodo alla fine della polarizzazione, così come il pH e la concentrazione degli elementi dispersi nel backfill.Per quanto riguarda i metalli pesanti (Cd, Cu, Zn, Pb, Hg), la loro presenza nella soluzione acquosa finale con backfill bentonitico è risultata ai limiti della rilevabilità analitica del metodo impiegato (assorbimento atomico). Ciò può essere messo in relazione a due motivi principali: le bentoniti impiegate hanno una elevata capacità di scambio cationico ed il loro elevato valore di pH (fra 8.5 e 10), crea una condizioni di minima solubilità degli stessi metalli pesanti. Durante il funzionamento si è sempre osservato lo sviluppo di gas, sia all’anodo (O2, Cl2) che al catodo (H2), la bentonite si modifica nel tempo, tendendo ad una flocculazione con qualche sedimentazione del fango iniziale. Ciò è evidentemente da attribuire ai valori di pH misurati ai diversi livelli di prelievo che rispondono complessivamente alle previsioni di un’acidificazione dell’area anodica e di un’alcalinizzazione di quella catodica.

In merito alla ossidazione del cromo con le sue due valenze è bene ricordare che il Cr6+ è solubile in acqua,cioè in soluzione è capace di migrare nel terreno per gradiente idraulico o diffusivo e quindi potenzialmente inquinante. Il Cr3+ invece tende a precipitare come idrossido o ad essere adsorbito dalle particelle argillose. La determinazione di tutto il cromo rilasciato dall’anodo (148 mg) è stata eseguita tramite verifica del bilancio di massa sia in soluzione che in fase solida sulla bentonite nell’intento di determinare la quantità di cromo potenzialmente in grado di disperdersi nel terreno circostante l’anodo,e quindi di essere eventualmente catturata da acque di falda. I risultati sono quantificati sinteticamente nella Tabella 6.

La determinazione della partecipazione del carbon coke alle reazioni anodiche è stata invece valutata attraverso l’ossidazione del carbonio con conseguente rilascio di sostanze organiche idrosolubili. La loro quantità è collegata al valore relativo di COD (domanda di ossigeno chimico), che equivale alla quantità di ossigeno necessario per ossidare le sostanze organiche presenti e riportati in Tabella 6. I valori di pH monitorati indicano un ambiente acido determinato sia dalla ossidazione dell’anodo che delle particelle di carbone. La determinazione della massa di sostanza organica presente nella soluzione interstiziale, e quindi in grado di disperdersi nell’ambiente, al termine dei 51 giorni di durata della prova è risultata di 48 g. La normativa, in merito alle concentrazioni limite di sostanza organica nelle acque, stabilisce i

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Sono stati considerati due punti essenziali: l’impatto ambientale e il carico inquinante

seguenti valori di COD: < 160 mg/L per acque superficiali e < 30 mg/L per acque ad uso potabile.Analizzando i dati che si ricavano dopo 51 giorni di polarizzazione ininterrotta, si osserva come gli stessi siano molto distanti da quelli riscontrati nell’impianto con bentonite.

Il potenziale dell’anodo è più basso rispetto a quello misurato nel letto bentonitico, a parità di corrente erogata; la modesta corrosione dell’anodo nasce dalla capacità del carbon coke di partecipare alle reazioni anodiche attraverso l’ossidazione del carbonio e funzionando lui stesso da dispersore aumentando di fatto l’area elettrodica. Se, dunque, la massa di elementi metallici, in particolare Cr6+, risulta in questo caso trascurabile, è la quantità di sostanza organica rilevata nella soluzione interstiziale che va confrontata con i valori limite della normativa per il COD. In sintesi, è forse utile riassumere il confronto fra consumo anodico ed inquinanti prodotti con l’impiego dei diversi materiali impiegati. Infatti, i risultati ottenuti dai due impianti pilota, riempiti con bentonite C13 oppure con coke di petrolio calcinato,consentono un paragone fra i backfill impiegati, in relazione agli inquinanti prodotti ed al consumo anodico, così come riassunto nelle due Tabelle 6 e 7 che seguono.

Conclusioni La ricerca condotta, ispirata dall’esigenza di società operanti nel campo dei servizi di affrontare determinati problemi connessi con gli impianti di protezione catodica, ha cercato di affrontare più direttamente alcune problematiche di carattere ambientale relative alla

realizzazione dei dispersori profondi.

In questo contesto due sono stati i punti essenziali presi in esame: • impatto ambientale relativo all’uso di anodi in Fe-Si-Cr attraverso la determinazione dei metalli pesanti, in particolare cromo, rilasciati all’ambiente attraverso due diverse tipi di backfill: bentonite e carbon coke; • valutazione del carico inquinante,in termini di emissione di sostanze organiche, da parte del carbon coke; Il primo e il secondo punto si sono articolati nella realizzazione di due impianti pilota, per simulare in laboratorio la corrosione della tipologia di anodo scelta in due diversi tipi di letto di posa: miscela bentonitica e carbon coke.

Evidente è risultato il diverso comportamento dell’anodo nei due impianti caratterizzati da un diverso tipo di backfill: la maggiore corrosione dell’anodo è stata rilevata nella bentonite rispetto al coke, ferma restando la buona prestazione dell’anodo in termini di velocità di corrosione.

I dati sul rilascio di Cromo e sulla sua distribuzione all’interno della bentonite hanno fornito indicazioni sulla capacità tamponante della bentonite, ma anche sulla quantità di Cromo, in particolare sotto forma di Cr6+, in grado di inquinare falde attraversate dal dispersore con velocità di migrazione stimata in 0.025 m/d .

Nel caso dell’impianto con carbon coke, l’esigua massa di cromo rilasciata dall’anodo, ha indirizzato l’attenzione sul rilascio di sostanza organica da parte del coke, mentre la velocità di migrazione del COD è stata stimata in 0.023 m/d.

Ringraziamenti Gli autori desiderano ringraziare la direzione dell’APCE per il sostegno economico e la disponibilità allo scambio di informazioni ed alla fornitura dei materiali impiegati nella ricerca.

Tabella 6 - Confronto backfill in relazione agli inquinanti prodotti dall’anodo

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Tabella 7 - Confronto backfill in relazione al consumo anodico

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Riferimenti [1] L. Lazzari, P. Pedeferri, “Cathodic Protection”, Ed. Polipress – Politecnico di Milano, 2006.

[2] J.W.L.F. Brand, P. Lyndon, “Impressed-current anodes” in Corosion, Vol. 2, Ed . L.L. Shreir, 1976, 1963-94.

[3] W.T. Bryan, “Materials Protection and Performance”, n.2, 1970, 25-29.

[4] J.A. Jakobs, A. Wozniewski, “Evaluation of coke-breeze backfills for cathodic protection groundbeds” Materials Performance, July, 1989.

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­ Pronto per l’esame di certificazione?

Ecco le soluzioni delle cinque domande di base presentate nel numero 42 di APCE Notizie.

D1. Il sistema di protezione che assicura nel tempo un’affidabile durata delle strutture metalliche interrate è l’applicazione di un rivestimento organico combinato alla protezione catodica (risp. B). Impiegare solo la protezione catodica no è economicamente vantaggioso, dovendo erogare corrente per proteggere l’intera superficie esposta al terreno. Non è invece pensabile utilizzare solo un rivestimento in quanto la corrosione si manifesterebbe in presenza dei difetti.

D2. Il minimo valore della tensione di prova per la verifica della continuità del rivestimento in polietilene di una struttura metallica è pari a 25kV (risp. B), come riportato nella normativa UNI 10611.

D3. Ponendo l’elettrodo di riferimento al Cu-CuSO4 saturo sulla superficie del terreno e sulla verticale di una rete di distribuzione protetta catodicamente e interferita da corrente dispersa variabile, il valore della misura di potenziale ON è comprensivo della caduta di tensione causata sia dalla corrente di protezione catodica, sia dalle correnti disperse (risp. A).

D4. La protezione catodica di strutture interrate estese in lunghezza o di reti di distribuzione interferite da campi elettrici variabili nel tempo in intensità e senso si attua impiegando alimentatori automatici a potenziale costante con corrente di base (risp. C).

D5. Per eseguire le misure di potenziale su una struttura interrata in PC, l’elettrodo di riferimento al Cu-CuSO4 saturo portatile deve essere collocato sulla verticale rispetto alla struttura (risp. C) al fine di minimizzare le cadute ohmiche.

n. 40 - giugno 2010

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La programmazione dei prossimi numeri di APCE notizie fino a dicembre 2011 è già stata pianificata per stimolare i lettori a intervenire con loro proposte, testimonianze ed esperienze.

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N.44 – Giugno 2011, sarà dedicato al telecontrollo della PC con l’intento di fare il punto delle applicazioni a oggi sperimentate e realizzate. Scadenza per l’invio dei contributi il 15 maggio 2011.

N.45 – Settembre 2011, sarà dedicato alle interferenze con specifico riferimento alle esperienze pratiche sia di controllo sia di monitoraggio.

N.46 – Dicembre 2011, sarà dedicato ai modelli matematici usati in PC sia per l’ingegneria sia per il monitoraggio. Questo tema potrà essere esteso anche alle applicazioni diverse dai terreni, come quelle marine e per l’interno delle apparecchiature.

ASSOCIAZIONE PER LA PROTEZIONE DALLE CORROSIONI ELETTROLITICHE

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Corsi di

Protezione Strutture Catodica diMetalliche

CORSI DI ADDESTRAMENTO PER LA CERTIFICAZIONE La certificazione delle figure professionali è uno strumento importante alla base dei processi di costruzione e assicurazione della qualità, in genere complementare alla certificazione dei sistemi e dei prodotti, ed è essenziale per i processi in cui la componente umana svolge un ruolo delicato ai fini della qualità dei risultati dei processi medesimi.

L'APCE, per assicurare la certificazione delle persone che intendono operare con competenza riconosciuta e attestata nel campo della protezione catodica di strutture metalliche, ha costituito il Centro Formazione APCE (CFA) diretto dal prof.

Luciano Lazzari del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano ed ha reso operante la collaborazione con il CICPND (Centro Italiano di certificazione per le prove non distruttive e per i processi industriali), organismo di certificazione del personale accreditato ACCREDIA anche nel campo della protezione catodica di strutture metalliche (Certificato di Accreditamento SINCERT n. 012C, rev. 1 del 23.03.2001).

DESTINATARI DEI CORSI I corsi di addestramento sono rivolti alle persone che intendono conseguire la certificazione e possono dimostrare di essere in possesso di un’esperienza lavorativa nel settore per il quale si candidano di almeno un anno per il livello 1 e di due, tre e quattro anni (in base al tipo di istruzione) per il livello 2.

CORSI DI ADDESTRAMENTO ED AGGIORNAMENTO NEL SETTORE DELLE STRUTTURE METALLICHE INTERRATE Livello 1 Corso di addestramento

Marzo

Giugno

21-25 Italgas Mestre (VE)

06-10 Enel Rete Gas Perugia

Livello Livello 2 Corso di addestramento

Livello 1 e Livello 2 (*) Corso di aggiornamento

Aprile

Settembre

Maggio

Ottobre

18-22 Italgas Mestre (VE)

19-23 Enel Rete Gas Perugia

18-19 Politecnico di Milano

04-05 Italgas Mestre (VE)

CALENDARIO CORSO BASE PROTEZIONE CATODICA Destinatari

Marzo

Ottobre

Tecnici ed operatori interessati ad apprendere o incrementare le nozioni di protezione catodica

08-09 Politecnico Milano

25-26 Politecnico Milano

CORSO TECNICHE DI MISURAZIONI Il corso delle tecniche di misurazioni è rivolto agli operatori, tecnici e quadri che operano nell’ambito della protezione catodica e interessati a richiamare o approfondire la norma UNI EN 13509 “Tecniche di misurazioni per la protezione catodica”.

Il corso base è da considerarsi propedeutico o integrativo ai corsi di addestramento e/o d’aggiornamento inerente la certificazione del personale.

CALENDARIO CORSO TECNICHE DI MISURAZIONI

Destinatari

Maggio

Ottobre

Tecnici ed operatori interessati ad apprendere o incrementare le tecniche di misurazioni

10-11 Politecnico Milano

27-28 Politecnico Milano

INFORMAZIONI A.P.C.E. - Ufficio Corrosioni Elettrolitiche di Milano c/o A2A Reti Gas SpA Via Balduccio da Pisa, 15 - 20139 Milano tel. 02 77206644 - fax 02 77206645 e-mail: davide.gentile@apce.it

A.P.C.E. – Segreteria c/o Snam Rete Gas Via M.E. Lepido, 203/15 - 40135 Bologna tel. 051 4140816 - fax 051 4140838 e-mail: vincenzo.fiore@apce.it

(*)Corso d’aggiornamento per le persone in possesso della certificazione di livello 1 e 2

Associazione per la protezione dalle corrosioni elettrolitiche