Nace corrosion 2010 vandalism oct02 2009

DEVELOPMENT OF DEVICES TO PREVENT VANDALISM OVER CATHODIC PROTECTION COMPONENTS IN SOCIAL CONFLICTED REGIONS Jorge Cantó, Lorenzo M. M. de la Escalera, Arturo Godoy, Fernando Rubí, Hernán Rivera, Jorge Ascencio and Lorenzo Martinez Gomez ABSTRACT Vandalized rectifiers, anode beds, wirings, and power transformers are significant causes of CP failure and corrosion problems for Mexican pipelines.

The cost of replacing vandalized rectifiers, ground beds, cables and transformers, and the corrosion damage to pipelines has a serious economic impact. Vandalism has recently risen. Hammer and chisel are the main tools employed by vandals. We present a novel approach for the protection against vandalism for CP systems. Concealing, dissuading, alerting, and strength resisting are the key conceptual basis of a set of devices we developed to protect the CP components in socially hostile environments. We present a design to protect the top of a deep anode, consisting of a double reinforced concrete bunker, provided by multiple vents for anodic reaction products, alarm wiring, and a protected anode current metering cavity. A device was developed to conceal and protect a rectifier under the floor level, where it can only be drawn employing a magnetic handle, not readily available to vandals, and a pneumatic lock. We also developed a hydrodynamic stable concrete cover to protect a set of marine anodes from divers and other parties.

Figure 1 from a universe of 483 rectifiers inspected, over 15% of all rectifiers were found not working (red dots). One of the main reasons being vandalism.

A

B

C

D

Figure 2 Vandals will impact all components of a CP system, from rectifiers (A, D), to ground beds (B) including test stations (C) and grounding copper roads.

A

B

C

D

Figure 3 Several approaches have been unsuccessfully attempted, including elevated rectifiers (A), triple housings (B), relocating rectifiers in houses allowing owners to use electricity (C), and oil submerged rectifiers (D) among others.

A

B

Figure 4 From a sample of over 483 rectifiers, over 80% are 100Volts / 100Amps, however less than 75% are used with outputs over 50 amps. These big expensive underused rectifiers are more attractive to vandals because of the huge amount of copper used in their transformer.

Solution approach • • • • •

Smaller rectifiers up to 50Volts / 50 amps.

Invisible, underground rectifier and transformer.

Deep anode systems using Bunker type housing.

Submerge all cables in concrete.

Polymer test stations

COMPONENT TABLE A B C D E F G H I J K

CONCRETE HOUSING PNEUMATIC DOOR CONCRETE BASE POWER INPUT PNEUMATIC HACH DOOR TRANSFORMER CAVITY RECTIFIER CAVITY ANTIVANDALISM RECTIFIER LAYER 1 OF STEEL REINFORCED CONCRETE LAYER 2 OF STEEL REINFORCED CONCRETE REINFORCED STEEL BASE

Figure 5 Invisible underground rectifier inside a steel reinforced concrete double layer bunker

A

B

Figure 6 3D model (A), and actual working prototype of an invisible rectifier (B).

Figure 7Construction of a deep anode bunker in a high social conflicted region at Rosarito Baja California Mexico.

Figure 8 Polymer test station, using high impact communication signs, including prehispanic languages still widely used among some regions of Mexico.

INTRODUCCIÓN Se reporta el invento de una cubierta reforzada con estructura resistente a la destrucción en el campo por acción vandálica y de terceros para camas anódicas profundas. La cubierta consiste de una estructura de concreto reforzada con jaulas de acero de refuerzo soldado con separadores radiales también soldados. El diseño estructural tiene la función de disuadir, mitigar o retrasar la acción vandálica y los daños debido a que la estructura maximiza la energía necesaria para su destrucción mediante el impacto de mazas u otras herramientas de campo. En el interior de la cubierta se encuentra instrumentado con una red de metal conductor y un par bi - metálico habilitada para disparar una alerta vía electrónica al propietario cuando la acción vandálica alcance un nivel de seriedad relevante. La cubierta incluye conductos para la salida de los gases de reacción anódica de interior del pozo colocados de manera redundante para dar varias alternativas de salida de gases en caso

de obstrucciones accidentales o de origen vandálico. Asimismo la cubierta cuenta con una cavidad oculta a los accesos para la medición y diagnóstico de los ánodos componentes de la cama. Asimismo los accesos para la medición y diagnóstico de los ánodos están debidamente protegidos y ocultos de la acción vandálica.

Campo técnico al que se refiere la invención.

Sistemas de protección catódica en medios de alto riesgo de vandalismo y/o afectaciones de terceros. Camas anódicas profundas y semiprofundas para sistemas de protección catódica. Construcción y mantenimiento de ductos.

Ingeniería de transporte de hidrocarburos por ducto. Operación y seguridad de los ductos. Prevención de estructuras de protección catódica contra el vandalismo.

Aspectos ventajosos de la invención, con respecto al estado del arte.

Atención al problema del vandalismo de las camas anódicas en áreas vulnerables. La estructura esta destinada especialmente para proteger, operar, monitorear y alertar contra el vandalismo o acciones de terceros, a una cama anódica colocada en dirección vertical dentro de un pozo profundo dedicado para este propósito. Son cuatro los elementos de propiedad intelectual de relevancia: Estructura de alta tenacidad. El invento consiste en una estructura de máxima resistencia y tenacidad a la destrucción mediante impactos con herramientas rudimentarias en el campo para la cubierta de camas anódicas profundas. La cubierta tiene una estructura de concreto reforzada con dos jaulas concéntricas de acero de refuerzo soldado con separadores radiales también soldados. El tubo de salida del pozo lleva una coraza de acero soldada y con barras de amarre al concreto para impedir el acceso a los ánodos de la acción vandálica o destructiva de terceros, y para obstruir la salida del cableado. La capacidad de absorción de la energía de impactos se basa en la transmisión de deformaciones plásticas en la jaula de acero. El diseño

estructural está orientado a disuadir la acción vandálica debido a que la estructura maximiza la energía necesaria para su destrucción mediante el impacto de mazas u otras herramientas de campo.

Sistema de alarma. El invento contiene un mecanismo de alarma constituido en el interior de la cubierta e instrumentado por una red de metal conductor y un par bimetálico. La ruptura de la red de metal conductor por acción vandálica o de terceros está habilitada para disparar una señal de cambio de potencial eléctrico suficiente para activar un dispositivo electrónico de alerta al propietario en la cabina del rectificador de la protección catódica cuando la acción vandálica alcance un nivel de seriedad relevante.

Salidas redundantes de gases de reacción anódica. La cubierta incluye conductos para la salida de los gases de reacción anódica de interior del pozo con conductos múltiples como elementos redundantes en el caso de obstrucción parcial o total de alguna de las salidas por acción involuntaria o vandálica de terceros, con un diseño que permite la rehabilitación de los conductos de salida.

Acceso para medición y diagnóstico. La estructura incluye una cavidad oculta a la vista de vándalos o terceros que incluye con un número de cilindros metálicos soldados a placas de acero habilitados para hacer pasar por su interior el cable de cada uno de los ánodos que componen la cama anódica profunda, con unidades fusibles para el control de la corriente. La cavidad puede tener varias formas con el propósito arriba mencionado. La función de los cilindros es proteger a los cables de la acción vandálica, y a la vez permitir la medida de la corriente eléctrica de la protección catódica aportada por cada uno de los ánodos. La cavidad tiene las dimensiones para hacer posible la medición y diagnóstico del desempeño de los ánodos componentes de la cama, debidamente protegidos y ocultos de la acción vandálica.

Reivindicaciones.

Habiendo descrito suficientemente nuestra invención, consideramos como una novedad y por lo tanto reclamamos como de nuestra exclusiva propiedad, el conjunto de los elementos contenidos en la siguiente cláusula: 1. Una estructura de características originales destinada especialmente para proteger, operar, monitorear y alertar contra el vandalismo o acciones de terceros, a una cama anódica colocada en dirección vertical dentro de un pozo profundo dedicado para este propósito.

2. Un elemento estructural de alta tenacidad de alta resistencia y tenacidad a la destrucción mediante impactos con herramientas en el campo que consiste de concreto reforzado por dos jaulas concéntricas de acero de refuerzo soldado con separadores radiales también soldados. La estructura incluye una coraza de acero para la salida del pozo soldada y con barras de amarre al concreto para impedir el acceso a los ánodos de la acción vandálica o destructiva de terceros, y para obstruir la extracción vandálica del cableado.

3. Un arnés de material conductor con recubrimiento dieléctrico embebido en el concreto y adherido sobre la jaula exterior de acero reforzada. El arnés contiene elementos terminales para la formación de un par bimetálico. Un aspecto original del arnés es la sensibilidad a la acción vandálica o de terceros cuando ésta alcanza un nivel de seriedad relevante porque ocurre la ruptura de la red de metal conductor/par bimetálico del arnés. La ruptura produce un cambio de potencial de amplitud de voltaje suficiente para disparar una señal significativa e inconfundible que activa un dispositivo electrónico de alerta al propietario que puede enviarse por vía Internet, satelital o cualquier otro sistema establecido desde la caseta del rectificador de la protección catódica.

4. Un sistema de respiración múltiple de tubos de salidas redundantes para los gases de reacción anódica alternativos en el caso de obstrucción parcial o total de alguna de las salidas por acción involuntaria o

vandálica de terceros, habilitados para hacer posible la rehabilitación de los conductos de salida.

5. Una cavidad oculta a la vista de vándalos o terceros que incluye un número de cilindros metálicos soldados entre placas de acero habilitados para hacer pasar por su interior el cable de cada uno de los ánodos que componen la cama anódica profunda, con unidades fusibles para el control de la corriente. La función de la cavidad y los cilindros es proteger físicamente a los cables de la acción vandálica, y a la vez permitir la operación y el monitoreo de los ánodos permitiendo la medida de la corriente eléctrica de la protección catódica.