Corrosion externe : Modélisation de la corrosion pour l'intégrité des pipelines 

La corrosion externe représente un risque important pour les infrastructures. Les pipelines, en particulier, sont vulnérables à la corrosion externe, qui peut entraîner des fuites, des ruptures et des dommages environnementaux si elle n'est pas contrôlée. Il est essentiel de comprendre les taux de corrosion pour évaluer la santé des structures et prévoir leur durée de vie. En calculant la durée de vie résiduelle des pipelines, les ingénieurs peuvent prendre des décisions éclairées sur les stratégies d'entretien et de remplacement des pipelines. Cet article se penche sur les facteurs clés qui influencent les taux de corrosion des pipelines enterrés et approfondit un modèle de corrosion utilisé par les ingénieurs en corrosion pour prédire les taux de corrosion futurs des pipelines enterrés. 

La corrosion externe est un processus graduel qui conduit à la détérioration des surfaces métalliques des pipelines. Ce phénomène résulte de réactions électrochimiques influencées par des facteurs environnementaux tels que la composition du sol, les niveaux d'humidité et les conditions atmosphériques. Ces éléments interagissent en permanence, ce qui entraîne une oxydation, communément appelée rouille. Au fil du temps, cette dégradation persistante compromet l'intégrité structurelle des pipelines, ce qui présente des risques importants pour leur solidité et leur durée de vie.

Le processus de corrosion commence lorsque des zones anodiques et cathodiques se forment à la surface du métal. À l'anode, l'oxydation se produit, entraînant la perte d'électrons par le métal. Ces électrons se déplacent dans la canalisation et participent à des réactions cathodiques qui produisent des ions. En fin de compte, ces ions réagissent avec l'eau et l'oxygène, formant de la rouille et d'autres composés d'oxyde de fer. Cela crée un cercle vicieux de détérioration, qui accélère encore le processus de corrosion. 

La corrosion est un phénomène complexe influencé par de multiples facteurs qui déterminent sa vitesse d'apparition. La vitesse de la corrosion varie considérablement en fonction des conditions environnementales, des propriétés du revêtement et des mesures de protection mises en place.

- Corrosivité de l'environnement externe (sol/eau): Les paramètres clés comprennent la teneur en humidité, la taille des particules, la concentration en sels solubles, la teneur en oxygène et les populations microbiennes. Ces facteurs influencent considérablement la corrosivité de l'environnement. Les méthodes typiques d'évaluation de la corrosivité du sol (taux de corrosion de base) comprennent la mesure de la résistivité du sol, du pH et du potentiel d'oxydoréduction du sol (Eh). Par exemple, les valeurs de résistivité les plus faibles sont associées à des taux de corrosion plus élevés. Les sols dont la résistivité est inférieure à 500 Ω-cm peuvent présenter des taux de corrosion allant de 0,1 à 0,5 mm par an, tandis que les sols dont la résistivité est supérieure à 2000 Ω-cm présentent généralement des taux de corrosion beaucoup plus faibles, souvent inférieurs à 0,05 mm par an.  

Tableau des taux de corrosion en fonction du type de sol - valable pour les pipelines off-shore 

Exemple : 
Si notre tuyau est enterré dans une terre compacte dont la résistivité est comprise entre 5000 et 20000 Ω-cm, son taux de corrosion de base sera de 0,01 mm/an. 

- Efficacité de la protection des revêtements : L'efficacité des revêtements protecteurs, tels que les peintures ou les couches spéciales, est essentielle pour protéger le métal de la corrosion. Cette efficacité est influencée par le type de revêtement, son âge et sa dégradation dans le temps. Il est essentiel d'évaluer l'efficacité du revêtement à la fois pour la conduite principale et pour les joints de chantier, en prenant la valeur la plus faible pour identifier le maillon le plus faible du système de protection. Des inspections et des études régulières permettent de s'assurer que ces revêtements offrent une protection adéquate. 

L'âge du revêtement est calculée en soustrayant la date d'installation de la date actuelle.  
Âge du revêtement = Date actuelle - Date d'installation 
Exemple : 
Si l'évaluation a été réalisée en janvier 2016 et que le revêtement a été installé en janvier 1999, la L'âge du revêtement serait de 17 ans. 

Pour calculer la efficacité de la protection de la conduite principale et du joint de champEn ce qui concerne les revêtements, vous pouvez vous référer à des tableaux spécifiques qui classent les revêtements dans des catégories en fonction de leur type. Chaque classe est associée à des variables qui influencent l'efficacité. 
Exemple :  
Supposons que le revêtement extérieur de notre tuyau soit du "Tape Double Wrap" et que le revêtement du joint soit du "Tape" et que le revêtement du joint soit du "Tape". L'efficacité du revêtement a été calculée à 38%. 

- Efficacité de la protection cathodique (CP) : Systèmes CP atténuent la corrosion en appliquant une charge électrique négative à la surface du métal. Leur efficacité dépend de facteurs tels que le potentiel électrique et la couverture, évalués par des techniques d'enquête telles que les enquêtes de potentiel après essai et les enquêtes de potentiel à intervalles rapprochés. Le tableau ci-dessous montre comment l'efficacité de la disponibilité est déterminée : 

 
Tableau d'efficacité de la disponibilité montrant la corrélation avec la disponibilité du système CP  

Un objectif courant pour les pipelines en acier est d'obtenir un potentiel de -850 mV ou plus par rapport à une électrode de référence en cuivre/sulfate de cuivre.  

Comme le montre le tableau ci-dessous, il existe une corrélation directe entre le potentiel du système de protection cathodique et l'efficacité du niveau de protection de la PC. 

 
Le tableau de l'efficacité du niveau de protection CP montre la corrélation entre le potentiel CP en conditions aérobies et anaérobies et l'efficacité du niveau de protection CP. 

Pour calculer l'efficacité de la protection cathodique, il faut multiplier l'efficacité du niveau de protection de la PC et l'efficacité de la disponibilité de la PC et les diviser par 100. 

Efficacité de la PC = Efficacité du niveau de protection de la PC / 100 x Efficacité de la disponibilité de la PC / 100 
Exemple : 
Si le potentiel du système de protection cathodique est de -850 mV, l'efficacité du niveau de protection cathodique est de 100 %. Si la disponibilité de notre système de protection cathodique est de 90 %, l'efficacité de la protection cathodique est de 50 %. Le calcul serait donc le suivant :  
Eff CP = (100 / 100) x (50 / 100) = 0,5  
L'efficacité de la protection cathodique est donc de 50 %. 

La corrosion externe est un prédateur furtif qui dévore lentement les parois des pipelines de l'extérieur vers l'intérieur, en enlevant des matériaux et en réduisant l'épaisseur des parois. S'il n'est pas contrôlé, ce processus insidieux peut conduire à des défaillances structurelles catastrophiques, entraînant des fuites, des explosions et des catastrophes environnementales.

Pour relever de manière proactive les défis liés à la corrosion, les exploitants adoptent de plus en plus une approche fondée sur les données qui s'appuie sur diverses sources d'information. Les taux de corrosion historiques permettent de comprendre la progression de la corrosion dans le temps, tandis que les inspections en ligne (ILI) permettent de diagnostiquer en temps réel l'état des pipelines et d'obtenir des informations immédiates sur les conditions actuelles. Au cœur de cette stratégie se trouve la modélisation prédictive, qui utilise des algorithmes avancés pour évaluer des facteurs tels que la corrosivité de l'environnement, la performance du revêtement et l'efficacité de la protection cathodique, ce qui permet aux exploitants de prévoir les défis à venir et de mettre en œuvre des stratégies d'atténuation efficaces.

Bien qu'il existe différents modèles de corrosion, nous nous concentrerons sur un modèle spécifique pour calculer le taux de corrosion externe. L'équation que vous pouvez utiliser à cette fin est la suivante :

Modèle Taux de corrosion externe = (1 - Eff) × CR Base

Ici,CR Baseest le taux de corrosion du sol, influencé par des facteurs environnementaux tels que la teneur en eau et la résistivité du sol. L'efficacité des mesures de protection contre la corrosion, désignée parEff, est calculée comme suit :

Eff = (1 - Efficacité de la protection cathodique) × (1 - Efficacité de la protection du revêtement)

Cette formule calcule un pourcentage qui révèle la force combinée de notre système de protection cathodique et de nos revêtements de protection.Ce pourcentage est ensuite multiplié par la vitesse de corrosion du sol pour calculer la vitesse de corrosion externe du modèle.

Exemple :
Imaginons que l'efficacité de la protection cathodique soit de 50 % et celle du revêtement de 35 %. Maintenant, pour trouver l'efficacité globale, vous pouvez introduire ces chiffres dans notre formule :
Efficacité = (1 - 0,5) x (1 - 0,38)
En faisant le calcul, vous obtenez une efficacité de 0,31, soit 31 %.
Allons plus loin et calculons le taux de corrosion externe du modèle. En utilisant nos résultats précédents, vous appliquerez la formule suivante :

Taux de corrosion externe modèle = (1 - 0,31) x 0,01

Ce calcul nous donne un taux de corrosion modèle de 0,069 mm/an.
En comparant le taux de corrosion du modèle avec des données provenant d'autres sources, vous pouvez prévoir les taux de corrosion futurs et les utiliser pour calculer la durée de vie restante des segments de pipelines et créer des plans d'inspection efficaces.

Exemple :
Si les taux de corrosion passés étaient en moyenne de 0,07 mm/an et que le modèle prévoit une augmentation due à des changements dans les conditions environnementales, le taux de corrosion futur pourrait être ajusté à 0,1 mm/an. 

Si vous êtes à la recherche de l'outil ultime pour gérer la corrosion externe, ne cherchez pas plus loin que le logiciel IMS PLSS (Integrity Management System Pipeline and Subsea Systems). Cette solution de pointe sert de plaque tournante centralisée, intégrant de manière transparente les données provenant de diverses sources, notamment les inspections, les évaluations et les études de protection cathodique. Le module de corrosion externe va encore plus loin en intégrant le modèle de prévision de la corrosion EXCOR, qui calcule des taux de corrosion modèles basés sur des facteurs de contrôle critiques. Cette puissante combinaison permet aux opérateurs de prévoir les futurs scénarios de corrosion en associant les données historiques à l'analyse prédictive. Avec IMS PLSS, vous pouvez gérer de manière proactive l'intégrité des pipelines, relever les défis de la corrosion externe et faire des prévisions fondées sur des données concernant les taux de corrosion afin d'assurer la longévité et la fiabilité de vos systèmes de pipelines.