Influence of the coupon surface and geometry on the cathodic protection current density demand in soils

 

E. Diler ⁽¹⁾, N. Larché ⁽¹⁾_, C Leballeur ⁽¹⁾, D. Thierry ⁽¹⁾, J. Vittonato ⁽²⁾, E. Agel ⁽²⁾, F. Castillon ⁽³⁾, S. Fontaine ⁽⁴⁾ and X. Campaignolle ⁽⁵⁾

 

(1) French Corrosion Institute, Brest, France

(2) Total, Pau, France

(3) Térega, Pau, France

(4) GRTgaz, Compiegne, France

(5) Storengy, Bois Colombes, France

 

Cathodic protection (CP) metallic coupons are used under field conditions to control the CP efficiency of large structure such as buried pipelines and embedded tanks. These coupons aim at reproducing coating defects with a known geometry and surface. They are usually installed at several locations to assess the CP efficiency. Their potential can be measured after a short disconnection from the large structure allowing an IR-Free potential measurement. The CP is adjusted to maintain their potential between a protection potential, corresponding to a kinetic of corrosion lower than 10 µm/y, and a limit potential (over protection). Even if this method has been used since decades, the representativity of the CP coupons compared to the structure to be protected depends on many parameters to be interpreted. Indeed, the CP current demand at the coupon surface can change drastically as a function of the nature of the soil, the water content, and the oxygen diffusion.

 

In this study, the influence of the CP coupons geometry and surface has been investigated in aqueous and soil media. For this purpose, annular and circular coupons with various geometries and surfaces were used. The influence of the geometry was firstly assessed in resistive and conductive aqueous media. The results obtained show, for a given resistivity, an influence of the geometry on the current densities. Indeed, for a given potential in a given media different current densities can be reached. This result highlights the importance of the diffusion of species such as oxygen to the coupon surface. In resistive media, the effect of the electrical edges also appears and leads to a heterogeneous distribution of the potential on the surface of the coupons. This behavior was confirmed by finite element modelling. In a sandy-loam soil under water saturation similar polarization curves were obtained independently on the coupon geometry. This result can be explained by a relatively low soil resistivity (i.e. negligible electrical effects) and a low oxygen content (low oxygen diffusion rate). However, in a sandy soil, the influence of the coupon geometry on the polarization curves is clearly visible.

 

 

 

Influence de la surface et de la géométrie des témoins sur la demande de densité de courant de protection cathodique dans les sols

 

E. Diler ⁽¹⁾, N. Larché ⁽¹⁾_, C Leballeur ⁽¹⁾_, D. Thierry ⁽¹⁾, J. Vittonato ⁽²⁾, E. Agel ⁽²⁾, F. Castillon ⁽³⁾, S. Fontaine ⁽⁴⁾ and X. Campaignolle ⁽⁵⁾

 

(1) Institut de la Corrosion, Brest, France

(2) Total, Pau, France

(3) Térega, Pau, France

(4) GRTgaz, Compiegne, France

(5) Storengy, Bois Colombes, France

 

 

Les témoins métalliques de protection cathodique (PC) sont utilisés sur le terrain pour contrôler l'efficacité de la PC de grandes structures telles que les conduites et les réservoirs enterrés. Ces témoins visent à reproduire des défauts de revêtement avec une géométrie et une aire de surface connue. Ils sont généralement installés à plusieurs endroits pour évaluer l’efficacité de la PC. Leur potentiel peut être mesuré après une courte déconnexion de la grande structure, évitant ainsi la présence de courants de relaxation et permettant ainsi une mesure sans chute ohmique. La consigne de la PC est ajustée pour maintenir le potentiel des témoins entre un potentiel de protection, correspondant à une cinétique de corrosion inférieure à 10 µm/an et un potentiel limite (surpolarisation). Même si cette méthode est utilisée depuis des décennies, la représentativité des coupons PC par rapport à la structure à protéger dépend de multiples paramètres sujets à interprétation. En effet, la demande en courant de PC à la surface du coupon peut changer radicalement en fonction de la nature du sol, de la teneur en eau et de la diffusion d'oxygène.

 

Dans cette étude, l'influence de la géométrie et de l’aire de la surface des témoins de PC a été étudiée dans des milieux aqueux et sols. Pour cela, des témoins annulaires et circulaires de différentes aires de surfaces ont été utilisés. L'influence de la géométrie a d'abord été évaluée dans des milieux aqueux résistifs et conducteurs. Les résultats obtenus montrent, pour une résistivité donnée, une influence de la géométrie sur les densités de courant. En effet, dans un même milieu et pour un potentiel similaire, différentes densités de courant peuvent être atteintes. Ce résultat met en évidence l'existence de diffusions d'espèces hétérogènes telles que l'oxygène à la surface des témoins. Dans un milieu résistif, des effets des bords électriques apparaissent également et conduisent à une distribution hétérogène du potentiel sur la surface du témoin. Ce comportement est confirmé par modélisation par éléments finis. Dans le sol sablo-limoneux saturé en eau, des courbes de polarisation similaires ont été obtenues indépendamment de la géométrie des témoins. Ce résultat peut s'expliquer par une résistivité relativement faible du sol (i.e. des effets électriques négligeables) et une faible teneur en oxygène (i.e. une faible diffusion de l’oxygène). Néanmoins, dans un sol sablonneux, l'influence de la géométrie du coupon sur les courbes de polarisation est clairement visible.

Cathodic Protection, Coupons, Geometry, Soils7e journées Protection Cathodique et Revêtements Associés (dîner officiel inclus)