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FR2678957A1 - Process for monitoring the cathodic protection of a metal structure and device allowing this process to be used - Google Patents

Process for monitoring the cathodic protection of a metal structure and device allowing this process to be used Download PDF

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FR2678957A1
FR2678957A1 FR9108663A FR9108663A FR2678957A1 FR 2678957 A1 FR2678957 A1 FR 2678957A1 FR 9108663 A FR9108663 A FR 9108663A FR 9108663 A FR9108663 A FR 9108663A FR 2678957 A1 FR2678957 A1 FR 2678957A1
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plate
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Brezy Jean-Louis
Maisonneuve Guy
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Societe National Elf Aquitaine
Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
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Abstract

Process for monitoring the cathodic protection of a metal structure, for example an oil platform at sea, the process comprising the following stages: - installation of at least three metal plates on the metal structure, each plate being electrically insulated in relation to the other plates; - providing each of the metal plates respectively with a predetermined fraction of the cathodic protection applied to the metal structure; and - monitoring the degree of corrosion of each metal plate. A device for monitoring the cathodic protection of such a metal structure is also described.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique et à un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé, la structure métallique étant, par exemple, une plate-forme pétrolière en mer. The present invention relates to a method for monitoring the cathodic protection of a metallic structure and to a device allowing the implementation of this method, the metallic structure being, for example, an oil platform at sea.

Le milieu marin dans lequel sont installées les plate-formes pétrolières est corrosif et une protection cathodique est toujours nécessaire. De manière connue des anodes sacrificielles sont installées sur la structure métallique d'une plate-forme. Afin d'assurer une protection complète de la structure métallique, pour une durée de vie classique d'environ vingt ans, chaque plate-forme est munie d'une quantité importante d'anodes formant entre 5 et 10 % du poids de la structure. The marine environment in which oil rigs are installed is corrosive and cathodic protection is always necessary. In known manner, sacrificial anodes are installed on the metal structure of a platform. In order to ensure complete protection of the metal structure, for a conventional lifespan of approximately twenty years, each platform is provided with a large quantity of anodes forming between 5 and 10% of the weight of the structure.

Toutefois, avec un tel système de protection on ne peut pas juger si la protection cathodique est surdimensionnée. Ceci présente des inconvénients lors du dimensionnement d'une nouvelle plate-forme, car chaque installation de protection cathodique est dimensionné en fonction des cas précédents connus où le même type de plateforme a été installé dans les mêmes conditions maritimes. However, with such a protection system, it cannot be judged whether the cathodic protection is oversized. This has drawbacks when sizing a new platform, because each cathodic protection installation is dimensioned according to the previous known cases where the same type of platform was installed under the same maritime conditions.

Afin de pouvoir détecter un surdimensionnement et de pouvoir le réduire à un minimum, et ainsi de pouvoir réduire le poids des anodes et par conséquent le coût associé, la présente invention a pour objet un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique. In order to be able to detect an oversizing and to be able to reduce it to a minimum, and thus to be able to reduce the weight of the anodes and consequently the associated cost, the present invention relates to a method for monitoring the cathodic protection of a metallic structure. .

Pour ce faire, l'invention propose un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique comportant les étapes suivantes - installation d'au moins trois plaques métalliques sur la
structure métallique, chaque plaque étant électriquement
isolée par rapport aux autres plaques - fourniture d'une protection cathodique à la structure métallique - fourniture respectivement à chacune des plaques métalliques
d'une fraction prédéterminée de la protection cathodique
fournie à la structure métallique ; et - contrôle du degré de corrosion de chaque plaque métallique.
To do this, the invention proposes a method for monitoring the cathodic protection of a metal structure comprising the following steps - installation of at least three metal plates on the
metallic structure, each plate being electrically
isolated from the other plates - provision of cathodic protection to the metal structure - provision respectively to each of the metal plates
of a predetermined fraction of cathodic protection
supplied to the metal structure; and - checking the degree of corrosion of each metal plate.

Les données fournies par le procédé selon l'invention permettent de savoir si l'installation de protection cathodique a été surdimensionnée, ceci en vue d'optimiser l'installation conçue pour une plate-forme construite par la suite. The data provided by the method according to the invention make it possible to know whether the cathodic protection installation has been oversized, this in order to optimize the installation designed for a platform constructed subsequently.

La présente invention a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. The present invention also relates to a device allowing the implementation of the method.

Pour ce faire, l'invention propose un dispositif de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique comprenant un ensemble de protection cathodique relié à la structure métallique, aux moins trois plaques métalliques montées sur la structure métallique, chaque plaque étant électriquement isolée par rapport aux autres plaques, au moins deux plaques étant reliées électriquement à la structure métallique par l'intermédiaire d'un shunt associé afin que chaque plaque reçoive une fraction prédéterminée de la protection cathodique fournie à la structure métallique. To do this, the invention provides a device for monitoring the cathodic protection of a metal structure comprising a cathodic protection assembly connected to the metal structure, at least three metal plates mounted on the metal structure, each plate being electrically insulated by compared to the other plates, at least two plates being electrically connected to the metal structure by means of an associated shunt so that each plate receives a predetermined fraction of the cathodic protection provided to the metal structure.

La présente invention présente, ainsi, l'avantage de détecter si un ensemble de protection cathodique est sousdimensionné ou surdimensionnée, et ceci dans quelle proportion. Dans le cas d'un sous-dimensionnement de l'ensemble, la présente invention permet, également, d'augmenter le degré de protection cathodique. The present invention thus has the advantage of detecting whether a cathodic protection assembly is undersized or oversized, and this in what proportion. In the case of undersizing of the assembly, the present invention also makes it possible to increase the degree of cathodic protection.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée, de manière illustrative mais nullement limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de
surveillance de protection cathodique selon l'invention - la figure 2 est une vue schématique d'un ensemble de
protection cathodique comprenant le dispositif selon
l'invention.
Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description, given, by way of illustration but in no way limiting, with reference to the appended drawings in which - FIG. 1 is a schematic view of a device for
cathodic protection monitoring according to the invention - Figure 2 is a schematic view of a set of
cathodic protection comprising the device according to
the invention.

- la figure 3 est une autre vue schématique du dispositif de
surveillance de protection cathodique selon la figure 1
Sur la figure 1 est représenté un élément tubulaire 10 en acier qui constitue une partie de la structure métallique d'une plate-forme pétrolière, par exemple du type fixe ou semi-submersible. L'élément tubulaire 10 est revêtu sur sa surface extérieure d'une couche protectrice 12, par exemple une couche de peinture.
- Figure 3 is another schematic view of the device
cathodic protection monitoring according to figure 1
In Figure 1 is shown a tubular member 10 of steel which constitutes a part of the metal structure of an oil platform, for example of the fixed or semi-submersible type. The tubular element 10 is coated on its outer surface with a protective layer 12, for example a layer of paint.

Le dispositif de surveillance de protection cathodique représenté généralement en 14 comprend quatre plaques 16 en acier non revêtues de forme sensiblement identique qui sont disposées autour de l'élément tubulaire 10. Chaque plaque 16 comporte une partie 18 ayant la forme d'un segment tubulaire muni à chacune de deux extrémités opposées d'une bride de montage 20. Les brides de montage 20 adjacentes sont séparées par une couche de matériau élastomère 22, par exemple du Néoprène, qui s'étend sur au moins la surface de la bride 20. The cathodic protection monitoring device generally represented at 14 comprises four uncoated steel plates 16 of substantially identical shape which are arranged around the tubular element 10. Each plate 16 comprises a part 18 having the shape of a tubular segment provided at each of two opposite ends of a mounting flange 20. The adjacent mounting flanges 20 are separated by a layer of elastomeric material 22, for example neoprene, which extends over at least the surface of the flange 20.

Les brides de montage 20 adjacentes sont reliées ensemble par des boulons isolants 24 (dont un seul est représenté), formés, par exemple, en matière plastique. Les quatre plaques 16 sont ainsi reliées mécaniquement ensemble mais sont isolées électriquement les unes par rapport aux autres. The adjacent mounting flanges 20 are connected together by insulating bolts 24 (only one of which is shown), formed, for example, of plastic. The four plates 16 are thus mechanically connected together but are electrically insulated from each other.

Le dispositif 14 formé des quatre plaques 16 est monté sur l'élément tubulaire 10. Trois des quatre plaques sont isolées électriquement de ce dernier par une couche annulaire en matériau élastomère 26. La quatrième plaque 16' est fixée sur l'élément tubulaire par une soudure 27 et sert à maintenir les trois autres plaques 16. Sur chaque plaque 16 est montée une électrode de référence en zinc 28 qui sert à mesurer son potentiel. L'électrode de référence 28 est reliée à un câble de commande 30. Les surfaces des brides 20 sont recouvertes d'une couche de peinture afin que seule la surface des plaques 16 soit exposée au milieu ambiant. The device 14 formed by the four plates 16 is mounted on the tubular element 10. Three of the four plates are electrically insulated from the latter by an annular layer of elastomeric material 26. The fourth plate 16 ′ is fixed to the tubular element by a solder 27 and is used to hold the other three plates 16. On each plate 16 is mounted a zinc reference electrode 28 which is used to measure its potential. The reference electrode 28 is connected to a control cable 30. The surfaces of the flanges 20 are covered with a layer of paint so that only the surface of the plates 16 is exposed to the ambient environment.

Comme représenté sur la figure 2, le dispositif 14 est monté sur l'élément tubulaire 10 en un point disposé de manière équidistante entre deux anodes sacrificielles 38, 40, isolées de l'élément tubulaire 10 et reliées à celui-ci par des shunts de résistances connues, et qui constituent une partie de l'ensemble de protection. Chaque anode sacrificielle 38, 40 est munie d'une anode à courant imposé 39 et 41 ainsi que d'une électrode de référence associée 43, 45. Deux électrodes de référence en zinc supplémentaires 42 et 44 sont également disposées sur la structure métallique.  As shown in FIG. 2, the device 14 is mounted on the tubular element 10 at a point equidistantly disposed between two sacrificial anodes 38, 40, isolated from the tubular element 10 and connected to the latter by shunts of known resistors, and which constitute a part of the protection assembly. Each sacrificial anode 38, 40 is provided with an impressed current anode 39 and 41 as well as an associated reference electrode 43, 45. Two additional zinc reference electrodes 42 and 44 are also placed on the metal structure.

Des trois plaques 16, une est complètement isolée de l'élément tubulaire 10. Une deuxième plaque 16'' (voir la figure 3) est reliée à l'élément tubulaire 10 par un shunt 32 dont la résistance électrique est égale par exemple à l/lOème de la résistance de la cathode, le courant cathodique reçu par cette plaque étant alors égal à environ 90 % de la densité de courant appliquée à l'élément tubulaire 10. La troisième plaque 16"' est reliée à l'élément tubulaire 10 par un shunt 34 dont la résistance électrique est par exemple égale à 3/7ème de la résistance de la cathode et reçoit alors un courant cathodique égal à environ 70 % de la densité de courant appliquée à l'élément tubulaire 10. Of the three plates 16, one is completely isolated from the tubular element 10. A second plate 16 '' (see Figure 3) is connected to the tubular element 10 by a shunt 32 whose electrical resistance is for example equal to 1 /10th of the resistance of the cathode, the cathode current received by this plate then being equal to approximately 90% of the current density applied to the tubular element 10. The third plate 16 "'is connected to the tubular element 10 by a shunt 34 whose electrical resistance is for example equal to 3 / 7th of the resistance of the cathode and then receives a cathodic current equal to approximately 70% of the current density applied to the tubular element 10.

Les shunts 32 et 34, disposés à l'intérieur d'un boîtier 47 qui est monté sur la quatrième plaque 16', sont reliés aux plaques associées par des câbles isolés 49 disposés entre les plaques 16 et l'élément tubulaire 10 (voir figure 1). Le dispositif 14 est également relié aux électrodes de référence 42 et 44 par des câbles isolés 50 et 52 respectivement et aux anodes sacrificielles 38 et 40 par des câbles isolés 54 et 56 respectivement. Les câbles 54 et 56 sont munis chacun de deux électrodes de référence zinc 58, dont une seule est représentée sur la figure 1. The shunts 32 and 34, arranged inside a housing 47 which is mounted on the fourth plate 16 ', are connected to the associated plates by insulated cables 49 arranged between the plates 16 and the tubular element 10 (see figure 1). The device 14 is also connected to the reference electrodes 42 and 44 by insulated cables 50 and 52 respectively and to the sacrificial anodes 38 and 40 by insulated cables 54 and 56 respectively. The cables 54 and 56 are each provided with two zinc reference electrodes 58, only one of which is shown in FIG. 1.

Un appareil de mesure 34 installé, par exemple, sur la plate-forme pétrolière est relié par un câble multiconducteurs 36 au dispositif 14. L'appareil 34 comporte une source de courant et plusieurs voltmètres numériques, à impédances élevées, et dont les sensibilités sont adaptées aux mesures. A measuring device 34 installed, for example, on the oil platform is connected by a multi-conductor cable 36 to the device 14. The device 34 comprises a current source and several digital voltmeters, with high impedances, and whose sensitivities are adapted to the measurements.

Dans le cas où le diamètre de l'élément tubulaire est de l'ordre de lm35, chaque plaque 16 a une longueur d'environ 1 m, ceci de façon à obtenir pour chaque plaque 16 une surface unitaire comprise entre 0,95 m2 et 1,05 m2. In the case where the diameter of the tubular element is of the order of lm35, each plate 16 has a length of approximately 1 m, this so as to obtain for each plate 16 a unit area of between 0.95 m2 and 1.05 m2.

Le dispositif ainsi décrit permet de contrôler le fonctionnement de la protection cathodique de l'élément tubulaire 10. Ce contrôle est réalisé en surface avec l'appareil de mesure 34 sans avoir recours à des interventions de plongeurs sous-marins. Des mesures de potentiel sont effectuées avec les électrodes de référence en zinc 28, 43, 45 et 58 et des mesures de courant débité par les anodes sont effectuées sur les shunts qui sont disposés, chacun, de manière à former une bi-passe pour l'un des deux joints isolants sur lesquels est montée chaque anode. Les mesures de courant sont réalisées en utilisant la méthode appelée "par opposition". L'intégration de toutes les mesures de courant en fonction du temps écoulé permet de connaître la consommation des anodes sacrificielles. The device thus described makes it possible to control the operation of the cathodic protection of the tubular element 10. This control is carried out on the surface with the measuring device 34 without having to resort to interventions by underwater divers. Potential measurements are carried out with the zinc reference electrodes 28, 43, 45 and 58 and measurements of current delivered by the anodes are carried out on the shunts which are each arranged so as to form a double pass for the '' one of the two insulating seals on which each anode is mounted. Current measurements are made using the method called "by opposition". The integration of all current measurements as a function of the elapsed time makes it possible to know the consumption of the sacrificial anodes.

Le dispositif 14 permet également de surveiller le niveau de corrosion de chacune des plaques 16. Comme chaque plaque 16 reçoit un degré de protection cathodique prédéterminé par rapport à la structure métallique avoisinante, le dispositif permet de déterminer, après un temps d'utilisation donné, si la protection cathodique fournie à la structure métallique a été surestimée et, dans ce cas, à quel degré. The device 14 also makes it possible to monitor the level of corrosion of each of the plates 16. Since each plate 16 receives a predetermined degree of cathodic protection with respect to the neighboring metallic structure, the device makes it possible to determine, after a given time of use, whether the cathodic protection provided to the metal structure has been overestimated and, if so, to what degree.

Comme les deux plaques 16" et 16"' reçoivent respectivement 90 % et 70 % de la densité de courant appliqué à l'élément tubulaire 10, on peut facilement déterminer à quel point la protection cathodique utilisée a été surdimensionnée. L'analyse des résultats des potentiels des plaques 16 et du courant mesuré aux bornes des shunts permet de déterminer avec précision le degré de sur-protection. As the two plates 16 "and 16" 'respectively receive 90% and 70% of the current density applied to the tubular element 10, it is easy to determine to what extent the cathodic protection used has been oversized. Analysis of the results of the potentials of the plates 16 and of the current measured at the terminals of the shunts makes it possible to determine with precision the degree of over-protection.

Dans le cas où les deux plaques 16" et 16"' restent protégées, malgré leur degré de protection réduit associé, la troisième plaque 16, isolée des autres et de l'élément tubulaire 10, est utilisée. Un circuit électrique est formé entre la plaque 16 et les deux anodes à courant imposé 39 et 41. Ce circuit permet de tracer des courbes de polarisation et de déterminer ainsi le pourcentage de réduction de la densité de courant de protection à envisager. La troisième plaque 16" peut aussi servir à quantifier - le temps de dépolarisation de la structure, - le temps de polarisation de la structure, - l'influence d'un brossage mécanique, - la simulation de la protection cathodique d'une surface rouillée. In the case where the two plates 16 "and 16" 'remain protected, despite their associated reduced degree of protection, the third plate 16, isolated from the others and from the tubular element 10, is used. An electrical circuit is formed between the plate 16 and the two impressed current anodes 39 and 41. This circuit makes it possible to draw polarization curves and thus to determine the percentage reduction in the protective current density to be considered. The third 16 "plate can also be used to quantify - the depolarization time of the structure, - the polarization time of the structure, - the influence of mechanical brushing, - the simulation of cathodic protection of a rusty surface .

Dans le cas où l'ensemble s'avère sous-protégé, la présente invention permet, également, de pallier le problème. In the case where the assembly proves to be under-protected, the present invention also makes it possible to alleviate the problem.

Les deux anodes à courant imposé 39 et 41 situées sous chacune des anodes sacrificielles servent à augmenter localement la densité du courant que reçoit l'ensemble. Si cette sous-protection est importante, la plaque 16, isolée de l'élément tubulaire 10 est utilisée en créant un circuit électrique entre cette plaque 16 et les deux anodes à courant imposé 39 et 41. Des mesures à potentiel constant ou intensité constante permettent de tracer les courbes de polarisation de l'acier "in situ". Comme la surface de la plaque est connue, on peut déterminer quelle est la densité de courant optimale pour assurer la protection cathodique de cette structure.The two impressed current anodes 39 and 41 located under each of the sacrificial anodes serve to locally increase the density of the current which the assembly receives. If this under-protection is significant, the plate 16, isolated from the tubular element 10 is used by creating an electrical circuit between this plate 16 and the two impressed current anodes 39 and 41. Measurements at constant potential or constant current allow to draw the polarization curves of the steel "in situ". As the surface of the plate is known, it is possible to determine what is the optimum current density for ensuring cathodic protection of this structure.

Ainsi, la présente invention permet de mieux calculer la protection cathodique nécessaire pour un type de structure métallique dans des conditions données.  Thus, the present invention makes it possible to better calculate the cathodic protection necessary for a type of metallic structure under given conditions.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1 - Procédé de surveillance de la protection cathodique d'une1 - Method for monitoring the cathodic protection of a structure métallique comportant les étapes suivantes metal structure comprising the following steps - installation d'au moins trois plaques métalliques sur - installation of at least three metal plates on la structure métallique, chaque plaque étant the metal structure, each plate being électriquement isolée par rapport aux autres plaques ; electrically isolated from other plates; - fourniture respectivement à chacune des plaques - supply respectively to each of the plates métalliques d'une fraction prédéterminée de la metal of a predetermined fraction of the protection cathodique fournie à la structure cathodic protection provided to the structure métallique ; et metallic ; and - contrôle du degré de corrosion de chaque plaque - check the degree of corrosion of each plate métallique. metallic. 2 - Dispositif de surveillance de la protection cathodique2 - Cathodic protection monitoring device d'une structure métallique (10) comprenant un ensemble of a metal structure (10) comprising an assembly de protection cathodique relié à la structure cathodic protection connected to the structure métallique, au moins trois plaques (16) métalliques metallic, at least three metallic plates (16) montées sur la structure métallique (10), chaque plaque mounted on the metal structure (10), each plate (16) étant électriquement isolée par rapport aux autres (16) being electrically isolated from the others plaques, au moins deux plaques (16' ; 16") étant reliées plates, at least two plates (16 '; 16 ") being connected électriquement à la structure métallique (10) par electrically to the metal structure (10) by l'intermédiaire d'un shunt associé (32 ; 34) afin que through an associated shunt (32; 34) so that chaque plaque (16' ; 16") reçoive une fraction each plate (16 '; 16 ") receives a fraction prédéterminée de la protection cathodique fournie à la predetermined cathodic protection provided to the structure métallique.  metallic structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4351703A (en) * 1976-10-04 1982-09-28 Petrolite Corporation Cathodic protection monitoring
GB2113405A (en) * 1982-01-04 1983-08-03 Shell Int Research Cathodic protection monitoring system

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