PIT | Opvolging en prognose van putcorrosie in maritieme staalconstructies

Mechanismen en gevolgen van putcorrosie in koolstofstaalconstructies in een maritieme omgeving

De Blauwe Economie is een cruciaal onderdeel van het Vlaamse economische weefsel. Ze steunt op een uitgebreide staalinfrastructuur in de haven, langs de kust en offshore. Bovendien behoren windturbines op zee nog steeds tot de krachtigste en duurzaamste bronnen van groene energie en spelen ze een sleutelrol in de strijd tegen klimaatverandering.

Voor de Belgische kust staan verscheidene windturbines, gebouwd in 2009 en ontworpen om 20 tot 25 jaar mee te gaan. In deze regio liggen ook enkele van de belangrijkste havens van Europa. Terwijl corrosiebeperkende strategieën zoals corrosietoeslag, coatings en kathodische bescherming uniforme corrosie helpen te verminderen, wordt er nog te weinig onderzoek gedaan naar de risico’s van putcorrosie.

Putcorrosie creëert kleine, lokale putjes in metalen oppervlakken, waar mogelijk scheuren kunnen ontstaan, wat de vermoeiingslevensduur van staalconstructies aanzienlijk beperkt. Momenteel worden deze constructies visueel geïnspecteerd, waarbij corrosieproducten en kleine zeedieren verwijderd worden. Dat proces is tijdrovend, foutgevoelig en inefficiënt. Maar wat als we putcorrosie eerder, doeltreffender en gemakkelijker zouden kunnen detecteren?

Context 

De exploitanten en eigenaars van deze installaties vermoeden dat putcorrosie de levensduur van offshore en maritieme constructies aanzienlijk beïnvloedt. De omvang van dit risico is echter onvoldoende gekend, wat leidt tot hiaten in de ontwerpberekeningen.

Momenteel worden de effecten van putcorrosie alleen indirect in rekening gebracht door middel van S-N-curven voor vrije corrosie. Dat komt door het onduidelijke karakter van corrosiemechanismen in een maritieme omgeving:

• Ondergaat koolstofstaal echte putcorrosie, of gaat het om heterogene uniforme corrosie?
• In welke omstandigheden ontstaat putcorrosie?
• Hoe snel groeien de putjes en wat zijn hun vormen, afmetingen en verspreidingverdeling over het oppervlak?
• Welke invloed heeft deze putvorming op de levensduur en metaalmoeheid van staalconstructies?

Bovendien zijn er momenteel geen beproefde methoden om het ontstaan en de groei van corrosieputjes ter plaatse te controleren.

Doelstelling en resultaten

De essentie van de beoogde wetenschappelijke innovatie van het PIT-project is een beter fundamenteel inzicht te verwerven in de manier waarop en de omstandigheden waarin corrosie van koolstofstaal in een maritieme omgeving kan leiden tot putvorming. In deze context wordt een ‘put’ gedefinieerd als een plaatselijke aantasting die de levensduur van een constructie aantast. 

Daarnaast willen we kwantitatieve gegevens verkrijgen over de grootte, vorm en groeisnelheid van deze putjes door: 

1. nieuwe, robuuste, operatoronafhankelijke en standaardiseerbare methoden voor de analyse van corrosiecoupons te ontwikkelen;
2. onderzoeksmethoden uit te werken om de gevoeligheid van koolstofstaal voor putvorming voortdurend te monitoren met behulp van elektrochemische technieken.

Tot slot moet er een methode worden ontwikkeld om de verkregen kwantitatieve gegevens te vertalen naar input voor bestaande levensduurmodellen. 

Het PIT-project ontwikkelt geen nieuwe modellen voor vermoeiingslevensduur, maar onderzoekt hoe de bestaande modellen kunnen worden verbeterd met accuratere gegevens over de corrosie.

Het project richt zich vooral op de zogeheten ‘Offshore Renewables’ (vaste funderingen) en de maritieme sector, hoewel ook domeinoverschrijdende valorisatie kan worden toegepast voor drijvende energiestructuren, energie-eilanden, verankeringssystemen, scheepvaart, aquacultuur, zoetwaterproductie, de chemische industrie en afvalwaterbehandeling. 

Belangrijke exploiteerbare resultaten (Key Exploitable Results – KER) 

Het project zal vier belangrijke exploiteerbare resultaten of KER’s opleveren voor toepassing in de sector:

• KER1: begrijpen in welke omstandigheden koolstofstaalcorrosie kan leiden tot putvorming, wat de beïnvloedende factoren zijn, welke invloed kathodische bescherming kan hebben en welke locaties het grootste risico hebben.
  Valorisatiedoelstelling: de besluitvorming ondersteunen met betrekking tot zowel het ontwerp als de O&M van bedrijfsmiddelen.
• KER2: inzicht krijgen in de elektrochemische meetprincipes voor putvorming in koolstofstaal.
  Valorisatiedoelstelling: sensoren ontwikkelen en realtime corrosiebewaking om de operationele kosten te drukken.
• KER3: een methode uitwerken om kwantitatieve gegevens te verzamelen over de grootte, vorm, distributie en groeisnelheid van putjes, op basis van analyses van corrosiecoupons en elektrochemische metingen.
  Valorisatiedoelstelling: betrouwbaardere hulpmiddelen samenstellen voor de (her)beoordeling van de levensduur (reductie van LCoE).
• KER4: een uitgebreide, unieke dataset creëren over de evolutie van putcorrosie bij koolstofstaal in maritieme omgevingen.
  Valorisatiedoelstelling: de toekomstige ontwerpen verbeteren om de investeringen te drukken; de corrosiemodellen valideren/verbeteren.

Benadering

Het PIT-project volgt vier onderzoekssporen:

1. Onderzoek verrichten naar het gebruik van elektrochemische technieken voor een constante monitoring van putcorrosie:
   1. Het werk begint in het laboratorium met het simuleren van omstandigheden waarin putcorrosie kan optreden. Verschillende elektrochemische technieken (ECN, EFM, EIS) zullen worden onderzocht op hun geschiktheid om putvorming te detecteren.
   2. De meest veelbelovende technieken zullen op het terrein worden getest met een testopstelling in de haven van Oostende.
2. Een methode uitwerken voor de geautomatiseerde analyse van corrosiecoupons:
   1. Corrosiecoupons (metalen plaatjes die worden blootgesteld aan dezelfde omgeving als de structuur die wordt bestudeerd) worden meestal handmatig onderzocht op putvorming.
   2. In het kader van het PIT-project zal een methode worden ontwikkeld om de analyse te automatiseren en deze operatoronafhankelijk en objectief te maken. De projectpartners hebben een groot aantal coupons van koolstofstaal met putvorming van verschillende blootstellingslocaties en -tijden waarmee we deze ontwikkeling op gang kunnen brengen.
3. Onderzoek verrichten naar de invloed van macrofouling op putcorrosie in koolstofstaal:
   1. In de haven van Oostende zal een drijvend ponton worden gebruikt als testbed om niet alleen verschillende bewakingsoplossingen te testen, maar ook het type en de hoeveelheid macrofouling te onderzoeken en na te gaan welke invloed dit heeft op putcorrosie.
   2. Het lokale milieu onder de macrofouling zal worden geanalyseerd met behulp van microsonden om na te gaan hoe verschillende soorten macrofouling het oppervlak beïnvloeden.
4. Inventariseren welke invoergegevens de bestaande vermoeiingsmodellen vereisen:
   1. Hoewel het PIT-project niet als doel heeft om nieuwe vermoeiingsmodellen uit te werken, willen we begrijpen welke modellen er zijn en welke invoergegevens met betrekking tot de geometrie en de mate van putvorming deze modellen vereisen.
   2. De methoden die in het kader van het PIT-project worden ontwikkeld (elektrochemische tests en couponanalyse) zullen van die aard zijn dat ze dit soort gegevens kunnen aanleveren. Zo kunnen we de vermoeiingslevensduur nauwkeuriger berekenen met de bestaande vermoeiingsmodellen.

Doelgroep

Het PIT-project richt zich voornamelijk tot de ‘Offshore Renewables’-sector (vaste funderingen) en de maritieme sector. Domeinoverschrijdende toepassingen worden echter verwacht op het gebied van:

• Drijvende energiestructuren
• Energie-eilanden
• Verankeringssystemen
• Scheepvaart en aquacultuur
• Zoetwaterproductie
• Chemische industrie
• Behandeling van afvalwater
   

Financiering

• Type project: Cluster SBO, Blauwe Cluster
• Contractnummer VLAIO: Projectnr. HBC.2024.0692
• Subsidiegraad: 100% VLAIO-subsidie

Projectlogo

Koppelingen

Interne koppelingen

Het PIT-project is een direct resultaat van het werk dat in de projecten MaxWind en Socorro werd geleverd, waarbij een gebrek aan inzicht in putcorrosie op koolstofstaal in een mariene omgeving werd ontdekt na gesprekken met de sector. Vooral de methoden om het ontstaan van putcorrosie te controleren zijn van belang voor de sector.

Externe koppelingen

• Publicatie op FRIS-portaal
• Blauwe Cluster