Corrosion of carbon steel armors in the annulus of flexible pipes

The thesis presents an in-depth analysis on the corrosion mechanisms that occur inside the annulus section of flexible pipes. After carrying out a detailed characterization describing all the specificities of the technology, the corrosive mechanisms are examined with respect to the literature and experimentation done by the main research institutes in the sector so far. The annulus region is a singular environment, as it represents stringent confinement conditions due to the presence of a high metal surface in contact with a reduced amount of electrolyte volume that penetrates the section during installation operations or due to damage to external or internal layers. The features of this environment involve a modification of the kinetics of the corrosion reactions which are reflected in the functional behavior of the carbon steel reinforcement structures. In sight of this, considerations and hypotheses have been made on the mechanisms that can lead the structure to failures and on how the environmental and operational variables can influence. A real operating structure is subsequently analyzed, reporting both the environmental and operating conditions, and an analysis on the materials used, so as to provide a comparison between what the research proposes experimentally and what happens in service conditions. Finally, an analysis of the applicability and validity of the main corrosion tests dealing with this type of technology is made.

La tesi presenta un'analisi approfondita sui meccanismi di corrosione che avvengono all'interno della sezione annulus dei flexible pipes. Dopo aver effettuato una caratterizzazione dettagliata descrivendo tutte le specificità della tecnologia, vengono esaminati i meccanismi corrosivi rispetto alla letteratura e alla sperimentazione portata fino ad oggi dai principali istituti di ricerca nel settore. La regione dell'annulus è un ambiente singolare, in quanto rappresenta delle stringenti condizioni di confinamento dovuto alla presenza di una elevata superficie metallica a contatto con una ridotta quantità di volume di elettrolita che penetra nella sezione durante le operazioni di installazione o a causa di danneggiamenti di layer esterni o interni. Le feature di questo ambiente comportano una modifica della cinetica delle reazioni di corrosione che si rispecchiano sul comportamento funzionale delle strutture di armatura in acciaio al carbonio. Alla luce di questo sono state fatte considerazioni e ipotesi sui meccanismi che possono condurre la struttura a fallimenti e su come le variabili ambientali e operative possano influire. Viene successivamente analizzata una struttura operativa reale riportando sia le condizioni ambientali e di esercizio, sia un'analisi sui materiali utilizzati, così da forinire un paragone tra quello che la ricerca propone sperimentalmente e quello che accade in condizioni di servizio. Viene infine fatta una disamina dei principali test corrosionistici e della loro applicabilità e validità nel confrontarsi con questo tipo di tecnologia.