Numerical simulation of encased pipe under impressed current cathodic protection

As for Ministerial Decree in Italy it is mandatory for buried pipelines transporting gasses or liquids at rail crossing and parallelism to be encased in a coated steel pipe named casing pipe. Such casings should be watertight as the Decree states, still it often happens in real applications that due to mechanical accidents or human errors some leakage takes place. The presence of water in the annulus between casing and pipe is a source of concern related to enhanced corrosion. Based on this assumption experimental tests have been previously performed on different configurations (bare casing with a passing hole; coated casing with a coating defect on the internal and external surface; bare casing electrically connected to the internal pipe with a shunt) to investigate the protection level on the gas transport pipe and the interference condition of the casing pipe, when ICCP is applied. Finite elements numerical methods have been used to reproduce the analysed configurations, and to ensure the validity of the models the results are crosschecked with the data obtained from previous laboratory experiments [1]. Once the validity of the models is proven, and the correct combination of boundary conditions necessary to operate is known, various simulations have been run on topics which are of great interest but are much harder to analyse experimentally. Of particular interest are the shape of the potential on the electrodes and the parameters affecting it (soil resistivity, oxygen limiting current density and total anodic current) which will be thoroughly examined. The models can also be easily scaled up to real dimension applications without hindering their functioning.

Come per Decreto Ministeriale, in Italia è obbligatoria per le tubature interrate adibite al trasporto di gas o liquidi che incrociano ferrovie o altre arterie di trasporto la pratica dell’incamiciatura in un’ulteriore tubatura d’acciaio, chiamata casing. Tali casing dovrebbero essere per Decreto impermeabili, tuttavia succede spesso che per una errata manipolazione durante la deposizione, o per semplice deterioramento nel corso degli anni, delle infiltrazioni siano possibili. La presenza di acqua all’interno dell’anello interno tra casing e tubatura è una fonte di problemi legati all’incremento della velocità di corrosione. Basandosi sul presupposto di una possibile infiltrazione, dei test sperimentali sono stati eseguiti su diverse configurazioni (casing perforato e non rivestito, casing rivestito ma con difetti sulla superficie interna ed esterna, casing non rivestito e connesso elettricamente tramite una resistenza alla tubatura) per investigare i livelli di protezione sulla tubatura e l’interferenza del casing, quando viene utilizzato come metodo di prevenzione la Protezione Catodica a Corrente Impressa. Metodi di Calcolo Numerico ad Elementi Finiti sono stati utilizzati per riprodurre le configurazioni analizzate sperimentalmente, utilizzandole per la validazione sperimentale. Una volta che la validità delle simulazioni è verificata ed è stata trovata la corretta combinazione di condizioni di contorno necessarie al loro funzionamento, è stato possibile analizzare diverse situazioni di interesse, di difficile analisi sul campo pratico. In particolare, sono state analizzate le curve di potenziale degli elettrodi e l’effetto dei parametri su di esse (resistività del suolo, corrente limite dell’ossigeno e la corrente totale emessa dall’anodo). I modelli sviluppati possono essere senza controindicazioni dimensionati su strutture reali.