Validation of Tafel-Piontelli model for corrosion rate calculations of metals in weakly acidic environments

This thesis aims to validate experimentally a proposed electrochemical model, called Tafel-Piontelli model, for the calculation of the corrosion rate of metals in acidic conditions. The model can be used in several industrial applications, including the case of CO2 corrosion of carbon steel, which is a main concern in the oil and gas industry. Firstly, the principles of this type of corrosion along with the mechanisms associated to it, and the already existing predictive models are discussed. After that, the Tafel-Piontelli model is presented along with its revised version. Then, the results of several experimental tests are discussed. In particular, the experimental tests are performed for carbon steel specimens in weakly acidic solutions of citric, valeric and azelaic acids, under different conditions of temperature and pH, with the aim of validating the model. The data obtained from the mass loss tests and potentiodynamics polarization tests are presented and compared to the model predictions, with promising results.

Questa tesi si propone di convalidare sperimentalmente un modello elettrochimico chiamato modello Tafel-Piontelli, per il calcolo della velocità di corrosione dei metalli in condizioni acide. Il modello può essere utilizzato in diverse applicazioni industriali, incluso il caso della corrosione da CO2 dell'acciaio al carbonio, che è una delle principali problematiche nell'industria oil&gas. In primo luogo, vengono discussi i principi di questo tipo di corrosione insieme ai meccanismi ad esso associati e ai modelli predittivi già esistenti. Successivamente, viene proposto il modello Tafel-Piontelli insieme alle sue versioni riviste. In seguito, vengono discussi i risultati di una serie di test sperimentali. In particolare, vengono eseguiti test sperimentali su campioni di acciaio al carbonio in soluzioni debolmente acide di acidi citrico, valerico e azelaico, in diverse condizioni di temperatura e pH, al fine di convalidare il modello. I dati ottenuti dai test di perdita di massa e dai test di polarizzazione potenziodinamica vengono presentati e confrontati con le previsioni del modello, mostrando risultati promettenti.