Corrosion behaviour of steel in beach soil along Bohai Bay

Research on corrosion of steel structures in various marine environments is essential to assure the safety of structures and can effectively prolong their service life. In order to provide data for anticorrosion design of oil exploitation structures in the Bohai Bay, the corrosion behaviour and properties of steel in beach soil, using typical steel samples (Q235A carbon steel and API 5Lx52 pipeline steel) buried 0.5, 1.0 and 1.5 m deep under typical beach soils in Tanggu, Yangjiaogou, Xingcheng, Yingkou and Chengdao for 1-2 years were studied. The carbon steel and pipeline steel were both corroded severely in the beach soil, with the form of corrosion being mainly uniform with some localised attack (pitting corrosion). The corrosion rate of the carbon steel was up to 0.16 mm/year with a maximum penetration depth of 0.76 mm and that of the pipeline steel was up to 0.14 mm/year, with a maximum penetration depth of 0.53 mm. Compared with carbon steel, the pipeline steel generally had better corrosion resistance in most test beach soils. The corrosion rates and the maximum corrosion depths of carbon steel and pipeline steel were in the order: Tanggu>Xingcheng>Chengdao>Yingkou>Yangjiaogou with corrosion altering with depth of burial. The corrosion of steel in the beach soil involves a mixed mechanism with different degrees of soil aeration and microbial activity present. It is concluded that long term in situ plate laying experiments must be carried out to obtain data on steel corrosion in this beach soil environment so that the effective protection measures can be implemented.

Investigating effects of potential excursions and pH variations on cathodic protection using new electrochemical testing cells

Excursion from safe cathodic protection (CP) potentials occurs on buried steel pipelines due to various forms of electrical interferences such as stray currents. Variations in pH can also occur over some pipeline sections such as seashore and river crossing pipes. Currently, the exact effects of potential excursion and the pH on CP efficiency have not been sufficiently quantified preliminary due to difficulties in measuring these effects. In this work, these effects have been investigated using electrochemical cells designed to mimic the high resistivity and pH conditions observable over underground steel pipes, including a new electrochemical cell that has been designed to facilitate the effective simulation and control of pH, potential excursion and other CP testing parameters. The pH has been shown to be a key factor affecting the patterns of corrosion and CP efficiency. Localised corrosion has been found to be the dominating form of corrosion under potential excursions conditions.

Durability/corrosion of soil reinforced structures /

"December 1990."

Behaviour of an in-service cast iron water reticulation pipe buried in expansive soil

This paper presents the measurements of strain and the subsequent stress analysis on an in-service cast iron water main buried in reactive soil. The results indicate that the pipe crown experienced predominantly tensile stresses during drying in summer and, subsequently, these stresses reduce, eventually leading to compressive stresses as the soil swells with increase in moisture content with the approach of winter. It is also evident that flexural movement caused by thermal stresses and soil pressure has led to downward bending of the pipe in summer and subsequent upward movement in winter. The limited data collected from pipe strains and strengths indicate that it is possible for pipe capacity to be exceeded by thermal and soil stresses leading to pipe failure, provided the pipe has undergone significant corrosion.

Soil aggressivity consideration for laying petroleum pipelines

The magnitude and volume of transportation of petroleum products (both crude and finished products) has necessitated constructing dedicated pipelines from the refineries to the various consumer centers. The present status and scenario of pipeline transportation has been briefly described. Published literatures covering geotechnical engineering aspects, especially corrosion studies for pipelines are scanty. Available literature has been summarized. Main topic includes soil resistivity survey, classification based on resistivity and various parameters of chemical analysis. Detailed analysis has been carried out from the data generated through field investigation and laboratory tests on soil samples obtained from different locations along the two selected pipeline route where they are to be constructed. Typical data has been analysed for aggressivity. Summary of aggressivity analysis has been presented for the two field cases and modification has been suggested for existing practice.

Corrosion of steel structures in sea-bed sediment

Seabed sediment (SBS) is a special soil that is covered by seawater. With the developments in marine oil exploitation and engineering, more and more steel structures have been buried in SBS. SBS corrosion has now become a serious problem in marine environment and an important issue in corrosion science. In this paper, approach in the field of SBS corrosion is reviewed. Electrochemical and microbial corrosion factors, corrosion mechanism, measurement of metal corrosion rate, corrosion evaluation and prediction of corrosion are also discussed here.

Characteristics of sulfide corrosion products on 316L stainless steel surfaces in the presence of sulfate-reducing bacteria

It has been found that microbial communities play a significant role in the corrosion process of steels exposed in aquatic and soil environments. Biomineralization influenced by microorganisms is believed to be responsible for the formation of corrosion products via complicated pathways of electron transfer between microbial cells and the metal. In this study, sulfide corrosion products were investigated for 316L stainless steel exposed to media with sulfate-reducing bacteria media for 7 weeks. The species of inorganic and organic sulfides in the passive film on the stainless steel were observed by epifluorescence microscope, environmental scanning electron microscope combined with energy dispersive spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The transformation from metal oxides to metal sulfides influenced by sulfate-reducing bacteria is emphasized in this paper. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

An overview of methods for simulating and evaluating pipeline corrosion

Steel pipelines, buried under the soil and protected by the combination of protective coatings and cathodic protection (CP), are used for oil and gas transportation. These pipelines are one of the critical infrastructures for energy transportation and therefore became lifelines of modern society. The deterioration of the external surfaces of transmission pipelines is a serious problem and is caused mainly by coating and/or CP failure leading to the loss of integrity of pipelines. To avoid such damage, there is a need of techniques which are able to locate active corrosion sites, monitor corrosion, and evaluate corrosion damage. Fundamental understanding of such processes occurring on coated pipelines (with various types of defects in coatings as well as pipe) in complex soil environment is necessary for the development of such techniques. Numerous laboratory techniques, i.e., electrochemical impedance spectroscopy based, polarisation measurements based, mathematical simulations, direct observation etc. have been used to develop fundamental understanding, simulate and evaluate corrosion occurring in oil and gas pipelines under various operating conditions. Given the complex nature of the pipeline corrosion, application of these laboratory techniques in field measurements as well as in understanding the corrosion mechanisms is lacking. This paper presents an overview of investigations, based on electrochemical techniques, for simulation and evaluation of pipeline corrosion in laboratory.

Identification and dissolution behavior of the secondary uranium minerals in the corrosion products of Depleted Uranium (DU) ammunition formed in soils

In der vorliegenden Studie wurden verschiedene Techniken eingesetzt um drei Proben (4, 7, and 8) die aus denrnKorrosionsprodukten von aus dem Kosovo Krieg stammenden Munitionskugeln, bestehend aus abgereichertem Uranrn(Depleted Uranium - DU), zu untersuchen. Als erstes Verfahren wurde die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Hierbeirnzeigte sichin den Proben, charakterisiert durch einen Doppelpeak, die Anwesenheit von Schoepitrn(UO2)8O2(OH)12(H2O)12. Der erste und zweite Peakzeigte sich im Spektralbereich von 840,3-842,5 cm-1rnbeziehungsweise 853,6-855,8 cm-1. Diese Werte stimmen mit den Literaturwerten für Raman-Peaks für Schoepitrnüberein. Des Weiteren wurde bei dieser Untersuchungsmethode Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6(H2O)8 mit einemrnPeak im Bereich zwischen 829 to 836 cm-1 gefunden. Aufgrund des Fehlens des Becquerelitespektrums in derrnSpektralbibliothek wurde eine in der Natur vorkommende Variante analysiert und deren Peak bei 829 cm-1 bestimmt,rnwas mit den Ergebnissen in den Proben korrespondiert. Mittels Röntgenbeugung (X-Ray Diffraction, XRD) zeigtenrnsich in allen Proben ähnliche Spektren. Das lässt darauf schließen, dass das pulverisierte Material in allen Probenrndas gleiche ist. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Schoepit und/oder meta-rnSchoepit(UO2)8O2(OH)12(H2O)10, sowie Becquerelite. Weiterhin war weder Autunit, Sabugalit noch Uranylphosphatrnanwesend, was die Ergebnisse einer anderen Studie, durchgeführt an denselben Proben, wiederlegt. DiernAnwesenheit von P, C oder Ca im Probenmaterial konnte ausgeschlossen werden. Im Falle von Calciumkann diesrnmit der Anwesenheit von Uran erklärt werden, welches aufgrund seines Atomradius bevorzugt in Becquerelite (1:6)rneingebaut wird. Die beiden Hauptpeaks für Uran lagen im Falle von U 4f 7/2 bei 382.0 eV und im Falle von U 4f 5/2rnbei 392 eV. Diese Werte mit den Literaturwerten für Schoepit und meta-Schoepitüberein. Die Ergebnissernelektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen U, O, Ca, Ti als dominante Komponenten in allen Messungen.rnElemente wie Si, Al, Fe, S, Na, und C wurden ebenfalls detektiert; allerdings kann nicht ausgeschlossen werden,rndass diese Elemente aus dem Boden in der unmittelbaren Umgebung der Munitionsgeschosse stammen. Gold wurdernebenfalls gemessen, was aber auf die Goldarmierung in den Probenaufbereitungsbehältern zurückgeführt werdenrnkann. Die Elektronenmikroskopie zeigte außerdem einige Stellen in denen elementares Uran und Bodenmineralernsowie sekundäre Uranminerale auftraten. Die Elementübersicht zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen U andrnCa und gleichzeitig keine Korrelation zwischen U und Si, oder Mg. Auf der anderen Seite zeigte sich aber einrnZusammenhang zwischen Si und Al da beide Konstituenten von Bodenmineralen darstellen. Eine mit Hilfe derrnElektronenstrahlmikroanalyse durchgeführte quantitative Analyse zeigte den Massenanteil von Uran bei ca. 78 - 80%,rnwas mit den 78,2% and 79,47% für Becquerelite beziehungsweise Schoepit aufgrund ihrer Summenformelrnkorrespondiert. Zusätzlich zeigt sich für Calcium ein Massenanteil von 2% was mit dem Wert in Becquerelite (2.19%)rnrecht gut übereinstimmt. Der Massenanteil von Ti lag in einigen Fällen bei 0,77%, was auf eine noch nicht korrodierternDU-Legierung zurückzuführen ist. Ein Lösungsexperiment wurde weiterhin durchgeführt, wobei eine 0,01 M NaClO4-rnLösung zum Einsatz kam in der die verbliebene Probensubstanz der Korrosionsprodukte gelöst wurde;rnNatriumperchlorate wurde hierbei genutzt um die Ionenstärke bei 0,01 zu halten. Um Verunreinigungen durchrnatmosphärisches CO2 zu vermeiden wurden die im Versuch für die drei Hauptproben genutzten 15 Probenbehälterrnmit Stickstoffgas gespült. Eine Modelkalkulation für den beschriebenen Versuchsaufbau wurde mit Visual MINTEQrnv.3.0 für die mittels vorgenannten Analysemethoden beschriebenen Mineralphasen im pH-Bereich von 6 – 10 imrnFalle von Becquerelite, und Schoepit berechnet. Die modellierten Lösungskurven wurden unter An- und Abwesenheitrnvon atmosphärischem CO2 kalkuliert. Nach dem Ende des Lösungsexperiments (Dauer ca. 6 Monate) zeigten diernKonzentrationen des gelösten Urans, gemessen mittels ICP-OES, gute Übereinstimmung mit den modelliertenrnSchoepit und Becquerelite Kurven. Auf Grund des ähnlichen Löslichkeitverhaltens war es nicht möglich zwichen denrnbeiden Mineralen zu unterscheiden. Schoepit kontrolliert im sauren Bereich die Löslichkeit des Urans, währendrnbecquerelit im basichen am wenigsten gelöst wird. Des Weiteren bleibt festzuhalten, dass ein Anteil an CO2 in diernverschlossenen Probenbehälter eingedrungen ist, was sich mit der Vorhersage der Modeldaten deckt. Die Löslichkeitrnvon Uran in der Lösung als Funktion des pH-Wertes zeigte die niedrigsten Konzentrationen im Falle einer Zunahmerndes pH-Wertes von 5 auf 7 (ungefähr 5,1 x 10-6 mol/l) und einer Zunahme des pH-Wertes auf 8 (ungefähr 1,5 x 10-6rnmol/l bei). Oberhalb dieses Bereichs resultiert jeder weitere Anstieg des pH-Wertes in einer Zunahme gelösten Uransrnin der Lösung. Der ph-Wert der Lösung wie auch deren pCO2-Wert kontrollieren hier die Menge des gelösten Urans.rnAuf der anderen Seite zeigten im Falle von Becquerelite die Ca-Konzentrationen höhere Werte als erwartet, wobeirnwahrscheinlich auf eine Vermischung der Proben mit Bodensubstanz zurückgeführt werden kann. Abschließendrnwurde, unter Berücksichtigung der oben genannten Ergebnisse, eine Fallstudie aus Basrah (Irak) diskutiert, wo inrnzwei militärischen Konflikten Uranmunition in zwei Regionen unter verschiedenen Umweltbedingungen eingesetztrnwurden.