COMOSEA | Datagestuurde corrosiemonitoring voor offshore windparken

COMOSEA: realistisch en datagestuurd onderwatercorrosie monitoren en beheren bij offshore windparkfunderingen

Corrosie heeft een impact op de levenscyclus van offshore staalconstructies. Er is momenteel geen nauwkeurige, laat staan betaalbare manier om corrosie in deze omgeving te controleren. Een preciezere schatting van de hoeveelheid materiaal die verloren gaat door corrosie, is op twee manieren nuttig: het laat kleinere corrosietoeslagen toe, of een langere levensduur.

COMOSEA (COrrosion MOnitoring at SEA) is een onderzoeksproject dat een realistische aanpak wil ontwikkelen voor 'fleetwide’ corrosiemonitoring aan de hand van SCADA-gegevens van het ICCP-systeem (Impressed Current Cathodic Protection).

Context

Corrosie is voor elke staalconstructie op zee een groot probleem dat veel onzekerheid met zich meebrengt. Het spreekt voor zich dat corrosie grote financiële gevolgen heeft: niet alleen is er er extra materiaal nodig, ook corrosiepreventie en inspectiekosten wegen door.

Uit de impactstudie van de National Association of Corrosion Engineers (NACE) [1] blijkt dat jaarlijks 3,8% van het mondiale BBP verloren gaat aan corrosiepreventie en -reparatie. In de maritieme sector kan dit zelfs oplopen tot 19,9% van de omzet [2,3]. Bovendien is er veel onzekerheid over de mate van corrosie die kan optreden, waar dit kan gebeuren en of preventieve maatregelen daadwerkelijk werken. Onderwaterinspectie is vaak moeilijk tot zelfs onmogelijk en de resultaten zijn vaak twijfelachtig.

Projecten zoals MAXWind en de betrokkenheid van Sirris bij SOCORRO bewijzen dat er nood is aan meer waarheidsgetrouwe corrosiemonitoring en datagestuurd corrosiemanagement voor grote offshore en onbemande staalconstructies. Meer langetermijngegevens uit meerdere bronnen helpen om de effecten en hun aandeel te begrijpen.

Doelen en resultaten

Eigenaars van windparken zijn op zoek naar verbeterde levensduurmodellen en een juiste inschatting van het einde van die levensduur (verlenging of eerdere buitengebruikstelling). Schade als gevolg van corrosie moet via twee kanalen in deze modellen worden ingevoerd: 

1. een correcte schatting van de 'algemene' corrosie om de resterende corrosietoeslag te kennen (in kwantitatieve termen); of 
2. putgroottes en -vormen.

COMOSEA concentreert zich op kanaal 1, momenteel de enige gebruikte methode, en gebruikt het verlies in wanddikte (of corrosietoeslag) om de signaal-ruisverhouding (S/N) te actualiseren voor berekeningen van de vermoeiingslevensduur. Op het gebied van nauwkeurigheid valt er nog veel te verbeteren: de werkelijke corrosiesnelheid wordt vandaag de dag slechts bij benadering geschat, vaak op basis van theoretische informatie, met een grote veiligheidsmarge.

Nauwkeurigere berekeningen zorgen voor kleinere corrosietoeslagen (waardoor er minder staal nodig is en de kosten lager zijn) of voor een langere levensduur. 

COMOSEA werkt aan een manier om corrosie in het hele wagenpark te monitoren met behulp van SCADA-gegevens van het ICCP-systeem (Impressed Current Cathodic Protection). Deze gegevens worden sowieso al op alle funderingen verzameld, wat goed nieuws is voor de kosten-batenverhouding van corrosiemonitoring.

Kanaal (2), waarbij gebruik wordt gemaakt van putgroottes en -vormen, vereist een fundamenteel begrip van de lokale corrosie van koolstofstaal in een maritieme omgeving, die nog steeds wordt onderzocht op een laag TRL-niveau en nog niet in de industrie wordt toegepast.

Het belangrijkste resultaat van het project is een gedetailleerde beschrijving van een meetopstelling en een model om een nauwkeurigere schatting van de resterende corrosietoeslag. Dit zal dienen als input voor de levensduurbeoordeling en zal worden opgenomen in een richtlijn voor eigenaars of uitbaters. In de richtlijn wordt het volgende uitgelegd:

• Hoe kathodische beschermingsgegevens gebruiken om corrosieprocessen te monitoren;
• welke de impact is van corrosie op monopile-funderingen;
• en hoe waterkwaliteitssondes, coupons en corrosiesondes inzetten om metingen te doen.

Zo wordt duidelijk hoe deze drie aspecten leiden tot betere levensduurmodellen.

Aanpak

De projectaanpak kan als volgt worden samengevat:

• Het doel is om een methode voor corrosiebewaking en -beheer te ontwikkelen op basis van een ICCP-fleet leader concept door:
   
• Het vaststellen van episodes van onderbescherming (waarin corrosie kan optreden) vanuit periodes waarin het ICCP-systeem inactief is.

Funderingen met ‘afwijkingen’ identificeren wat betreft de corrosieprocessen die plaatsvinden, aan de hand van variaties in het ICCP-stroomverbruik die niet gelinkt kunnen worden aan veranderingen in bekende parameters. Een gecontroleerd ICCP-experiment wordt opgezet in de haven van Oostende om de gegevens en inzichten te verkrijgen die nodig zijn om dit model te ontwikkelen. Het doel is:

• ontdekken hoe het beschermingspotentieel afneemt tijdens een periode van inactiviteit en wat de impact van omgevingsfactoren is op het stroomverbruik van ICCP;
• het experiment met zowel kleine als grote coupons uitvoeren. Indien mogelijk, moet er ook een test worden uitgevoerd met een staal dat in de modderzone is begraven;
• dit experiment minimaal 1,5 jaar te laten lopen.

Daarnaast wordt een echte langetermijncorrosie- en ICCP-dataset opgebouwd en geanalyseerd, uit meerdere offshore monopilefunderingen. Dit zal het mogelijk maken om

• de ontwikkelde methodologie te valideren;
• onderzoek te voeren naar de inversie van opgeloste zuurstof (‘DO inversion’) en de correlatie met pH (nog te publiceren resultaten van SOCORRO- en MAXWind-projecten), de impact van het ontwerp van monopiles gekoppeld aan de waargenomen corrosiesnelheden en ICCP-resultaten.

Doelgroep

• Betrokken partijen die te maken krijgen met corrosie in een maritieme omgeving en/of besloten ruimte.
• Uitbaters van offshore windenergie die kathodische bescherming gebruiken.
• Andere sectoren die kathodische bescherming toepassen.

Financiering

• Projecttype: ETF
• Project nr HBC.2024.0692 

Links

• OWILAB
• NACE INTERNATIONAL IMPACT

Bronnen

[1] National Association of Corrosion Engineers (NACE). (2016). Economic Impact. Geraadpleegd op 1 juni 2023, van http://impact.nace.org/economic-impact.aspx.
[2] Koch, G. H., Brongers, M. P., Thompson, N. G., Virmani, Y. P., & Payer, J. H. (2005). Cost of corrosion in the United States. In Handbook of environmental degradation of materials (pp. 3-24). William Andrew Publishing. 
[3 ]Kroon, D. H., Bowman, E., & Jacobson, G. Journal: American Water Works Association (2019)