Étude sur le terrain d'un cas de corrosion de l'acier liée à la teneur de l'eau en chlorures. Proposition d'une formule empirique de la vitesse de corrosion

Field study of a case of steel corrosion linked to the chloride content of water: proposal of an empirical formula for the rate of corrosion

Degrémont, 183, avenue du 18-Juin-1940, 92508 Rueil-Malmaison Cedex

Résumé

La mise en eau d'une retenue au Nord du Pérou a coïncidé avec le début d'une période exceptionnelle de sécheresse de cinq ans, suivie de fortes pluies. De ce fait, l'eau de la rivière en aval du barrage a subi de fortes variations de salinité, ce qui a entraîné des corrosions importantes du matériel métallique de traitement et de distribution de l'eau potable; l'étude de ces derniers phénomènes a permis de procéder à une étude de longue durée sur des éprouvettes de corrosion, conduisant à un certain nombre d'observations: existence d'une phase de corrosion initiale plus intense imposant à une telle étude une durée minimale de six mois avant de tirer des conclusions ; confirmation de l'intérêt d'un traitement filmogène à base d'hexamétaphosphate de zinc et, en l'absence de ce dernier, possibilité d'exprimer la vitesse de corrosion (en µ/an) en fonction de l'indice de Ryznar et de la teneur en chlorures (en mg/l) suivant l'équation , qui ne doit être toutefois considérée que comme une tentative de modélisation: des études ultérieures, sur d'autres eaux, devront préciser les coefficients établis ici et introduire d'autres paramètres, tels que la température, la salinité totale, les sulfates, la silice, les matières organiques, etc. Dans le cas présent, cette formule s'est néanmoins traduite par des consignes de pH permettant, pour une teneur donnée en chlorures, de maintenir la vitesse de corrosion au-dessous d'une valeur maximale admissible.

Abstract

This paper pertains to a study conducted quite some time ago but whose detailed findings have never been published.

The impoundment of the Poechos dam, on the Rio Chira in northern Peru, coincided with the beginning of a drought which lasted for five years. This coincidence led to very low discharge downstream, resulting in a sharp rise in the chloride and sulfate contents of the river water.

This high chloride level caused corrosion of the metal equipment of the treatment plant and distribution system. A nearly one-year study conducted on control specimens made of ordinary black steel was undertaken to prevent or at least limit the corrosion. The return of the floods while the study was in progress permitted measurements of the rates of corrosion resulting from waters of widely different characteristics (particularly in terms of alkalinity and chloride content), which had also undergone different treatment processes (pH correction, film-forming, oxygen scavenging).

The results of this experimental study served several purposes :

• to highlight an initial and relatively intensive corrosion phase lasting one to two months, followed by a phase of stationary corrosion which must be left to stabilize before any significant data can be collected ;

• to conclude from the above that any such experimental studies must be conducted over a period of at least six months ;

• to confirm the merits of a film-forming treatment involving zinc hexameta-phosphate ;

• to propose an empirical relationship between the rate of corrosion and the carbonate balance of the water for various chloride levels when no film-forming treatment is applied :

log V_r = 1 + [(0,0025[Cl-] + 0,43) (I_R - 6,3)] (1)

where V_c = rate of corrosion in µm/yr

[Cl-] = chloride content, in mg Cl- per liter and

I_R = Ryznar index = 2 pH₃ - pH

moreover assuming that the Langelier index is ≥ 0, i.e. the water is not aggressive (otherwise the rate of corrosion is higher).

This is merely a provisional modelling. Subsequent studies on other water samples will need to be conducted to enhance the precision of the coefficients obtained here, and to introduce other parameters such as temperature, total salinity, sulfate content, silica, organics, etc. In this particular case, the formula nonetheless served to establish pH set points which, for a given chloride level, have allowed the rate of corrosion to be kept beneath a maximum admissible value.