Protection cathodique des conduites

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3.3 PROTECTION CATHODIQUE DES CONDUITES
3.3.1 NOTIONS GENERALES
1. Potentiel métal électrolyte: Un corps métallique plongé dans un électrolyte a tendance à se mettre en solution et à s’entourer d’une couche d’oxyde. Dans beaucoup de cas, en fonction du PH de l’électrolyse, la couche d’oxyde ainsi formée se stabilise et un équilibre électrique est réalisé entre le métal, les ions + ( constituant l’oxyde ) et les électrons accumulés sur la face extérieure du métal.


Exemple: Le potentiel naturel du fer plongé dans l’eau par rapport à une électrode de référence au Cu / CuSO4 est de - 560 mV. Lorsque rien ne rompt l’équilibre électrique existant, la couche d’oxyde formée n’augmente pas de volume (passivation). Ainsi, par exemple, les armatures en acier préalablement oxydées ne se dégradent pas dans le béton (sans sollicitation du milieu extérieur).

2. Rupture d’équilibre:

a) Corrosion:
Toute sortie de courant de la pièce métallique ( anode ) vers l’électrolyte rompt

l’équilibre électrique et provoque ainsi l’apparition de nouvelles charges négatives produites par la mise en solution d ’une nouvelle quantité de métal, c’est le phénomène de corrosion. La loi de FARADAY permet d’écrire qu’une sortie de 1 Ampère par an provoque la corrosion de 10 kg de fer.

b) Protection: Toute entrée du courant de l’électrolyte vers la pièce métallique ( cathode ) empêche la mise en solution du métal en créant une accumulation de charges négatives vers celui-ci.

c)Potentiel: Le fait qu’un métal soit protégé implique que son potentiel, par rapport à l’électrolyte, soit abaissé ( conséquence de l’entrée de courant ).

Exemple: Dans un terrain normal, on considère que le potentiel de - 850 mV, lu par rapport à une électrode Cu / Cu SO4 indique que l’acier est suffisamment protégé. Ce potentiel correspond à la mise en solution de 10-3 ions de Fe++ / litre.

d)Courant de protection: Afin de limiter au maximum le courant devant pénétrer dans le métal pour le protéger, on entoure la pièce métallique d’un isolant.

Exemple: Afin de protéger un pipe-line bien isolé, situé dans un terrain normal, le passage d’un courant de 0,1 mA/m² suffit pour créer une chute de tension de l’ordre de 300 mV à travers l’isolant et, de ce fait, amener le potentiel du pipe-line à - 850 mV environ.

Notons que pour protéger cathodiquement du fer non isolé, la densité de courant nécessaire serait de l’ordre de 100 mA/m².

3.3.2 PROTECTION CATHODIQUE
Le principe de base d’une protection cathodique de pipe-line peut se résumer comme suit:

a) Provoquer une entrée de courant suffisant, tout au long de la canalisation.

- Soit par soutirage ( FIG 2-77 )
- Soit par l’installation d’une anode réactive ( FIG 2-78 )



b) Empêcher les sorties de courant du pipe-line vers le sol. Ces sorties de courant se présentent principalement lorsque les courants vagabonds d’origines diverses circulent dans le pipe-line ( ex. chemin de fer électrique, …). Il convient alors de drainer ces courants vagabonds au moyen d’une liaison galvanique et les ramener au pôle négatif de leur source.


Si le drainage n’existait pas, le courant vagabond devrait retourner à la sous-station en passant à travers le sol et en corrodant le pipe-line.

Remarque: Certains postes de drainage laissent passer des courants de l’ordre de 400 A. La suppression du drainage provoquerait la disparition de 10 kg d’acier en moins d’une journée.

3.3.3 JOINTS ISOLANTS


Des joints isolants ou des tronçons isolants seront placés aux endroits où la canalisation sort du sol. Le shuntage de la partie se trouvant hors du sol, sera réalisé au moyen de câbles souples isolés, d’une section de 16 mm², soudés sur le pipe-line avant les joints isolants et ramenés dans un coffret à borne accessible.

Il sera également prévu des joints isolants aux extrémités d’un tronçon de pipe-line parallèle à une ligne électrique aérienne H.T.

Dans le cas précis où le fluide transporté serait trop conducteur, on pourrait interdire de placer des joints isolants ( HAZOP nécessaire dans ce cas ).

Description et montage

a) Joint isolant avec brides RF ( DIN ou ASA ) Fig 2-80

Matière: Toile bakelisée ( géarite ) pour les fourreaux + rondelles isolantes

Les joints d’étanchéité seront réalisés dans une matière résistant au fluide véhiculé. La qualité des boulons ou tiges filetées seront fonction du Pn et de la matière des brides ( voir première partie )


b) Capots de joint isolant: FIG 2-81. Protection des joints des éléments extérieurs tels que l’eau, ou autres liquides ou encore des chocs.

Les capots sont généralement en néoprène donc isolants et imputrescibles.

3.3.4 DISPOSITIONS GENERALES POUR LA POSE D'UNE PROTECTION

CATHODIQUE



1. Remarques générales: Les dispositions que nous verrons ci-après, seront peu onéreuses, si elles sont appliquées au moment de la pose de la canalisation et ne sont d’application que pour les tronçons enterrés de canalisation et reposent sur 3 principes de base:

a) Accessibilité à la conduite en l’équipant de prises de potentiel en différents endroits.

b) Obtention d’un isolement électrique maximum vis-à-vis du sol, des installations auxquelles la conduite est raccordée, des structures enterrées voisines.

c) La continuité électrique des tronçons de conduite devant être protégée.

2. Accessibilité à la conduite: Afin de pouvoir effectuer le contrôle de l’efficacité de la protection cathodique d’une conduite, il y a lieu de prévoir sur celle-ci des prises de potentiel tous les 1000 m environ. Les prises sont constituées par un câble PVC de section minimum équivalente de 10 mm² de cuivre soudé sur la conduite ( à l’étain ) et ramené à la surface du sol, dans un potelet, par exemple.

3. Isolement électrique de la conduite:

a) La conduite doit être pourvue d’un revêtement isolant qui doit pouvoir supporter une tension d’épreuve de 10 kV. On peut pratiquement admettre qu’un revêtement bien appliqué, constitué de couches alternées de fibre de verre et d’asphalte d’une épaisseur totale de 4 mm, satisfait à cette épreuve.

b) Avant la mise en fouille, l’état du revêtement isolant doit être soigneusement contrôlé, les défauts éventuels doivent être réparés. Le remblayage de la fouille doit être effectué avec du terrain meuble ( du sable de préférence ).

c) Il y a lieu de proscrire tout contact avec d’autres structures métalliques enterrées ( conduites, câbles, armatures en béton etc. )

En conséquence: - Une distance minimum de 20 cm doit être respectée entre la conduite à protéger et une structure (ou une autre conduite). En cas de croisement ou de parallélisme trop rapproché, il y a lieu d’interposer un matériau imputrescible entre les 2 structures (Néoprène, PE, … )

- Dans le cas où la conduite traverse une maçonnerie en amont d’un joint isolant, il y a lieu de veiller attentivement que son revêtement isolant soit particulièrement soigné et qu’aucune armature métallique ( ex. béton armé ) soit en contact avec elle.


- La conduite doit être isolée électriquement par un matériau isolant, de tout support métallique ou du massif le supportant.
d) La conduite doit être isolée au moyen de joints isolants

( JL ) de toutes les installations auxquelles elle est raccordée. Ceux-ci seront placés dans la mesure du possible en aérien et à l'extérieur des bâtiments.

Dans le cas où le joint est inaccessible ( joint enterré ou placé à l'extérieur des bâtiments habituellement fermé ).

Deux câbles PVC d'une section minimum équivalente à 10 mm² de cuivre doivent être soudée de part et d'autre de celui-ci et ramenée dans un coffret aisément accessible pour effectuer un contrôle ( joint ).

e) Lorsque la conduite est posée dans une gaine métallique, il y a lieu de renforcer le revêtement isolant du tronçon posé dans la gaine et d’isoler la conduite de cette gaine par interpositions d’éléments isolants concentriques. Deux prises de potentiel seront soudées respectivement sur la conduite et sur la gaine et ramenés à la surface du sol dans un potelet ou une bouche à clef ( FIG 2-82 ).

4. Continuité électrique: Tout tronçon de canalisation entre 2 joints isolants doit être électriquement continu. toutes les pièces à brides et / ou à emboîtement doivent être shuntées au moyen d’un conducteur isolé, soudé de part et d’autre de la discontinuité. La section du conducteur sera équivalente à 16 mm² de cuivre.



5. Proximité d’autres "structures métalliques" : Une conduite protégée cathodiquement peut influencer défavorablement le potentiel électrique d’autres ‘’ structures ‘’ enterrées avoisinantes ( conduites, câbles électriques ou téléphoniques, réservoirs, … ) et occasionner dans certains cas des corrosions.
Il est don souhaitable:

a) D’assurer l’isolation électrique de ces canalisations afin de les protéger cathodiquement;

b) Et / ou prévoir des liaisons d’équilibre entre les diverses structures adjacentes. Ces liaisons étant constituées par des prises de potentiels placées sur chacune des canalisations.
 
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