Top Banner
Infrastructure Access Reports Infrastructure: FHIWES Offshore Field Test Facilities Assessment and mitigation of Marine Corrosion in metallic components in Marine Renewable Energy (MRE) devices (Phase 2) UserProject: CoMaRE Phase 2 CTCCENIMTECNALIA Marine Renewables Infrastructure Network Status: Final Version: 01 Date: 15Nov2013 EC FP7 “Capacities” Specific Programme Research Infrastructure Action
19

Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

Nov 25, 2018

Download

Documents

dangmien
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

 

 

 

Infrastructure Access Reports 

Infrastructure: FH‐IWES Offshore Field Test Facilities 

Assessment and mitigation of Marine Corrosion in metallic components in Marine Renewable Energy 

(MRE) devices (Phase 2)  User‐Project: CoMaRE Phase 2 

 

CTC‐CENIM‐TECNALIA  

 

Marine Renewables Infrastructure Network

Status:  Final Version:  01 Date:    15‐Nov‐2013 

 

EC FP7 “Capacities” Specific Programme Research Infrastructure Action 

Page 2: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 2 of 19 

ABOUTMARINETMARINET (Marine Renewables  Infrastructure Network for emerging Energy Technologies)  is an EC‐funded network of research centres and organisations that are working together to accelerate the development of marine renewable energy ‐ wave, tidal & offshore‐wind.  The initiative is funded through the EC's Seventh Framework Programme (FP7) and runs for four years until 2015.  The network of 29 partners with 42 specialist marine research facilities is spread across 11 EU countries and 1 International Cooperation Partner Country (Brazil).  MARINET  offers  periods  of  free‐of‐charge  access  to  test  facilities  at  a  range  of  world‐class  research  centres.  Companies and research groups can avail of this Transnational Access (TA) to test devices at any scale in areas such as wave energy,  tidal energy, offshore‐wind  energy  and environmental data or  to  conduct  tests on  cross‐cutting areas such as power take‐off systems, grid integration, materials or moorings.  In total, over 700 weeks of access is available to an estimated 300 projects and 800 external users, with at least four calls for access applications over the 4‐year initiative.  MARINET  partners  are  also  working  to  implement  common  standards  for  testing  in  order  to  streamline  the development process, conducting research to  improve testing capabilities across the network, providing training at various facilities in the network in order to enhance personnel expertise and organising industry networking events in order to facilitate partnerships and knowledge exchange.  The aim of the initiative is to streamline the capabilities of test infrastructures in order to enhance their impact and accelerate the commercialisation of marine renewable energy.  See www.fp7‐marinet.eu for more details.  

Partners  Ireland 

University College Cork, HMRC (UCC_HMRC) Coordinator 

 

Sustainable Energy Authority of Ireland (SEAI_OEDU)  

 Denmark 

Aalborg Universitet (AAU)  

Danmarks Tekniske Universitet (RISOE)  

 France 

Ecole Centrale de Nantes (ECN)  

Institut Français de Recherche Pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER) 

 

 United Kingdom 

National Renewable Energy Centre Ltd. (NAREC)  

The University of Exeter (UNEXE)  

European Marine Energy Centre Ltd. (EMEC)  

University of Strathclyde (UNI_STRATH)  

The University of Edinburgh (UEDIN)  

Queen’s University Belfast (QUB)  

Plymouth University(PU)  

 Spain 

Ente Vasco de la Energía (EVE)  

Tecnalia Research & Innovation Foundation (TECNALIA) 

 Belgium 

1‐Tech (1_TECH)  

 

NetherlandsStichting Tidal Testing Centre (TTC)  

Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland (ECNeth)  

Germany Fraunhofer‐Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V (Fh_IWES)  

Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover (LUH)  

Universitaet Stuttgart (USTUTT)  

Portugal Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas (WavEC)  

Italy Università degli Studi di Firenze (UNIFI‐CRIACIV)  

Università degli Studi di Firenze (UNIFI‐PIN)  

Università degli Studi della Tuscia (UNI_TUS)  

Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR‐INSEAN)  

Brazil Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A. (IPT)  

Norway Sintef Energi AS (SINTEF)   

Norges Teknisk‐Naturvitenskapelige Universitet (NTNU)  

Page 3: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 3 of 19 

DOCUMENTINFORMATIONTitle  Assessment  and  mitigation  of  Marine  Corrosion  in  metallic  components  in  Marine 

Renewable Energy (MRE) devices (Phase 2) 

Distribution  Public 

Document Reference  MARINET‐TA2‐CoMaRE Phase 2 

User‐Group Leader, Lead Author 

 

David Fernández  de Rucoba 

CTC 

Phone: +34 942 76 69 76 Email: [email protected]

User‐Group Members, Contributing Authors 

 

Raúl Rodriguez Arias  CTC Daniel de la Fuente  CENIM Manuel Morcillo  CENIM Jean Baptiste Jorcin  TECNALIAMarta Tejero Gracia  TECNALIAVirginia Madina ArreseTECNALIA

Infrastructure Accessed:  FH‐IWES Offshore Field Test Facilities 

Infrastructure Manager (or Main Contact) 

Hanno Schnars 

 

REVISIONHISTORYRev.  Date  Description  Prepared by 

(Name) Approved By Infrastructure 

Manager 

Status (Draft/Final)

00  25/10/2013  Draft for Approval  DFR    Draft 

02  25/11/2013  Approved  DFR  Y  Final 

           

 

Page 4: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 4 of 19 

ABOUTTHISREPORTOne of the requirements of the EC in enabling a user group to benefit from free‐of‐charge access to an infrastructure is  that  the  user  group must  be  entitled  to  disseminate  the  foreground  (information  and  results)  that  they  have generated under the project in order to progress the state‐of‐the‐art of the sector.  Notwithstanding this, the EC also state  that  dissemination  activities  shall  be  compatible  with  the  protection  of  intellectual  property  rights, confidentiality obligations and the legitimate interests of the owner(s) of the foreground.  The aim of this report is therefore to meet the first requirement of publicly disseminating the knowledge generated through this MARINET infrastructure access project in an accessible format in order to: 

progress the state‐of‐the‐art 

publicise resulting progress made for the technology/industry 

provide evidence of progress made along the Structured Development Plan 

provide due diligence material for potential future investment and financing 

share lessons learned 

avoid potential future replication by others 

provide opportunities for future collaboration 

etc. In  some  cases,  the  user  group may  wish  to  protect  some  of  this  information  which  they  deem  commercially sensitive, and so may choose to present results in a normalised (non‐dimensional) format or withhold certain design data – this is acceptable and allowed for in the second requirement outlined above.  

ACKNOWLEDGEMENTThe work  described  in  this  publication  has  received  support  from MARINET,  a  European  Community  ‐  Research Infrastructure Action under the FP7 “Capacities” Specific Programme.  

LEGALDISCLAIMERThe views expressed, and responsibility for the content of this publication, lie solely with the authors.  The European Commission is not liable for any use that may be made of the information contained herein.  This work may rely on data from sources external to the MARINET project Consortium.  Members of the Consortium do not accept liability for loss or damage suffered by any third party as a result of errors or inaccuracies in such data.  The information in this document is provided “as is” and no guarantee or warranty is given that the information is fit for any particular purpose.    The  user  thereof  uses  the  information  at  its  sole  risk  and  neither  the  European  Commission  nor  any member of the MARINET Consortium is liable for any use that may be made of the information. 

Page 5: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 5 of 19 

EXECUTIVESUMMARY Degradation due to the environment in marine devices and components is one of the main issues facing the offshore industry, and  is an even greater  issue  in devices with a high degree of autonomous operation.  In  this  report, an ongoing research and experimental project is presented. The project CoMaRE ‐Assessment and mitigation of marine Corrosion  in metallic components  in Marine Renewable Energy  (MRE) devices‐  is  focused  in  the assessment of  the marine  corrosion phenomena on metallic  components  in MRE devices  from  a practical  point of  view  and  in  the evaluation  of  different  candidate  Corrosion  Protection  Techniques  for metallic  components.  This  project  has  an estimated duration of two years; therefore several phases are needed to achieve the desired results.   During the second phase of the CoMaRE project the main activity has been the installation at Helgoland of the main part  of  tested  coupons  in  field,  and  the  preparation  of  tests  in  atmospheric  condition  in  the  CTC  building.  The specimens tested against corrosion cover a wide range of components used in devices such as mooring chains, fibre ropes,  and  steel  plates,  among  others.  The  trials  at  the  IWES‐Fraunhofer  offshore  field  test  facilities  have  been developed  in  the  North  Sea  at  the  Helgoland  Island  (Germany)  and  the  first  results  have  been  obtained.    The cumulative environmental  loads at  this offshore  test  site differ considerably  from  the  loads on  these materials  in laboratory  tests. The materials are  subjected  to extreme offshore conditions:  temperature  fluctuations,  increased UV radiation, exposure to seawater, biologically induced corrosion and mechanical loads. Mooring chains slide (with and without a Thermally Sprayed Aluminium coating –TSA‐), pieces of fibre ropes of different diameters, steel plates and polymer composite specimens are being tested at the offshore test rig in diverse marine conditions (tidal, splash and submerged) and atmospheric in the CTC´s facilities.  Uncoated  coupons  have  exhibited  corrosion  processes  in  splash  zone; meanwhile  all  the  coupons  have  shown appreciable  marine  growth  in  tidal  and  submerged  zone.  Composite  tensile  coupons  have  shown  different behaviour,  the  ones  with  Multi  Walled  Carbon  NanoTubes  (MWCNT)  dispersed  in  the  polyester  matrix  have improved their resistance to degradation in the marine environment.   

  

Page 6: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 6 of 19 

CONTENTS  

1  INTRODUCTION & BACKGROUND .................................................................................................................... 7 

1.1  INTRODUCTION .................................................................................................................................................... 7 1.1.1  Task 1 Test plan detailed ............................................................................................................................. 7 1.1.2  Task 2 Field tests ......................................................................................................................................... 7 1.1.3  Task 3 Accelerated tests at laboratory ........................................................................................................ 7 1.1.4  Task 4 Laboratory analysis and correlation ................................................................................................ 8 1.1.5  Task 5 Preparation for 3rd Call ..................................................................................................................... 8 1.1.6  Task 6 Dissemination ................................................................................................................................... 8 1.2  DEVELOPMENT SO FAR .......................................................................................................................................... 8 1.2.1  Plan For This Access ..................................................................................................................................... 8 

2  OUTLINE OF WORK CARRIED OUT .................................................................................................................... 9 

2.1  SETUP ................................................................................................................................................................. 9 2.2  TESTS ............................................................................................................................................................... 11 2.2.1  Test Plan .................................................................................................................................................... 11 2.3  RESULTS ............................................................................................................................................................ 16 2.4  ANALYSIS & CONCLUSIONS ................................................................................................................................... 16 

3  MAIN LEARNING OUTCOMES ......................................................................................................................... 16 

3.1  PROGRESS MADE ............................................................................................................................................... 16 3.1.1  Progress Made: For This User‐Group or Technology ................................................................................. 17 3.1.2  Progress Made: For Marine Renewable Energy Industry .......................................................................... 17 3.2  KEY LESSONS LEARNED ........................................................................................................................................ 17 

4  FURTHER INFORMATION ................................................................................................................................ 17 

4.1  SCIENTIFIC PUBLICATIONS .................................................................................................................................... 17 4.2  WEBSITE & SOCIAL MEDIA ................................................................................................................................... 18 

5  REFERENCES ................................................................................................................................................... 18 

 

Page 7: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 7 of 19 

1 INTRODUCTION&BACKGROUND

1.1 INTRODUCTIONDegradation due to the environment in marine devices and components is one of the main issues facing the offshore industry, and is an even greater issue in devices with a high degree of autonomous operation. This project is focused on  the practical  aspects of one degradation mechanism:  corrosion of metallic  components  in Marine Renewable Energy devices.  The selected testing infrastructure is unique in the MaRINET consortium and also across Europe, as it is located in a real offshore environment. As the main objectives of the project are to assess the marine corrosion mechanisms and to evaluate different candidate corrosion protection techniques, it is essential to carry out the tests in real extreme conditions.  The  technological  and  scientific  support  offered  by  the  well‐experienced  staff  of  the  selected  infrastructure  is another  reason  to propose  the access  to  these  test  facilities. Taking  into account  the scientific background of  the User Group  (UG),  it  is expected  that as a  result of  this project,  further  lines of collaboration and  research will be established between the institutions.  In the following points the tasks for Phase 2 of the project are shown. These tasks have been done during the Call 2 access period (01/02/2013‐31/07/2013). 

1.1.1 Task1TestplandetailedModification and  coordination of  test plan according  to  the  changes  in  the  samples  to be  tested at  the FH  IWES offshore field test facilities. 

1.1.2 Task2FieldtestsThe objective of this task is testing several samples for assessing the marine corrosion rate at the offshore field test facilities. Below some examples that were described in the proposal for phase 2 are listed (non exhaustive):  

• MCI (Marine Corrosivity Index) coupons [1]. • Bimetallic unions: i.e. plates • Bolts and tensors • Standards coupons with and without coatings. • Typical steel construction details (mooring systems: chains, fibre ropes...). • Coupons for accelerated tests.  

The components really tested during phase 2 are included in section 1.1.6.  Field tests also have included the development of atmospheric corrosion tests on the CTC building. These tests have the aim to correlate with the offshore marine tests. To achieve it, we will make use of climatic data of the different locations. 

1.1.3 Task3AcceleratedtestsatlaboratoryOnce the field tests are finished, the samples will be analyzed applying standard practices  in the Laboratory. These studies will mainly consist of chemical analysis of the corrosion products, weight loss evaluation and microstructural characterization  of  the  samples  by means  of optical  and  scanning  electron microscopy. A  general morphological evaluation of the samples will also be carried out in order to identify the corrosion phenomena suffered. 

Page 8: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 8 of 19 

1.1.4 Task4LaboratoryanalysisandcorrelationFinally, and to some extent, depending on the time of exposure of the samples during Phase 3, some correlations with empirical models of corrosion rate will be done. 

1.1.5 Task5Preparationfor3rdCallPreparation of the proposal for the 3rd call of MaRINET has been made.  It’s needed to continue the project as the duration of the field test exceeds the time of the previous calls. 

1.1.6 Task6DisseminationIt’s planned to attend to a European congress and write some scientific articles based on the experiences of this and the following phases.  Expected results for the entire project: 

Development  of  technical  and  practical  solutions  for mitigation  of  the  degradation  due  to  corrosion  of marine metallic components for MRE devices. 

Identification of the most appropriate Protection Technique for each Material/Component. 

Dissemination of the corrosion rate in several (depending on the number of test sites) offshore areas. 

Presentation and publication of results in international corrosion congresses and journals is intended. 

To establish further lines of collaboration and research between the partners and the selected institution in marine corrosion assessment and mitigation. 

1.2 DEVELOPMENTSOFAR

1.2.1 PlanForThisAccessThe  tasks of  the Phase 2 of  the project are herein  referred, and  their development  so  far  in  this access  is shown below: 

1.2.1.1 Task1Testplandetailed This  task  has  been  completed  during  the  previous  phase,  though  it  is  an  ongoing  activity  in  order  to  fix minor differences between the planned and the real work at the test field. Also, some new tests have been added to the already planned tests.  

1.2.1.2 Task2FieldtestsThe components tested so far include:  

•Standards coupons without coatings. •Mooring systems: chains with and without coatings, fibre ropes with steel core. •Coupons of composite polyester with and without carbon nanotubes  •Coupons of composite pre‐preg epoxy reinforced with fibre glass (new in this phase).  •CLIMAT coupons to obtain different corrosivity indexes [1] (new in this phase). •Coupons for accelerated tests. •Reference un‐aged coupons.  

1.2.1.3 Task3AcceleratedtestsatlaboratoryThis  task  is  still  in  progress.  Several  coupons  have  been  prepared  for  this  task.  Stress‐strain  curves  have  been obtained from un‐aged composite coupons in the first phase. Besides, in this second phase, stress‐strain curves have been obtained for exposed composite coupons.  

Page 9: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 9 of 19 

1.2.1.4 Task4LaboratoryanalysisandcorrelationTo be done in the following phases of the Project.  

1.2.1.5 Task5Preparationfor3rdCallThe proposal for the 3rd Call was prepared and it was approved and now the new activities have already started for this new Phase. 

1.2.1.6 Task6DisseminationA poster titled “First experiences  in the assessment and mitigation of marine corrosion  in metallic components for Marine Renewable Energy devices” have been presented  to EUROCORR 2013  (www.eurocorr2013.org) about  first and second phase experiences.    On the webpage of the CTC, a reference is included to this project.   

2 OUTLINEOFWORKCARRIEDOUT

2.1 SETUP

The recent work continues the one started in CoMaRE Phase 1 [2]. 

Visit No.3 (2nd week of June/13) 

The purpose of the visit was to place some new coupons and to check the ongoing corrosion tests at the Helgoland facilities. In Figure 2.1, several coupons are shown which have been prepared for exposure in the splash zone at the facility.   The main activities were related to preparation and installation of new coupons, which have been transported to the island previously. 36 coupons obtained  from slices of mooring chain  (18 with and 18 without TSA) were  installed. Another 6 coupons of composite pre‐preg material attached to 2 nylon supports were also screwed to the frames in 2 different marine environments. With the aim of obtaining the marine corrosivity index (MCI) in the splash zone a CLIMAT coupon was  installed at  the Fraunhofer  IWES  facilities. Finally,  the exposed composite polyester coupons (with and without nanotubes) were removed and transported to the CTC, because their exposure time has finished. Installed coupons:  

Splash Zone: 13 coupons. One of them is a composite epoxy group of coupons, formed of 3 samples each. 

Tidal Zone:  13 coupons. One of them is a composite group of coupons, formed of 3 samples each. 

Submerged zone: 12 coupons. They were placed below low tide. 

 

In the Table 2.1 it’s summarized the number of different specimens situated on the rig after the visit.  

Zone\Coupon type  Composite  Chain slides  Fibre ropes  Plates  CLIMAT 

Splash  1(3)  16  12  3  1 

Tidal  1(3)  16  12  3  ‐ 

Submerged  ‐  16  ‐  3  ‐ 

Table 2.1 Number of coupons fixed on the test rig for each exposition zone after the visit No. 3. 

 

Page 10: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 10 of 19 

 

Figure 2.1 Coupons of Phase 2 already located in the frame for testing in the splash zone (chain slides, composite prepreg, and a CLIMAT coupon). 

 Installation on the CTC building roof  A  wood  framework  with  several  composite  coupons  (pre‐preg  and  polyester)  and  a  CLIMAT  coupon  has  been installed on the roof of the CTC building. The 9 coupons were screwed to the wood framework with 45º degree angle with  the  vertical direction and oriented  to  the  SW. They are  isolated  from  the wood by  a  rubber washer. These composite  coupons will be  exposed  to  the  atmospheric  conditions  for  a  12 month  period.  In  the  Figure  2.2  the installation is observed. Installed coupons are summarized in Table 2.2 .  

Zone\Coupon type  Composite Polyester  Composite Epoxy  CLIMAT 

Atmospheric  6  3  1 

Table 2.2 Number of coupons fixed on the roof of the CTC building in Phase 2. 

 

 

Figure 2.2 Composite coupons of Phase 2 already located in the wood frame for testing in atmospheric condition. 

Page 11: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 11 of 19 

 

2.2 TESTS

2.2.1 TestPlan During this Second Phase of the project, we have followed the previous test plan [2], which served as a basis for the tests which will be followed in the upcoming phases. The next phases are necessary in order to be able to obtain a more clear correlation between field tests and the accelerated ones at laboratory.  As part of the development of the project, the three companies (Degima, Vicinay Cadenas and Itsaskorda) that were testing their components “in kind” continued the tests and in the case of Vicinay Cadenas provided a greater number of coupons than in the previous phase [2]. Similarly, CTC also prepared a new series of composite samples with the material  provided  by  CENER  in  the  research  Alliance  EERA  Joint  Programme  on Wind  Energy  (http://www.eera‐set.eu/index.php?index=23 ).  Therefore, the scope of this chapter is to detail the testing program for Phase 2, after the Phase 1 of the project and explain the system of control and traceability of the samples that will continue throughout the entire test program. It has  been  taken  into  account  the  changes  between  the  Phase  1  and  Phase  2,  as  the  project  has  evolved.  The information about these coupons has been registered into a database, to control the tests. The samples and coupons have  been  prepared,  labelled,  measured  and  registered  in  the  CTC  Laboratory  before  being  exposed  to  each corrosion zone. One example of an archive of the database is shown in the Appendices.  CENIM and TECNALIA will start their activities in the third phase.   

2.2.1.1 Descriptionofthecoupons As previously described [2], the IWES Fraunhofer operates a marine corrosion tests facility  in the  inner side of the seawall of Helgoland’s harbour. The frame typically used to mount the samples is shown in the following figure:  

 

Figure 2.3  Typical frame used to mount specimens. 

 A plane is included below with the dimensions of the metal specimens which usually are bolted to the frame.  In the southwest seawall of Helgoland’s harbour there are three different areas that can be classified attending the accepted criteria [3],[4] in marine corrosion: Splash zone, Tidal zone and Submerged zone.   

Page 12: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 12 of 19 

 

Figure 2.4 Typical metallic coupons for Helgoland test area. 

 As mentioned above, there are three companies that work with the CTC  in the scope of this project and each one have provided a different  type of  test  focused on  the  typical products  they manufacture.  In  the Figure 2.5  typical examples of these samples are shown.  

DEGIMA

Itsaskorda

Vicinay Cadenas

CTC

Figure 2.5 Type of coupons tested. 

 

Page 13: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 13 of 19 

2.2.1.2 CodingandlabellingsystemofthecouponsTo keep track of each of the specimens to be manufactured and tested throughout the test program, a single file is used. In the Appendices a current file of a coupon, is included as an example.  Also, each of the specimens will be associated to an internal code to be traceable; all their tests will be detailed and related to the Test Plan. The following items have been considered in the code for each coupon:  

CPX = CoMaRE Phase X (X=1,2,3,..) 

ENT = Entity 

CTC  CTC 

DEG  Degima 

ITS  Itsaskorda 

VIC  Vicinay Cadenas 

MM = Sample number: Correlative number for each project and entity. The number 00  is reserved for the 

case that the sample is not known.  

TYP = Kind of coupon 

PLN  Plate Naked 

PLC  Plate Coated 

CHN  Chain Naked 

CHC  Chain Coated 

FRN  Fiber Rope Naked 

FRC  Fiber Rope Coated 

CLI  Climat 

COM  Composite 

PPG  Prepreg composite (new) 

OTH  Other 

ENV = testing place and environment. 

MSU  Marine Submerged (Helgoland) 

MTI  Marine Tidal (Helgoland) 

MSP  Marine Splash (Helgoland) 

ATH  Marine Atmospheric (Helgoland) 

ATC  Marine Atmospheric (CTC) 

ATD  Marine Atmospheric (Degima) 

LAB  Laboratory (CTC) 

XXX = Correlative coupon number. 

 Finally, each specimen shall be labelled with the appropriate tools to identify them throughout testing. The code that will appear on each label is removed from the entire code indicating the first number, the sample and the next, the number of coupon and the type environment and corrosive exposition  is also    indicated   with a  letter  (P sPlash, T Tidal and S Submerged) and time months exposure (6, 12, 18 or 24 months). This system was selected for labelling with a not too long code on a specimen subjected to a corrosive environment. The following example illustrates how to proceed in a particular case.  Suppose that the company Degima is interested in testing the corrosion effect in the splash zone during two years of two different coupons, with and without  coating, both  from  the  same  steel plate  ("sample"). The  code and  label corresponding to the uncoated specimen can be read in the following figure. 

Page 14: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 14 of 19 

 

 

Figure 2.6 An example of coding and labelling. 

 

2.2.1.3 Phase1&Phase2testcouponsforCTCThe CTC following the test plan [2] has fabricated, prepared and tested the following specimens along Phase 2:  

Polyester Composite Specimens  (Polyester matrix  reinforced with glass  fibre  textile) with and without addition of carbon nanotubes, 280x25x4 mm specimen size, screwed on a specimen support of 400x90 mm size made of Nylon to be placed  in the Helgoland facility. The coupons exposed  in Helgoland were removed and tested  in the CTC  laboratory to obtain the variation of mechanical properties and weight gain. 

New Epoxy Composite (Reinforced Epoxy matrix with CF using Prepreg tecnology) were  installed  in the same  configuration 300x25x4 mm  specimen  size,  screwed on a  specimen  support of 400x90 mm  size made of Nylon to be placed in the Helgoland facility. 

CLIMAT  Coupons  [1]:  they were  prepared  by  CENIM  and  later  they’re  located  in  the  splash  zone  in Helgoland and on the roof of the CTC building. These standard coupons are widely used for the analysis of the corrosivity in different atmospheric conditions [5]‐[7]. 

 The specimens in the CTC prepared during this phase are classified according to Table 2.3.   

  Helgoland (400x90mm)  CTC 

Splash   Tidal  SubmergedAtmospheric (280x25mm) 

Lab. (250x25mm) 

Composite(Polyester+GF)  1(3)  1(3)  1(3)  3  6 

Composite (Polyester+GF) + MWCNT  1(3)  1(3)  1(3)  3  6 

Composite (Epoxy+GF Prepreg)  1(3)  1(3)  1(3)  3  6 

CLIMAT  1  ‐  ‐  1  ‐ 

Table 2.3 Number of coupons planned in the phase 1 & phase 2 (bold) for each exposition zone fabricated at CTC. 

 

Muestra 01 (Sample)

Probetas (Coupon)

PLC‐001

PLC‐004

PLN‐001

Código de la probetaCP1‐DEG‐01‐PLN‐SP‐001Etiqueta de la probeta

D01001

TIDAL (4m aprox.)

SUBMERGED(1.5m aprox.)

SPLASH (5m aprox.)

Code:CP1‐DEG‐01‐PLN‐SP‐001 Label: 1.1P24 

Page 15: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 15 of 19 

 CTC has checked and verified the coupons of the rest of the companies before they were installed at Helgoland. 

2.2.1.4 Phase1&2testcouponsforDegimaThe set of coupons of Phase 1 continued been tested during Phase 2 and they are summarized  in Table 2.4. More test coupons are expected to be prepared in the 3rd Phase.  

  Helgoland (400x90mm)  CTC 

Splash   Tidal  Submerged Atmospheric (400x90mm) 

Lab. (150x75mm)

Uncoated Plate (S355J2+N)  3  3  3  ‐  ‐ 

Table 2.4 Number of coupons exposed in the phase 2 for each zone fabricated at Degima. 

 

2.2.1.5 Phase1&2testcouponsforItsaskordaThe specimens exposed  to environmental conditions  in  the case of  Itsaskorda consist on  rope segments of 30 cm length, making a total of 8 specimens for each type of rope. The rope types to be studied are classified as Seine Rope (46 mm diameter) Malleta (38 mm diameter) and Combirope (18 mm diameter)  As commented in [2] they are located in tidal and submerged areas, and they will have two different ageing times: 12 and 24 months  (so  they will continue being  tested during next phases). The Table 2.5 contains  the number of each type of rope specimen as well as the exposure environment.   

  Helgoland   CTC 

Splash   Tidal  Submerged  Atmospheric   Lab. 

Seine Rope  Ø46  ‐  4  4  ‐  ‐ 

Malleta Ø38  ‐  4  4  ‐  ‐ 

Combirope Ø18  ‐  4 4 ‐  ‐ 

Table 2.5 Number of coupons planned in phase 1 for each exposition zone fabricated at Itsaskorda. 

 

2.2.1.6 Phase1&Phase2testcouponsforVicinayCadenasIt’s planned to expose to different marine environments samples of Vicinay’s high strength steel chain  links. These coupons are extracted  from  the  side of Vicinay’s chain  links which are used  to moor offshore  floating  structures.  There are two options, an uncoated R3S high strength steel and a R3S high strength steel coated with TSA. They sum a total of 12 specimens divided between the splash, tidal and submerged environments in this first phase as shown in Table 2.6.  They were sectioned with the approximate dimensions of the specimen which  IWES Fraunhofer uses at Helgoland but with  a  curved  surface  (400x90x12 mm)  of  radius  (approximately  157 mm).  The  thickness  of  TSA  sprayed  is around 200 nm, covered with a protective polyurethane coating. The initial coupons are expected to be exposed to different marine conditions for 24 months, and the ones installed in this Second Phase for 18, 12 and 6 months.   

  Helgoland   CTC 

Splash   Tidal  Submerged  Atmospheric   Lab. 

HSS  2+6  2+6  2+6  ‐  ‐ 

Coated HSS with TSA  2+6  2+6  2+6  ‐  ‐ 

Table 2.6 Number of coupons planned in the phase 1 & phase 2 (bold) for each exposure zone fabricated at Vicinay Cadenas. 

Page 16: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 16 of 19 

 

2.3 RESULTSThe main result of the project so far, is the assessment of the increment of weight and the variation of the strength of the polyester fibre reinforced composite material in unexposed and exposed sites; and the observations made at the field to all the exposed coupons after the first phase.  Currently, we haven’t developed any correlations between accelerated tests and the  field ones, mainly because  field tests which require a  longer time span haven’t  finished. The results (maximum stress and maximum deformation) of tensile testing of the unexposed vs. exposed coupons are  presented  in  18[8].  The  tensile  tests  followed  the  EN  ISO  527‐1  Standard  [9].  The  aged  coupons  had  been exposed during 8,5 months  in  the  three environmental  conditions  (splash,  tidal    and  submerged)  and  they were tested  dry.  The  fouling  of  the  coupons  was  cleaned  before  testing.  The  results  of  these  tests  showed  less environmental effect in composite material with MWCNT addition.  The net weight gain was also measured  in both type of polyester coupons and the results showed  less gain  in the case of MWCNT addition, in general. Particularly, this effect was more noticeable in tidal zone.  In the last inspection, it was found that several specimens showed signs of oxidation and rusting processes as it can be observed in [8]. Marine growth was also observed in the tidal and submerged zone.   

2.4 ANALYSIS&CONCLUSIONSFrom  the  visual  inspection  of  the  coupons  and  the  tensile  tests  we  conclude  that  the  corrosion/degradation processes have developed  in the specimens  located  in the different zones, more significantly  in uncoated ones.  In fact, submerged and tidal specimens also showed marine growth. Sorted by type of coupon:  

1. Composite  polyester  coupons:  no  major  surface  chalking  or  degradation  damage  on  field  test,  some whitening  around  fibre  glass  was  observed  in  coupons  without  MWCNT  addition.  In  Submerged  zone specimens showed marine growth, but  less than metallic coupons. However, the composite coupons were more covered by algae than metallic ones in the tidal zone. The addition of multi‐walled carbon nanotubes (MWCNT) has decreased the mean loss of mechanical properties due to natural weathering in all the marine environments.    This  loss  is more  relevant  in  submerged  coupons,  so  it  could  be  related with  algae  and microbial activity. The effect of unsealed edges of the coupons has been discussed, but it has been studied that  the  sealed  edges  don´t  have  any  relevant  effect  on water  gain  [10],  and  in  some  cases,  scratches, erosion and damages of the composite could appear during the MRE device service life [11]. Generally, less weight gain was also observed in the case of coupons with MWCNT.  

2. Steel plate coupons: showed noticeable rusting and fouling (in submerged and tidal), as expected.  

3. Fibre rope coupons: marine growth was observed in the tidal zone and some rusting in the metal core of the edges of the ropes.  

4. Coupons  from  the offshore chain: clear  rusting  in uncoated ones, while  the coated ones showed  relevant degradation of the coating (TSA), specially in the tidal and submerged zone.   

3 MAINLEARNINGOUTCOMES

3.1 PROGRESSMADEAll the planned coupons  in the test plan have been screwed to the marine test rig and to the atmospheric test rig. We have exposed all the coupons planned by the UG for this phase. The UG have already agreed to prepare them for 

Page 17: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 17 of 19 

the next phases. Laboratory tests haven’t started yet but  it’s possible to carry them during the next phases. Some results in composite polyester coupons have been obtained, showing improved durability of the addition of MWCNT.  

3.1.1 ProgressMade:ForThisUser‐GrouporTechnologyIn this technology new materials have been tested in the marine environment to check their behaviour. In this phase we have continued the testing already initiated and new coupons were also installed. We will have to wait to obtain more  results,  basically  because  corrosion  testing  takes  time  to  give  relevant  information,  especially  in  coated coupons.  

3.1.1.1 NextStepsforResearchorStagedDevelopmentPlan–Exit/Change&Retest/Proceed?As we have planned, the next steps and further results are in the near future for the Third Phase, as some members the UG are going to start  their  testing  in the different  facilities. New environmental  tests have started  in offshore and atmospheric marine condition. Several coupons will be removed and analyzed at laboratory in the next phases  

3.1.2 ProgressMade:ForMarineRenewableEnergyIndustryThe UG have started testing different materials used in MRE devices, and so far the beneficial effect of coating in the chains has been observed. The fibre rope has also been affected by fouling and corrosion. Also the marine growth must be considered, as it effect is not only due to increase in weight over the structure and it’s not only applied to steel structures. Both mooring systems are commonly used as a solution for mooring the MRE devices. Therefore, these results will be interesting for the durability of MRE devices.   

3.2 KEYLESSONSLEARNED 

Created a test plan taking account of possible problems. 

The collaboration with companies to give coupons “in kind” is interesting. 

Preparing the coupons to be strongly attached in the testing rig is important for field tests. 

Coating affects significantly the corrosion and fouling process in offshore chains and fibre ropes. 

Oxidation of the metallic core of the fibre ropes has been observed.  

Composite coupons are also affected by marine growth, including their mechanical properties. 

The addition of MWCNT has improved the durability of composite polyester coupons.  

4 FURTHERINFORMATION

4.1 SCIENTIFICPUBLICATIONSList of any scientific publications made (already or planned) as a result of this work (in all the phases of the project):  

EUROCORR 2013: Poster  in EUROCORR 2013 Congress  (www.eurocorr2013.org)  titled “First experiences  in the assessment and mitigation of marine corrosion  in metallic components  for Marine Renewable Energy devices” was shown.  

THETIS  Energy Marine  Renewable  2013:  A  Poster  session  titled  “Assessment  and  mitigation  of  marine corrosion in metallic components in Marine Renewable Energy devices: first experiences from offshore field tests  in the North Sea” about the first phase work was presented (http://www.thetis‐emr.com/articles/62‐THETIS_MRE_chooses_Brest_to_power_ahead_in_2013 ).  

Future Participation in European Coating Conferences, Marine Coatings is proposed to be held in 4‐5 March 2014 in Düsseldorf (http://www.european‐coatings.com/Events/European‐Coatings‐CONFERENCES) 

Page 18: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 18 of 19 

Planned: 2 papers on corrosion and degradation during the following phases.   

4.2 WEBSITE&SOCIALMEDIA Website: http://ctcomponentes.es/en/comare‐2/#/[10]50/1/0  In the news:  YouTube Link(s):  LinkedIn/Twitter/Facebook Links:  Online Photographs Link:  

5 REFERENCES 

[1] ASTM  Standard  G116  –  99  (2010)  “Standard  Practice  for  Conducting Wire‐on‐Bolt  Test  for  Atmospheric Galvanic Corrosion”. ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org. 2010.  

[2] Gorrochategui  I., Rodríguez Arias R.,  Fernández D., De  la  Fuente D., Morcillo M.,  Jorcin  J.B.,   Azcarate  I., Madina V., Schnars H., “Assessment and mitigation of Marine Corrosion  in metallic components  in Marine Renewable Energy (MRE) devices (Phase 1)”. CTC‐CENIM‐TECNALIA, Infrastructure owner Fraunhofer IWES. MARINET  Infrastructure  Access  Report,  CoMaRE  Phase  1.  March  2013.  Available  in:  http://www.fp7‐marinet.eu/public/docs/CoMaRE_Phase1_Access_Period%201.pdf .  

[3] Baboian  R.  et  alt.,  “Corrosion  Test  and  Standards,  Application  and  Interpretation”.  Section  V  Testing  in Environments,  Chapter  30  “Seawater”  Shifler  D.A.,  Aylor  D.M.  2nd  Edition,  ASTM  International  West Conshohocken, PA, www.astm.org. 2005  

[4] Stenzel V., Plagemann P., Momber A.W., Schneider M.,  “Combined Field‐Laboratory Studies on Corrosion Protection for Offshore Windenergy Towers.” 4th Intern. Symp. on Protective Coatings, Bombay, 2006.  

[5] Rivero  S.,  Chico  B.,  de  la  Fuente D., Morcillo M.,  “Atmospheric  corrosion  of  low  carbon  steel  in  a  polar marine environment. Study of the effect of wind regime. ” (in Spanish) Rev. de Metalurgia, 43(5), pp. 370‐383. September 2007.  

[6] Morcillo M., Otero E., Chico B., de la Fuente D., “Atmospheric corrosion studies in a decommissioned nuclear power plant”. Nuclear Power, Pavel Tsvetkov (Ed.), ISBN: 978‐953‐307‐110‐7, InTech, 2010. Available from: http://www.intechopen.com/books/nuclear‐power/atmospheric‐corrosion‐studies‐in‐a‐retired‐nuclear‐powerplant .  

[7] Klassen  R.D.,  Roberge  P.R.,  Lenard  D.R.,  Blenkinsop  G.N.,  "Corrosivity  Patterns  Near  Sources  of  Salt Aerosols,"  Outdoor  Atmospheric  Corrosion,  ASTM  STP  1421,  H.  E.  Townsend,  Ed.,  American  Society  for Testing and Materials International (ASTM), West Conshohocken, PA, www.astm.org. 2002.  

[8] Fernández D., Rodríguez R., Gorrochategui I., “First experiences in the assessment and mitigation of marine corrosion  in  metallic  components  for  Marine  Renewable  Energy  devices,”  EUROCORR  2013  Congress, European Corrosion Congress, Poster. September 2013.   

Page 19: Marine Renewables Infrastructure Network · Infrastructure Access Reports ... Wave Energy Centre – Centro de Energia das Ondas ... Mooring chains slide ...

  Infrastructure Access Report: CoMaRE Phase 2 

Rev. 01, 15‐Nov‐2013 Page 19 of 19 

[9] BS EN ISO 527‐1 Plastics‐Determination of tensile properties. 1996.  

[10]  Miller P.H., “Durability of Marine Composites: A Study of the Effects of Fatigue  in Fibreglass  in the Marine Environment”. Chapter 6: Coupon Testing Programme, Berkeley, University of California. April 2000.   

[11]  Wood R.J.K., Bahaj A.S.,  Turnock  S.R., Wang  L. And  Evans M.,  “Tribological  design  constraints of marine renewable energy systems”, Phil. Trans. R. Soc. A  368, 4807–4827. September 2010.