Katodik Koruma Es

www.kimyamuhendisi.com

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

KİMYA METALURJİ FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

KOROZYON

KATODİK KORUMA

HAZIRLAYAN:

00051059 EMEL ŞENDENEL

BAHAR 2004


ÖZET

Yapılan araştırmalara göre korozyon ve korozyondan doğan hasarlar tahmin edilenin de

çok üstündedir. Özel işletmeler ve yerlere göre bu değer daha yüksek rakamlar

göstermektedir. Bu da işletmenin verimli ve karlı çalışmasını etkilemektedir. Hatta gerekli

önlemler alınmazsa işletmenin çökmesine veya yenilenmesine sebebiyet vermektedir.

Korozyonla savaşımda dünyada bir çok teknikler kullanılmaktadır.Bunlardan bir tanesi de

Katodik Korumadır. Projemde de, katodik koruma hakkında kısaca bilgi verilmektedir .


TEŞEKKÜR

Bizi böyle bir projeyi araştırmaya sevk eden ve bana yol gösteren değerli hocamız Sayın

Prof. Dr. Sabriye Pişkin ’e ve benden çalışma ve araştırmalarımda yardımlarını

esirgemeyen Emek Möröydor Derun’a teşekkür eder saygılarımı sunarım .


GİRİŞ

Metalik malzeme içerisinde bulunduğu ortam tarafından korozyon adı verilen tahribata

uğrar ki, bu olay halk arasında paslanma olarak tanınır.Pas bir korozyon ürünüdür.Metal ve

alaşımların içinde bulundukları ortamın elektro kimyasal etkisi ile tahribatına

KOROZYON denir.Yüzeyden kopan pas tabakaları,yeni pas tabakalarının oluşmasına ve

metalik yapının delinmesine ve fonksiyonunu yitirmesine yol açar.

Genel olarak korozyon ortamları :

- Toprak altı, su altı, atmosferik ortam ve özel kimsayal ortamlardır.

- Endüstride ve güncel yaşamımızda korozyonun etkilediği yapıtlar.

- Toprak altında : Boru hatları, tanklar, temel kazık ayakları vb...

- Atmosferik ortam : Bütün metal ve metal alaşımlardır.

- Kimyasal ortamlar : Kimya fabrikalarındaki tanklar, Özel kimyasal malzemelerin

kullanıldığı metalik yapıtlar.

Korozyonla savaşımda dünyada bir çok teknikler kullanılmaktadır.

- Bunlardan başlıcaları ;

- Katodik Koruma ( Toprak altı , su ve su altı sistemlerine )

- Anodik Koruma ( Su ve Asidik ortamalar )

- Metalik ve metalik olmayan kaplamalar (Kısmen su , Asidik ve atmosferik ortamlar)

- Boyama ( genelde atmosferik ve sulu ortamlar )


İÇİNDEKİLER

1 . Korozyonun Tanımı

2 . Korozyonun Mekanizması

3 . Korozyon Reaksiyonları

4 . Korozyondan Korunma Teknikleri

5 . Korozyondan Korunmak İçin Yapılması Gerekenler

6 . Katodik Koruma Nedir?

7 . Katodik Korumanın Uygulama Alanları

8 . Katodik Korumanın Esasları

9 . Minumum Potansiyel Yaklaşımı

10 . Galvanik Anotlu Katodik Koruma Sistemi

11 . Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemi

12 . Sistemlerin Karşılaştırılması

13 . Katodik Koruma Kriterleri

14 . Kaplamalarla Birlikte Kullanma

15 . Yeraltı Tanklarında Katodik Koruma

16 . Beton İçi Korozyona Karşı Katodik Koruma

17 . Galvanizli Saçlarda Katodik Koruma

18 . Gemilere Katodik Koruma

19 . Sonuçlar Ve Tartışma

20 . Kaynaklar


1 . KOROZYONUN TANIMI

Korozyon genel anlamda , kademeli bir aşınma veya kimyasal ve/veya elektro kimyasal

reaksiyonlarla bozunca olarak tanımlanır. Korozyon, metallerin mekanik yollar dışındaki

bozunumları olarak ta tanımlanır böylece metal doğadaki haline döner. Demir ve çelik

genellikle ; oksijen ve suyun bulunduğu her ortamda korozyona uğrar.

Korozyonun hızı, ortam koşullarına göre değişir. Örneğin, su içinde suyun hızı yada

asitliğiyle , metalin hareketiyle sıcaklıkta yada havalanmadaki artışla, bazı bakterilerin

veya başka etkili bir takım faktörlerin varlığıyla artış gösterir. Diğer taraftan, korozyon

koruyucu tabakalarla (veya filmler) geciktirilir. Suyun alkalinitesi de çelik yüzeylerde

korozyon hızını azaltır. Ama korozyonun gerçekleşebilmesi için daima su ve oksijen

gereklidir. Korozyon miktarının her ikisi de belirler. Örneğin , kuru havada çelikte

korozyon görülmez. Havadaki nem oranı %30'un altında ise normal veya normalin

altındaki sıcaklıklarda korozyon önemsenmeyecek kadar azdır. Korozyonun, rutubeti

giderme yoluyla engellenmesi buna dayanır. Bütün metal yapılar doğal çevrede belli

derecelerde korozyona uğrar. Tunç, prinç, paslanmaz çelik , çinko ve alüminyum koruma

olmaksızın uzun süre dayanacakları umulan kullanım koşulları altında çok yavaş bir

korozyona uğrarlar. Demirin ve çeliğin yapısal korozyonu, metal gerektiği ölçüde

korunmazsa hızla ilerler. Demir ve çeliğin bu korozif hassasiyeti önemli bir ilgi odağıdır.

Çünkü uygun maliyetleri ve fiziksel özellikleri gözönüne alındığında çok büyük miktarlar

kullanılmaktadır. ABD'de çeliğin korozyonundan dolayı yıllık kayıp 70 milyar dolara

yakın bir değere ulaşmaktadır. Demir ve çeliğin korozyona karşı korunması bakım

mühendislerinin vazgeçilmez bir alanıdır.


2 . KOROZYONUN MEKANİZMASI

Islak atmosferde, yeraltında, beton içinde yada su altında metallerdeki korozyon; bir

metalden diğerine,aynı metalin yüzeyinden bir noktadan diğer bir noktaya geçen galvanik

akımlarından kaynaklanır. Bu elektrik akımlarının gerçekleşebilmesi için elektrik akımının

geçişine izin veren ortamda ıslak bir iletken veya elektrolit olmak zorundadır. Korozyonun

görülebilmesi için elektrolitin varlığı vazgeçilmez bir koşuldur. Sulu ortam özellikle de

tuzlu su mükemmel bir elektrolittir .

Metaller üzerinde belirtilen korozyon tipleri aşağıdaki gibidir:

• Uniform (homojen dağılımlı ) korozyon

• Yerel (delinme) tipi korozyon

• Galvanik korozyon

• Gerilimli korozyon

• Erozyon korozyonu

• Yorulmalı korozyon


3 . KOROZYON REAKSİYONLARI

Metaller nötr haldeki atomlarının en dış kabuğundaki serbest elektronlarını vererek iyon

oluşturmak eğilimi gösterirler .

Korozyonun sebebi, kararsız haldeki metalin serbest elektronlarını vererek pozitif iyon

oluşturması, elektronları alan mukabil malzemenin ise negatif iyon oluşturması neticesinde

pozitif iyonlarla negatif iyonlar arasındaki çekim kuvveti ile iyonik bağlı kararlı bir metal

bileşiğinin metalin yüzeyinde bir korozyon ürününe, yani pasa dönüşerek metali tahrip

etmesidir.

Korozyon reaksiyonları, bir çift anodik ve katodik reaksiyonların toplamıdır.

Anodik Reaksiyon : Fe° =>Fe++ + 2e¯

Katodik Reaksiyonlar : ½ O2 + H2O + 2e¯ => 2(OH)¯

2H+ +2e¯ => H2 (Asitli ortamda)

Toplam Reaksiyon : Feº+½O2+H2O => Fe(OH) 2 (Pas)

4 . KOROZYONDAN KORUNMA TEKNİKLERİ

• Korozif elemanların ortamdan uzaklaştırılması

• Ortama frenleyici ilavesi

• Anodik frenleyiciler

• Katodik frenleyiciler

• Çift etkili frenleyiciler

• Konsantrasyonun değiştirilmesi

• Sıcaklığın değiştirilmesi

• Korozif ortamın hızının değiştirilmesi

• Uygun malzeme seçimi

• Alaşım elementi ilavesi (Pasifleştirme – Nötralize etme)


• Kaplama (Metalik kaplama-püskürtme , Elektrolitik kaplama , Daldırma ,

Difüzyonla kaplama , Organik kaplamalar , İnorganik kaplamalar )

• İşletmede alınan tedbirler.

Tablo 1 'de korozyondan korunma teknikleri görülmektedir.

Tablo 1. Korozyondan korunma teknikleri

KOROZYONDA KORUNMA TEKNİKLERİ

Malzemede alınan önlemler İşletmede

alınan

önlemler

Ortamda alınan

önlemler

Katodik

koruma Malzeme

seçimi

Kaplama

Metal Metal olmayan

Sıcaklığın

değiştirilmesi

Metal

Daldırma

Organik

İnorganik

Geçici

koruma

altında

taşıma ve

depolama

sırasında

alınan

önlemler

Hızın

değiştirilmesi

Sementasyon

Boya

Korozif

elemanın

ortamdan

uzaklaştırılması

Dış akım

kaynaklı

katodik

koruma

Metal dışı

Met

püskürtme

Lastik ,

pist

Kimyasal

dönüşümlü

kaplamalar

Tasarım

aşamasında

alınan

önlemler

Konsantrasyonun

değiştirilmesi

Galvanik

katodik

koruma

Alaşımlama

Cladleme

Asfalt

kaplama

Seramik

emaye

kaplama


5 . KOROZYONDAN KORUNMAK İÇİN YAPILMASI GEREKENLER

• Uygun tasarım

• Uygun malzeme seçimi

• Yeterli yüzey kaplaması

• Katodik koruma

• Anodik koruma

olarak gruplandırılabilir. Bu önlemler grubundan katodik koruma dışındakiler korozyon

hızını azaltan , başka bir deyimle korozyonu kısmen önleyen yöntemlerdir. Katodik

koruma ise korozyonu tamamen önleyen etkili ve rakipsiz bir yöntemdir.


6 . KATODİK KORUMA NEDİR?

Korozyona karşı önlemlerin en güçlüsü KATODİK KORUMA dır. Katodik korumanın

temel ilkeleri elektro- kimyasal korozyon teorisine dayanmaktadır.

Su , su altı ve toprak altı sistemlerine uygulanır. Korozyon bir elektro kimyasal bir olay

olduğu için , sistemde elektron alış verişi olur. Doğada bulunan elementlerin birbirlerine

göre kimyasal olarak zayıf ve kuvvetli olanları vardır. Kuvvetli elementler zayıf olan

elementlerden elektron koparırlar ve böylece zayıf olan elementleri korozyona uğratırlar.

Zayıf olan elementleri korozyondan korumak için kuvvetli olan elementlere dışardan

elektron verilerek bu denge sağlanır veya elektron alış verişin olduğu ortam ile yapı arası

polarizasyon sağlanılarak bağlantısı kesilir. Bu olaya KATODİK KORUMA denir.

Dünya çapında , boru hatları ,depolama tankları, kuyu iç boruları, yapı destekleri , iletişim

kabloları ve daha bir çoğu gibi yeraltı metalik yapılara çok büyük yatırımlar yapılmaktadır.

Bu metalik elemanlar toprakla doğrudan temas halinde olurlarsa ve korunmamışlarsa ,

korozyona maruz kalırlar. Yüzeye uygulanan çok çeşitli kaplama biçimleri kullanılarak bu

sorun aşılmaya çalışılmıştır. Böyle kaplamalar etkili olabilmişlerse de küçük delikler

daima varolmuştur. Bu mikro delikler kaplanmamış çıplak metale geçiş imkanı sağlar ve

korozyonun gerçekleşmesine izin verir. Sonradan uygulanan onarımlar fazlasıyla pahalıdır.

Buna ek olarak ,ortaya çıkarılmamış zayıf noktalar (veya sızıntı ) kazalara neden olabilir

veya yolların çökmesi yada petrol sızıntılarının çevreye zarar vermesi gibi tehlikelere yol

açabilir. Katodik koruma ile , çıplak metaller ve kaplanmış metallerdeki korozyon

tamamen önlenebilir. Uygulamada, çelik,bakır,pirinç,kurşun ve alüminyum gibi metallerle,

her türlü toprakta ve hemen hemen bütün dengeli ortamlarda korozyona karşı katodik

koruma ile korunabilirler. Ayrıca katodik koruma , intergranuler korozyonu ,stres-

korozyon çatlamasının ,pirincin çinko kaybını veya paslanmaz çeliğin deniz suyu içinde ve

çeliğin yeraltında çukurlaşmasını ortadan kaldırmada da etkili olarak kullanılır. 1824'de Sir

Humprey Davy, demir veya çinkoyu bakırla eşleştirerek bakırın korozyona karşı

korunabileceğini kaydetti. İngiltere Deniz Kuvvetleri Komutanlığı, katodik koruma

sağlamak için demir blokları , bakır-plaka kaplı geminin tekne kısmına tutturdu. Ne yazık

ki , uygulanan katodik koruma sisteminin gövdeye monte edilen kısımlarından dolayı

gemilerin hızını yavaşlatması deniz kuvvetleri bu uygulamadan vazgeçmeye zorladı.

Ancak, bakırın korozyon hızı görülebilir bir şekilde yavaşladı. 1829'da, Davy,


şamandıraların demir kısımlarını korumada başarılı oldu. 1840'da Robert Maller kurbanlık

anoda kısmen uyan bir çinko alaşım üretti. 1950 yılına kadar gemilerin korunumu

araştırılamadı. Kanada Deniz Kuvvetleri , korozyona dirençli boyalarla birlikte kullanılan

antifouiling boyaların uygun kullanımıyla geminin katodik korumasının yapılabilir ve

maliyetinin düşürülebilir olduğunu tespit etti. 1910-12 yıllarında elektrik akımı vasıtasıyla

katodik korumanın ilk uygulamaları İngiltere ve ABD'de yapıldı. O zamandan beri katodik

korumanın kullanımı dünya çapında yaygınlaştı. Günümüzde bu uygulamalarla korunan

binlerce km gömülü boru ,iskele,tank,gemi ve kablo vardır.

7 . KATODİK KORUMANIN UYGULAMA ALANLARI

En Fazla Kullanılan Alanları:

Boru hatları : İçme Suyu Boru Hatları, Doğalgaz Boru Hatları, Petrol Boru Hatları, Yangın

Hidrant Boru hatları, Deniz altı Boruları, Atık Su boruları..

Deniz yapıtları : Yük Gemiler, Feribotlar, Deniz Otobüsleri, Denizatı Gemisi, Yatlar,

Liman – İskele ve Platform, Kazık Ayakları, Palplanşlar, Dubalar ..

Tanklar : Yer altı LPG, Akaryakıt Tankları, Atık su tankları, Yer üstü Akar yakıt tankları

( İçleri ve taban kısımları )..

Su Sistemleri : Boyler Tankları, Eşanjör soğutma ve ısıtma sistemleri, Elektrikli

termosifonlar

Diğer Kullanma Alanları :

Buharlaştırıcıda, ısı değiştiricilerde su borularında,

Kurşun kılıflı kablolarda


8 . KATODİK KORUMANIN ESASLARI

Katodik korumanın temeli korunacak metali bir pilin katodu haline getirmektir. Bu temel

prensip bir Cu-Zn pili polarizasyon diyagramında gösterilmiştir. Eğer katodun

polarizasyonu, korozyon potansiyelinin ötesinde anodun açık-devre potansiyeline bir dış

akım uygulanmasıyla devam ettirilirse, her iki elektrotta aynı potansiyele ulaşır, çinkonun

korozyonu gerçekleşmez. Akım, yardımcı anottan korozyon hücresinin anodik ve katodik

alanlarına girer, ve DC kaynağına geri döner.

Katodik koruma dıştan akım verilerek, anodun potansiyellerinin açık devre potansiyeline

getirilmesi şeklinde de uygulanabilir bunun sonucu olarak metalin bütün yüzeyi aynı

potansiyele ulaşır ve korozyon durur. Anodun açık-devre potansiyeli FA ötesinde polarize

olursa korozyon için bu fazla akımın değeri yoktur Bu durum kaplamalara zararlı olabilir.

Bundan dolayı ,asıl uygulamada bu akım kuramsal olarak minimuma yakın tutulur. Eğer

akımın, komple korunma için gerekli olan seviyenin altına düşerse koruma kısmi olur,

yeterli olmaz. Demir ve çelik yapıların tam olarak korunabilmesi için gerekli olan kriter

şunlardır. Metalin her noktasında ölçülen potansiyel değerinin Cu/CuSO4 referans

elektroduna göre -850 mV veya daha negatif olmalıdır. Çelik yapıya uygulanan akım

kendiliğinden 15 sn içinde potansiyelinin 100 mV düşmesi Hiç akım uygulanmadan

ölçülmüş olan doğal potansiyeline göre çelik yapının-300 mV polarize edilmesi.

İki türlü uygulanışı vardır ;

Dış akımlı sistem : Alternatif akım doğru akıma çevrilerek verilir.

Galvanik Usul : Elementler arasındaki EMK ( Elektro Motor Kuvvet ) den yaralanılır.

Katodik koruma,korozyona uğrayan (korozyon sisteminde anot olarak davranan) bir

metalin potansiyelini değiştirerek onu katot olarak davranmaya zorlamaktadır.Çözünmeyen

bir soy anot yardımıyla korunacak bir yapı devrenin negatif kutbunu oluşturacak şekilde

doğru akım devresine bağlanır.Bu tip korumaya ‘’Dış Akım Kaynaklı Katodik

Koruma’’denir.


Katodik korumanın bir başka şekli ise korunacak metalden daha aktif bir metali anot olarak

kullanarak yapay bir pil devresi oluşturup,aktif metalin korozyonu ile Korozyona karşı

korunacak yapıya elektron transferi sağlayarak yapıyı katot haline getirerek korumaktadır

ki bu metoda ‘’Galvanik Anotlu Katodik Koruma’’denir.

Galvanik anotlar koruma sırasında belirli hızlarla çözünerek ağırlıklarını kaybederler.

Bunları uygun zaman aralıklarıyla yenileyerek koruma işlevine süreklilik kazandırılır.

İkinci yöntemde korunan metal ve anot çiftinin akım üretir nitelikte olması gerekmez.

Çünkü koruma için gerekli akım uygun bir dış kaynaktan çekilir. Yavaş çözünürlük

yanında ekonomik olan malzemeler anot malzemesi olarak kullanılır.

Galvanik anotlu, katodik koruma sistemlerinde kullanılan anot malzemeleri genellikle

çinko, alüminyum magnezyum dur.

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde Fe-si, Pb-Sb-Ag, Ti bazlı anotlar

kullanılır.

Katodik olarak korunmuş olan bir metal yapının korunup korunmadığı aşağıda belirtilen

referans elektrotların karşısındaki koruma potansiyel değerlerini sağlamak gerekir.

Referans Elektrot Koruma Potansiyeli

(miliVolt)

Doygun kalomel elektrot

(Hg2Cl2) -780

Gümüş-Gümüş Klorid

(Ag/AgCI) -810

Bakır-Bakır-Sülfat (Cu/CuS04) -850

Çinko (Zn) +250


Katodik korumanın amacı, belirli bir ortamda her metal için sabit bir potansiyel eşiğinin

altında metali toprağa göre negatif olarak daha negatif olarak yükleyerek her tür

korozyondan korumaktır.(Şekil 1)

Şekil 1 Metalin korozyonu ve katodik korunması

Sonuçta metal yapının her noktasında birim alana devamlı olarak akım gelmektedir. Bu

akım yoğunluğu kaplamanın direncine, ve o bölgedeki potansiyel farkına bağlıdır.

Dolayıyla, koruma için seçilen kriter, metalin toprak/deniz ile bağının kuracağı minimum

potansiyelidir. Ölçümler genellikle Bakır/Bakır Sülfat elektrotu referans alınarak

yapılmaktadır.

Bu şartlar altında:

Demir için katodik koruma -850 mili Voltun altında,

Bakır için katodik koruma -250 mili Voltun altında sağlanmaktadır.

Toprak/Deniz ile temas halindeki metalin her noktasında minimum potansiyele

erişilmiş olması gerekir


9 . MİNUMUM POTANSİYEL YAKLAŞIMI

Uygulanan yöntem ne olursa olsun koruma için temel şart,korozyona uğrayan metali

polarize ederek potansiyelini(EM) anodik çevrelerin açık devre potansiyeli(EA) hizasına

kaydırmaktadır.Bu potansiyeli minimum potansiyel (Emin) olarak adlandıracağız. Minimum

potansiyel (Emin) katodik korunma yönteminin akım ihtiyacını (I gerek ) belirler.

Korunan metal ve galvanik anot çifti tarafından üretilen veya dış akım kaynağından

verilen akım (I uyg )bu akım ihtiyacını karşılar büyüklükte olmalıdır.Tam koruma ancak bu

şartla sağlanır.(Şekil 2)


10 . GALVANİK ANOTLU KATODİK KORUMA SİSTEMİ

Korunması gereken metalden daha elektronegatif bir metal ile bir bataryada galvanik çift

oluşturulur.Bu bataryada, pozitif elektrot, yani anot tahrip olurken diğeri yani katot

polarizasyona maruz kalır.Bu tür korumada güç azdır ve anodun kullanım süresi

sınırlıdır.Bu sebeple bu tür koruma uzun olmayan yada çok iyi yalıtılmış hatlar ile geçici

korumalar için ve 10 mA civarında akım ihtiyacında kullanılır. Bu tip koruma verilen

düşük akımdaki diğer şebekeleri etkilemediğinden avantajlıdır Diğer yandan potansiyel

ayarlanmasına imkan tanımadığından bu konuda elverişsizdir. (Şekil 3)

Şekil 3 Galvanik anotlu katodik koruma sistemi


Sistemin galvanik anotlu olarak belirlenmesi daha uygun olduğu koşularda , anot tipinin en

ekonomik ve en uzun ömürlü olanını tercih etmek gereklidir. Aşağıda anot tipleri hakkında

genel bilgiler sunulmuştur.

Magnezyum Anotlar

Zemin içindeki elektrot potansiyeli yüksek olduğu için, yer altı yapılarının katodik

korumasında genellikle magnezyum anot kullanılır. Pratikte iki tip magnezyum anot

kullanılır. Bunun biri Az-63 standardındaki magnezyum diğeri de yüksek potansiyelli

magnezyum anottur.

Grafit Anotlar

Petrol kokunun yüksek sıcaklıkta eritilerek grafit haline getirilmesi ile Grafit anot yapısı

elde edilir.Grafit anotlardan en fazla 2 mA/cm2 akım çekilebilir. Fakat zemin içinde

1mA/cm2’den fazla akım çekilmesi halinde anot 1-2 yıl içerisinde kullanılmaz hale gelir.

Demir Silikon Anotlar

%14-15 oranında silisyum ve % 1-2 oranında karbon ve mangan elementlerinden oluşan bu

anot tipi, yüzeyinde SiO2’den bir film tabakası ile kaplanmıştır. Bu Film tabakası sayesinde

pasifleşerek anot ömrü uzatılmıştır. Buna rağmen deniz suyu ve klorun iyonun bulunduğu

ortamlarda yüzeydeki film tabakası kalkarak anodun kütle kaybının hızlanmasına neden

olmaktadır.

Alüminyum Anotlar

Alüminyum anotlar genelde galvanik anot olarak kullanılmaktadırlar. Ucuz ve hafif oluşu

ve korozyon ürünleri (alüminyum tuzları ) içme suyunu kirletmedikleri için su tanklarının

dış akım kaynaklı katodik korumasında yardımcı anot olarak kullanılmak üzere tercih

edilirler.


Gümüş-Kurşun Anotlar

Kurşun değişik alaşımlar halinde deniz suyu içerisinde kullanılır. Kurşun anotların

yüzeyleri, elektriksel iletkenliği çok yüksek olan kurşun peroksit tabakası ile

kaplanmaktadır. Bu oksit tabakası anodun tahrip olmadan uzun süre yüksek performans ile

çalışabilmesini sağlamaktadır. Örneğin %1-2 oranında gümüş kurşun anotlardan 300

mA/m2 akım çekilebilmektedir. Endüstride daha çok Ag + Sb + Pb alaşımları anot olarak

kullanılmaktadır. 5cm çapında ve 30 cm boyundaki bir kurşun anottan deniz suyu içinde 5-

20 amper akım çekebilmek mümkündür.

Çinko Anotlar

Yer altı ve sualtı yapılarında galvanik anot olarak saf çinko kullanılabilir. Deniz içinde

kullanılan anotlar %0,1-0,5 oranında alüminyum içerir.


11 . DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODİK KORUMA SİSTEMİ

Bu sistemde sürekli akım kaynağı kullanılır.Negatif kutup, korunacak boruya pozitif kutup

da zemin yatağı yada toprak plakasına bağlanır.Zemin anot yatağına karma metal oksit

kaplı titanyum tüp veya şerit anotlar yerleştirilir.Anotlar kendini yok ettiğinden ve elektrik

akımı yüksek olduğundan 20 yıl 'a uygun bir kullanım süresi için gerekli malzeme

öngörülmektedir. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi,galvanik anotlu katodik

koruma sisteminden daha güçlüdür ve potansiyel ayarlaması mümkündür.Ancak çevredeki

şebekeleri etkileme gibi bir mahsuru vardır.Bu koruma tipi büyük şebekelerde tavsiye

edilir.Potansiyel uyarlamaları ile adaptasyonda elastikiyet sağlar. Fakat dağıtım

şebekelerinde diğer şebekelere etkisinin engellenmesine dikkat edilmelidir(Şekil 4).

Şekil 4 Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi


Katodik koruma yapılacak yüzey alanın fazlalığından veya zemin korozifliğinin

fazlalığından kaynaklanan akım ihtiyaç fazlalığı galvanik anotlarla karşılanamıyorsa daha

ucuz olan bir katodik koruma sistemi yöntem olan dış akım kaynaklı sistemi tercih edilir.

Aynı zamanda bu sistem zemin rezistivitesinin yüksek olduğu yerlerde de galvanik anotlu

sistemden daha olumlu sonuçlar verir.

Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminin bütün bu avantajlarının yanında, diğer

avantajları da ; akım ihtiyacı sonraki değişen koşulara bağlı olarak düşürülmesine veya

yükseltilmesine izin vermesi ve işletmesinin kolay oluşudur.

Dış akım kaynaklı sistemlerde kullanılan malzeme ve teçhizat hakkında aşağıda bilgi

verilmiştir.

Etüd Proje

Etüd Proje için gerekli veriler:

Zemin Özgül direnci

Zemin Redoks Potansiyeli

Yüzey Kaplaması

Yüzey Alanı

Katodik koruma için gerekli akım ihtiyacı boru alanı,boru kaplamasına zemin

rezistivitesine göre akım ihtiyacı tespit edilir. Akım ihtiyacına sağlayabilecek T/R ünitesi

ve Anot sayısı ve cinsi tespit edilir. Anotlara uygun olarak anot yatağı tasarlandıktan sonra

gerekli ölçüm istasyonları (Ölçü kutuları) boru hattı üzerine 500-1000 m aralıklarla

yerleşim yerleri belirlenir.

Trafo Redresör Ünitesi

Dış akım kaynaklı Katodik Koruma sisteminde gerekli olan doğru akım için trafo redresör

ünitesi kullanılır. Trafo redresör ünitesi şebekeden aldığı alternatif akımı trafo ünitesi ile

doğru akıma çevirip istenilen gerilime düşürür. Bu akım redresörden geçirilerek pozitif uç

anoda negatif uç katoda bağlanır.


Transformatör Redresör Ünitesi Kullanıldığı iklim koşullarına veya yerine göre hava ve

yağ soğutmalı olarak tasarlanılır. T/R tipinin seçimin de en önemlisi trafo ünitesinin en

kolay nasıl soğutulabileceği önemlidir.

T/R ünitesi aynı zamanda el ile ve otomatik olarak çalışabilmektedir. Ön gösterge

panelinde Boru ile referans elektrot arasındaki potansiyeli farkı, Bağlı olan anotlardan

çekilen akımı (amper) ve anot voltajını gösterir.

Platin-Titanyum Anotlar

Titanyum metali üzerine 5-10 mm kalımlığında platin kaplanarak 150-300 A/m2 akım

üretebilen yardımcı anotlar elde edilebilmektedir. Bu anotların deniz suyu içerisinde bile

kütle kayıpları çok azdır. Yaklaşık olarak 5x10-6 kg/A x yıldır. Bu anotlar genellikle deniz

suyu içerisinde verimlidir.

Metal Oksit Kaplanmış Titanyum Anotlar

Titanyum üzerine iletkenliği çok yüksek metal oksitler kaplanarak elde edilen anotlarda

kütle kaybı yok denecek kadar azdır. Anot yüzeyi polarize olmadığı için sürekli aktif halde

kalır. Bu anotlar hem zemin içerisinde hem de deniz suyunda kullanılabilmektedir. Asitlere

karşı tam dayanıklıdır. Deniz Suyu içerisinde 600 A/m2 akım çekebilmektedir.

Yardımcı Anotlar

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde yardımcı anot olarak çok çeşitli metaller

kullanmak mümkündür.Yardımcı anotlarda aranan başlıca özellikler yüksek potansiyele

ihtiyaç duyulmadan istenilen akımı verebilmesidir. Aynı zamanda uzun süre

parçalanmadan akım verebilir halde olmasıdır. Kütle kaybının az olması yanında birim

yüzeyden çekilebilen akımın fazla olmasıdır.


TS-5141’e göre bazı yardımcı anotların özellikleri şöyledir.

Anot Cinsi

Zemim İçerisinde

çekilebilen maksimum

akım yoğunluğu

mA/cm2

1 Amper x Yıl akım

başına kaybı,kg

Demir Silikon Anot 4 1

Grafit Anot 2 1

Alüminyum anot 2 4

Kurşun anot (%6 Sb+%1Ag ) 2 Çok Az

Hurda Çelik 0,5 9

Anot Yatağı

Anot Yatağı Dolgu Malzemesi:Akım sonucu meydana gelen kaybını karşılayarak anot

ömrünü artırmak ve anot boyutlarını artırarak direnci düşürmek amacı ile anot yatağına

dolgu malzemesi kullanılır. Genelde 40-100 Ohm.cm rezistivitesine sahip olan Kok tozu

kullanılmaktadır.

Anot Yatağı Tasarımı : Anot yatakları Derin Kuyu veya Yatay yatak halde tasarlanırlar.

Derin kuyu Anot yatakları:Katottan en fazla 100m, en az 30 m mesafede olacak şekilde

yerleştirilir. Oluşturulacak in aktif derinlik10~15 m mertebesinde olmasına dikkat edilir.

İnterferans etkisi yaratıp yaratmadığı kontrol edilir ki akım kaçağı olmasın.

Yatay Anot Yatakları:Yatak direncinin derin kuyuya göre daha düşük olmasına karşın,

yüzeyde çok yer kaplaması nedeniyle tercih edilmemektedir. Yerin uygun olduğu boru

hatlarında boru eksenine paralel olarak ve boru hattına en az 30 m en çok 100 m mesafeye

yerleştirilir. Derinliği zemin rezistivitesi , nemlilik oranına ve anot tipine bağlı olarak

değişir.


Ölçü Kutusu

Dış akımlı katodik koruma sistemlerinde, özellikle boru hatlarında Boru-Zemin Potansiyeli

sistemin çalışmasını gösteren en önemli bilgidir. Bu potansiyeli ölçmek amacı ile TS-

5141’e göre yaklaşık olarak 1 Km’ de bir ölçü kutusu yerleştirilir. Ölçü kutusunun bir ucu

içerisinde , bir ucu boru üzerine katvelt kaynağı ile şöntlenmiş 1x10 mm2 NYY kablo

bulunulur. Ölçü kutusunun içerisindeki bu kablo ve seyyar tip referans elektrot ile Boru-

Zemin Potansiyeli ölçülür.

Ölçü Kutusu Dış çapı 100mm olan galvaniz kaplı fırın boyalıdır.Zemine tapliye betonu ile

yerleştirilirler.

Referans Elektrotlar

Korunan metal (katot) 'in iyonik ortam içerisindeki potansiyel yüklemesini tespit etmek

için referans olarak referans elektrot kullanılır.

Örneğin; Boru Hatlarında , Boru zemin potansiyelini ölçmek amacıyla iki tip Bakır / Bakır

Sülfat (Cu/CuSO4) referans elektrot kullanılmaktadır. Birincisi Trafo Redresör ünitesine

bağlı sabit tip referans elektrottur. İkincisi Ölçü kutularından okuma yapmak için

kullanılan seyyar tip referans elektrottur.

Sıklık ile Cu/CuSO4, Ag/AgCl, Zn/ZnSO4 referans elektrotlar kullanılır.


12 . SİSTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

Galvanik Anotlu Katodik Koruma

Sistemi

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma

Sistemi

1. Dış akım kaynağına gerek yoktur.

Katodik koruma için gerekli akım galvanik

anotlardan sağlanır.

1. Bu sistem elektrik şebekesi bulunmayan

bölgelerde uygulanamaz.

2. Bu sistemde akım maliyeti yüksektir. Bu

nedenle akım ihtiyacı yüksek olan boru

hatlarında tercih edilmez. Galvanik anotlu

katodik koruma sistemi 0.5 ile 1.00 mA’den

daha az akım ihtiyacı olan boru hatlarında

ekonomik olabilir.

2. Elektrik akımı şebekeden alındığı için

ekonomiktir. Bu nedenle akım ihtiyacı için

akım sınırı yoktur. Bu sistem, Trafo

Redresör ünitesi sayısı artırılarak çok uzun

boru hatlarında ekonomik olarak

uygulanabilir.

3. Galvanik anotlu katodik koruma

sisteminde devre potansiyeli düşük

olduğundan, yüksek elektriksel özgül direnli

zeminler içinde bu sistemin uygulanması

güçleşir. 5000 ohm.cm’den daha yüksek

özgül dirençli zeminlerde

uygulanmamalıdır.

3. Dış akım kaynaklı katodik koruma

sisteminde zemin özgül direnci ile ilgili bir

sınır yoktur. Anot yatağının direnci

düşürülerek ve Trafo Redresör ünitesinin

sayısı artırılarak istenilen akım

uygulanabilir.

4. Yapımı basit ve kolaydır. İşletme

sırasında hiç bir ayar gerektirmez.

4. Proje sırasında göz önüne alınmayan

faktörler nedeni ile değişimler meydana

gelirse, bunlar işletme sırasında ayar

yapılarak düzeltilebilir.

5. Anotlar, boru hattı boyunca dağılmış

olduğundan, işletme sırasında kontrolü

güçtür. Arızanın belirlenmesi için her

anodun ayrı ayrı kontrol edilmesi gerekir.

5. Trafo redresör ünitesi kolayca

erişilebilecek yerlere konulduğundan,

işletme sırasında sistemin kontrolü kolaydır.

6. Anot / Zemin potansiyeli düşük

olduğundan, anot yatağının çevre metalik

yapılar üzerine interferens etkisi önemsizdir

6. Anot yatağının civarındaki metalik

yapılarda interferans etkisi yapabilir. Bunun

için yapancı metal yapılar üzerinde özel

önlemler alınması gerekebilir.


7. Anottan çekilen akım kontrol edilemez.

Borunun akım ihtiyacı polarizasyon nedeni

ile zamanla azalır.

7. Boru akım ihtiyacı değiştikçe sisteme

uygulanan akım ihtiyacı istenilen

seviyelerde ayarlanabilir.

8. Anoda yakın olan metal yüzeyinde aşırı voltaj nedeni ile metal kaplamasında soyulma meydana gelmez.

8. Anoda yakın olan metal yüzeyinde aşırı

voltaj nedeni ile metal kaplamasında

soyulma meydana gelebilir.

Anot İhtiyacı : 1 m2 yüzeyde yeterli katodik koruma sağlamak için gerekli akıma katodik

koruma akım ihtiyacı denir. Bu akımı anot vereceğinden bu bilgilerden gerekli

hesaplamalar yapılarak anodun boyutu tahmin edilen ömrü ve gerekli olan anot sayısı

bulunabilir. Daha önce gösterildiği gibi galvanik anot olarak kullanılan en yaygın üç metal

magnezyum, çinko ve alüminyumdur.


13 . KATODİK KORUMA KRİTERLERİ

Normal koşullarda bir çelik yapının katodik olarak korunması için, doygun Cu/Cu(SO4)2

referans elektroduna göre - 0,85 V potansiyelden daha elektronegatif bir potansiyele kadar

katodik olarak polarize edilmesi gerekir. Bu değer Ag/AgCl referans elektrotu ile - 0,80

Volt'a karşı gelir. Beton içinde yapılan katodik koruma sistemlerinde, pasiflik nedeniyle bu

değere erişmek mümkün olmaz. Beton içindeki çeliğin katodik koruması için başka bir

kriter uygulanır. Çeliğin korunması için katot da 100 mV luk bir polarizasyon kayması

yeterlidir.


14 . KAPLAMALARLA BİRLİKTE KULLANMA

Katodik koruma uygulanırken yalıtkan kaplama kullanmak her zaman avantajlıdır. Böyle

kaplamalar koruyucu akımın dağıtılmasında , toplam akım ihtiyacının azaltılmasında ve

anodun ömrünün uzatılmasına etkili olurlar. kullanışlıdır. Örneğin kaplanmış bir boru

hattında akım dağılımı çıplak boru hattına göre daha düzgündür, gerekli olan anot sayısı ve

toplam akım daha azdır ve bir anot boru hattının daha uzun bir kısmını daha uzun süre

koruyabilir.

15 . YERALTI TANKLARINDA KATODİK KORUMA

Toprak altına yerleştirilen akaryakıt tanklarında toprak ve zemin suyundan dolayı

korozyona uğraması kaçınılmazdır. Çürümenin boyutu ve zamanı 1 günde veya 10 yılda

belirlenebilir. Yer altı tanklarını korozyondan önlemek için ;tankın dış yüzeyi uygun

bitüm-asfalt malzeme ile kaplanır ve bu kaplamanın dışına katodik koruma uygulanır.

16 . BETON İÇİ KOROZYONA KARŞI KATODİK KORUMA

Son yıllarda, betonarme demirlerinin katodik olarak korunması da uygulama alanına girmiş

bulunmaktadır. Betonarme demirleri, hem galvanik anot (çinko), hem de dış akım kaynaklı

katodik koruma sistemleri ile korunabilmektedir.

Katodik koruma için en önemli şart, betonarme demirlerinin elektriksel bağlantısının tam

olmasıdır. Normal halde betonarme demirleri bir biri ile temas etmekle beraber, bu temas

düşük voltajlı elektrik akımını iletmek için yeterli değildir. En iyisi betonarme demirlerinin

birbirine kaynak edilmesidir.

Beton içindeki betonarme demirlerinin dengeli bir şekilde katodik olarak korunabilmesi

için uniform bir akım dağılımı gerekir. Bu nedenle anot biçimi ve boyutlarının seçimi

büyük önem taşır. Bu amaca en uygunu, oksit kaplı titanyumdan yapılmış olan tel kafes

şeklindeki anotlardır.


17 . GALVANİZLİ SAÇLARDA KATODİK KORUMA

Korozyona karşı katodik koruma konusunda ilk akla gelen uygulamalar toprak altında

bulunan tankların, boru hatlarının veya iskelelerin yada gemi gövdelerinin korunmasıdır.

Hepsinin ortak özellikleri elektriksel potansiyeli yükseltilen bir gövde ve kurban edilen bir

başka metalin mevcudiyetidir.

Bilindiği gibi paslanma, elektron ihtiyacı içinde olan oksijen atomlarının elektron fazlası

olan metaller ile reaksiyona girmek suretiyle metal oksitler oluşturması yani oksidasyon

reaksiyonudur. Ortamda birden fazla metal çeşidinin bulunması halinde, oksijen atomu

potansiyeli düşük olan metal ile reaksiyona girme eğilimi göstermektedir. İşte katodik

koruma yönteminin dayandığı nokta budur. Korunması istenen metalin potansiyeli

yükseltilir ve ortama kurban edilecek başka bir metal yerleştirilir.

Ortamda birden fazla metal çeşidinin bulunduğu ancak potansiyel farkı oluşturacak gerilim

kaynağı bulunmayan durumlarda metaller arası "reaksiyona girme eğilimleri" sıralaması

yani "normal potansiyel" değerleri önem kazanmaktadır. Bu değerler hidrojenle

karşılaştırılarak, göreceli olarak belirlenmiştir, dolayısıyla hidrojenin normal potansiyeli

sıfırdır. Bu sıralamanın bir başka adı da asalet sıralamasıdır. En asil metal altındır.

Asalet sıralamasına göre demir çinkodan daha asildir. Hem demir hemde çinko bulunan bir

ortamda dışarıdan herhangi bir gerilim uygulanmadan çinko kendini feda eder ve beyaz toz

halindeki çinko-oksitleri oluşur.

Tamamen metallerin kendi aralarındaki potansiyel fark dolayısıyla katodik koruma

sağlanması söz konusu potansiyel farkın büyüklüğü ile sınırlıdır. Çinko kaplı demir

malzeme için bu sınır 1mm mertebesindedir. Yani arkalı önlü çinko ile kaplanmış bir plaka

temiz bir şekilde kesildiğinde kesim yüzeyinde koruma sağlanabilmesi için plaka

kalınlığının azami 2mm olması gerekmektedir.

Galvanizli sac uygulamalarında çinkonun korozyona karşı katodik koruma etkisi, söz

konusu uygulamada meydana gelebilecek çizilme, kesilme gibi durumlar için etkili ve

ekonomik bir koruma sağlamaktadır. Günlük hayatta karşılaşılan en çarpıcı örnek

galvanizlenmiş bir dış yüzeye sahip ev tipi LPG tüplerdir. Bunlar son tüketim noktasına

ulaştırılıncaya kadar bir çok darbeye, çiziğe maruz kalırlar, ancak paslanmazlar.


18 . GEMİLERE KATODİK KORUMA

- Gövdeyi ve bağlantı elemanlarını

- Gemi içindeki tankları korumak amacı ile gerçekleştirilir.

Gemi gövdeleri günümüzde yüksek performanslı boyalarla korunmaktadır. Bu boyaların

katodik koruma sırasında oluşan alkali ortama dayanıklı olması gerekmektedir, zira söz

konusu ortamın klor iyonu konsantresi oldukça yüksektir. Iyi boyanmış yüzeylerin katodik

koruma akım ihtiyacı harcanabilir anotlarla koruma yapılması halinde yeni gemiler için

5_10mA/m2 'dir. Bu ihtiyaç zamanla ve boya kalitesindeki değişiklik nedeni ile

200 mA/m2 'ye çıkabilir. Ortalama akım ihtiyacı 10-30 mA/m2 civarındadır. Örneğin

günümüzde okyanusa çıkan gemiler için 10 mA/m2 koruma akımı yeterli kabul

edilmektedir. Hariçten akım uygulaması ile yapılan katodik korumada ise ıslak bölge akım

ihtiyacı 25-35 mA/m2 olarak hesaplanır. Çok iyi kaplanmış yüzeylerde bu ihtiyaç

azalabilir.

Genel olarak gemi gövdelerinin kıç kısmındaki koruma akım ihtiyacı diğer bölgelere göre

daha yüksektir. Kıç kısmındaki şiddetli su hareketi ve değişik metallerin bulunması bunun

nedenidir. Gemilerin katodik koruma tasarımında tüm gemi gövdesinin katodik koruma

tasarımında tüm gemi gövdesinin katodik olarak korunması dikkate alınabileceği gibi

birçok halde de yalnız kıç bölgesi katodik olarak korunur, diğer bölümler korunmasız

bırakılır. Tüm korunma halinde anotların %15-25 'i kıç bölgesine yerleştirilir. Pervanenin

gövdeye bağlanması halinde çıplak bronz pervane için ayrıca ilave koruma akımına ihtiyaç

vardır. Örneğin ticaret gemileri için ilave ortalama değer 500 mA/m2 'dir.

Gemilerde tankların dahili korumalarında yalnız harcanabilir anotlarla koruma yapılır.

Emniyet açısından ise hem magnezyum anotlarla hem de hariçten akım uygulaması ile

koruma yapılmamaktadır. En büyük tehlike katodik koruma sırasında açığa çıkan gazların

magnezyum veya koruyucu akımdan çıkacak kıvılcım ile ateşlenerek patlamasıdır.

Periyodik olarak doldurulup boşaltılan tankların kısa zamanda koruyucu filmle kaplanması

için genelde tankların koruma akım yoğunlukları yüksektir.


19 . SONUÇLAR VE TARTIŞMA

Korozyonla savaşmada dünyada bir çok teknikler kullanılmaktadır. Bu teknik grubundan ;

katodik koruma dışındakiler korozyon hızını azaltan , başka bir deyimle korozyonu kısmen

önleyen yöntemlerdir. Katodik koruma ise korozyonu tamamen önleyen etkili ve rakipsiz

bir yöntemdir


20 . KAYNAKLAR

Jackson, C. W. 1997. "Insulation: an investment worth protecting." Insulation Outlook.

Norsworthy, R. 1998. "Coating proves effective on hot oil pipe- lines." Pipeline and Gas

Journal March.

Patrick J. Dunn - Richard Norsworthy - Çeviren: Mak. Müh. Zafer CEYLAN (ODE

Yalıtım A.Ş.)

İTÜ –Ders Ödevi - Kayihan ALTINÖZ, Melek ERTOGAN, Melih ÜZMEZ, Hakan KART

http://www.argem.com.tr/katodik.htm

http://www.hmkorozyon.com

http://www.sanalhocam.com

http://www.geocities.com/kimyacıyım/cevrevekimya/korozyon.htm

http://www.makinamuhendisi.com

http://petso.com.tr/banka

http://www.kimyager.com

http://www.ekomedikal.com

http://www.gemsan.com.tr

http://www.ekabin.com/td2.

Documents

Katodik Koruma Es