KATODİK KORUMA

KATODİK KORUMA Sayfa 1 / 323

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED

CHECKED APPROVED DATE

DOSYA ADI document.doc

1


ÖNSÖZ

Korozyonla mücadelenin en emin ve en ekonomik yolu olan katodik koruma bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de geniş şekilde uygulanmakta ve her geçen gün daha da yaygın hale gelmektedir. Katodik koruma uygulanması çok kolay olmasına rağmen pratikte çoğu zaman çeşitli sorunlar ortaya çıkmaktadır. Diğer taraftan katodik koruma projelerinin mutlaka temel teorik bilgiler ve standartlara dayandırılması gerekmektedir. Aksi halde korozyonla mücadelenin en etkili yöntemi olan katodik koruma eksik veya yanlış uygulandığında, hiç uygulanmaması halinden daha kötü sonuçlar doğurabilir. Bunun önlenmesi teknik elemanlarımızın yeterli teknik bilgi ile donatılması ile mümkün olabilir. Ne yazık ki katodik koruma ile uğraşan mühendislerimizin çoğunun kendi mesleklerinin kapsamı dışında kalan korozyon konusunda temel bilgiler alamamış durumda oldukları da bir gerçektir.

Bu kitap, katodik koruma konusunda çalışan mühendis ve teknisyenlerimize türkçe el kitabı olması amacıyla hazırlanmıştır. Kitapta korozyon ve katodik koruma ile ilgili temel teorik bilgiler her daldaki mühendisin anlayacağı ölçüde basitleştirilerek topluca verilmeye çalışılmıştır. Kitabın temel konusu katodik korumanın en geniş uygulama alanı olan yeraltı boru hatlarının katodik korumasıdır. Ayrıca sabit ve hareketli deniz içi yapılarının ve betonarme demirlerinin katodik koruması da özel bölümler halinde ele alınmıştır. Kontrol mühendislerinin en çok ihtiyaç duyduğu katodik koruma sistemlerinin kontrol ve bakımı ile arazide yapılması gereken deneyler konusu da ayrı bir bölüm halinde ele alınarak deney yöntemleri verilmiştir.

Son yıllarda katodik koruma teknolojisi hızla gelişmekte ve gün geçtikce yeni malzemeler ve yöntemler ortaya çıkmaktadır. Bu yarışa katılmamız ve kaliteyi yükseltebilmemiz için bütün mühendislerimizin bu hızlı gelişmeye ayak uydurması zorunludur. Bunun için bir değil birçok kitaba ihtiyacımız olacaktır. Katodik koruma konusunda hazırlamış olduğumuz bu kitabın mühendislerimize yardımcı olacağını ümit etmekteyiz.

Hayri YALÇIN Timur KOÇ

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



2


İÇİNDEKİLER

1 GİRİŞ..............................................................................................................................41.2 KOROZYONUN ELEKTROKİMYASAL İLKELERİ........................................7Korozyon Potansiyeli ve Korozyon Akımı..............................................................26 Şekil-1.24 Bir korozyon hücresine katodik koruma uygulanması...........286 - Filiform Korozyonu...........................................................................................36Anot reaksiyonu :...........................................................................................................46 Şekil-3.64 Muhafaza borulu bir derin kuyu anot yatağı.........................149

Şekil-3.66 Derin kuyu anot yataklarına anotların montajı...150VE KATODİK KORUMASI............................................................................................238Şekil-6.7 Klorür iyonu etkisiyle demir yüzeyinde korozyon hücresinin oluşması...........................................................................................................................246 Şekil -6.10 Su/çimento oranının klorür penetrasyonu üzerine etkisi............................................................................................................................................248Şekil-6.13 Beton özgül elektrik direcinin rutubet derecesine göre değişimi............................................................................................................................251Şekil -6.17 Betonarme demirlerinin katodik korunması.............................257Şekil- 6.19 İletken tabaka yöntemi ile katodik koruma uygulanması......260Anot...................................................................................................................................299

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



3


BÖLÜM-1KOROZYON

1 GİRİŞ

Korozyon, metallerin içinde bulundukları ortam ile kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyonlara girerek metalik özelliklerini kaybetmeleri olayıdır. Metallerin büyük bir kısmı su ve atmosfer etkisine dayanıklı olmayıp normal koşullar altında bile korozyona uğrayabilir. Bütün metaller doğada mineral olarak bulundukları hale dönüşmek eyilimindedir. Doğada bulunan mineraller, söz konusu metalin en düşük enerji taşıyan bileşiği yani en stabil halidir. Bu mineraller özel metalurjik yöntemlerle ve enerji harcanarak metal haline getirilir. Ancak metallerin çoğu element halinde termodinamik olarak stabil değildir. Uygun bir ortamın bulunması halinde üzerinde taşımış oldukları kimyasal enerjiyi geri vererek yeniden minimum enerji taşıyan stabil bileşikler haline dönüşmek isterler. Bu nedenle korozyon olayları enerji açığa çıkararak kendiliğinden yürür. Bazı soy metaller hariç teknolojik öneme sahip bütün metal ve alaşımlar korozyona uğrayabilir.

Örnek olarak demiri ele alalım. Demirin doğada en çok rastlanan minerali hematit adı ile bilinen Fe2O3 dür. Bu mineral yüksek fırınlarda kok kömürü ile yüksek sıcaklıkta reaksiyona sokularak metalik demir haline dönüştürülür. 1 ton demir üretmek için yaklaşık 1 ton kok kömürü harcanır. Elde edilen demir, sulu çözeltiler içinde veya atmosfer etkisinde kendiliğinden korozyona uğrayarak pas denilen korozyon ürünlerini oluşturur. Pasın bileşimi de esas olarak hematit mineraline benzer şekilde demir hidroksit ve demir oksitten oluşur.

Korozyon reaksiyonunun yürütücü kuvveti, reaksiyon sırasında açığa çıkan enerji yani serbest entalpi azalışıdır. Termodinamik olarak, bir reaksiyonun kendiliğinden yürümesi için, reaksiyon serbest entalpi değişiminin mutlaka negatif olması gerekir. Buna göre herhangi bir metalin belli bir ortamda korozyona uğrayıp uğramayacağı, serbest entalpi değişiminin işaretine bakılarak kolayca anlaşılabilir. Eğer serbest entalpi değişiminin işareti pozitif ise , metalin söz konusu ortamda korozyona uğramayacağı kesin olarak söylenebilir. Bunun tersi , yani serbest entalpi değişiminin negatif olması, korozyon olayının olabileceğini gösterir. Ancak bazı hallerde metalin termodinamik açıdan korozyona uğraması beklendiği halde, pratikte reaksiyonun yürümediği veya önemsiz derecede yavaş yürümekte olduğu görülür. Bu durum kabuk oluşumu ve pasifleşme gibi nedenlerle reaksiyon hızının azalmasından kaynaklanır.

Pasifleşme nedeniyle bir çok metalin korozyon hızı pratikte önemsenmeyecek kadar küçüktür. Buna karşılık endüstrinin temel yapı malzemesi olan demir ve çelik sulu ortamlarda ve atmosferde korozyona dayanıksız bir metaldir. Bu nedenle korozif ortamlar söz konusu olduğunda, çoğu zaman demir yerine korozyona daha dayanıklı fakat daha pahalı başka metal veya alaşımların kullanılması yoluna gidilir. Bu nedenle malzeme seçiminde korozyon yanında ekonomik faktörler de göz önüne alınır. Mühendislik açısından bakıldığında, korozyonla mücadelinin temeli ekonomiye dayanır. Yani yeteri kadar emniyetin yanında en ucuz çözümün bulunması gerekir. Metal seçiminde korozyon hızları ile kullanılabilirlik dereceleri birlikte değerlendirilir. Ucuz metaller korozyon hızları yüksek olsa bile bazı ortamlarda korozyona daha

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



4


dayanıklı metallere tercih edilir. Korozyon hızı ile kullanılabilirlik derecesi arasındaki bağıntı Tablo-1.1 de verilmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



5


TABLO-1.1 Metallerin Korozyon hızları ve kullanılabilirlik dereceleri arasındaki bağıntı

KullanılabilirlikKorozyon hızı (Ortalama penetrasyon), mm /

yıl Pahalı

metaller (Ag ,Ti, Zr

)

Fiatı orta derecede olan metaller

(Cu, Al, paslanmaz çelik)

Ucuz metaller (Adi çelik,

dökme demir)

Uygun < 75 < 100 < 225 Ancak özel koşullardakullanılabilir

75 - 250 100 - 500 225 - 1500

Koruma yapılmadankullanılması uygun değil

250 < 500 <1500 <

korozyon olayı endüstrinin her bölümünde kendini gösterir. Açık atmosferde bulunan tanklar, depolar , direkler, korkuluklar, taşıt araçları, yeraltı boru hatları, betonarme demirleri, iskele ayakları, gemiler, fabrikalarda kimyasal madde doldurulan kaplar, borular, depolar ve bir çok makina parçası korozyon olayı ile karşı karşıyadır. Bütün bu yapılar korozyon nedeniyle beklenenden daha kısa sürede işletme dışı kalmakta ve büyük ekonomik kayıplar meydana gelmektedir.

Korozyon kayıpları ülkelerin gayri safi milli hasılasının yaklaşık % 3,5 -4,5 ‘ u kadardır. 1976 yılında Amerika Birleşik Devletindeki korozyon kaybı 70 milyar dolar / yıl, 1982 yılında 126 milyar dolar / yıl olarak hesaplanmıştır .Bu değerin korozyonla mücadelenin henüz yetersiz olduğu ülkemizde daha büyük olması beklenebilir. Korozyon olaylarının tam olarak yok edilebildiği kabulüne dayandığı için bu değerler tam doğru olmayabilir. Gerçekte korozyon kayıplarının ancak belli bir yüzdesini (yaklaşık % 30’unu) önleyebilmek mümkün olabilir.

Hangi yöntem uygulanırsa uygulansın korozyon kayıplarının maliyetinin hesabı çok zordur. Bu zorluk korozyon nedeniyle meydana gelen malzeme ve işcilik kaybı yanında gözle görülmeyen bazı yan kayıpların belirlenmesinden kaynaklanır. Korozyonun doğrudan neden olduğu malzeme ve işcilik kaybına , korozyon nedeniyle ortaya çıkan diğer kayıpların da dahil edilmesi gerekir. Korozyonun neden olduğu dolaylı kayıpları beş maddede toplayabiliriz.

1 -Tesisin servis dışı kalması:

Korozyon sonucu meydana gelen arızanın tamiri için geçen süre içinde tesis devre dışı kalarak üretim duracaktır. Örneğin bir doğal gaz borusunun veya ana su borusunun korozyon nedeniyle bir kaç gün devre dışı kalması ile meydana gelen kayıplar hesap edilemeyecek kadar büyüktür. Ayrıca söz konusu tesiste işletme kesikliğinden doğan prestij kaybı da korozyonun neden olduğu kayıp olarak hesaba katılmalıdır.

2 -Ürün kaybı:

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



6


Bir deponun, tankın veya boru hattının korozyon sonucu delinmesi halinde, olayın farkına varılıncaya kadar geçen süre içinde ürün kaybı söz konusu olur. Bu kayıplara korozyon kaybı olarak bakmak gerekir. Ürün kaybının yanında çevre kirlenmesi ve eğer ürün yanıcı bir madde ise yangın tehlikesi de vardır. Örneğin benzin istasyonlarındaki yakıt tanklarının delinmesi sonucu yeraltına pek çok yakıt kacağı olmaktadır. Bu kaçakların neden olduğu maddi kayıpların belirlenmesi son derece güçtür.

3 -Ürün kirlenmesi:Çözünen korozyon ürünleri, elde edilen kimyasal madde içine karışarak onun kirlenmesine neden olur. Özellikle gıda, ilaç ve sabun gibi ürünlere pas bulaşması ile kalitesi bozulur. Örneğin kurşun borular, içme suyu içine zehirli kurşun bileşiklerinin karışmasına neden olur.

4 - Boya ve kaplamalar:Metalleri korozyondan korumak üzere kullanılan boyalar, kalay ve çinko ile yapılan kaplamalar da korozyon kaybı olarak kabul edilmelidir. Üretilmekte olan boyaların büyük bir kısmı korozyonu önlemek amacı ile kullanılmaktadır.

5 -Korozyon için alınan aşırı önlemler:

Çoğu zaman korozyon hızının ne büyüklükte olacağı başlangıçta tam olarak bilinemediği için, tasarım sırasında gereğinden kalın malzemeler veya çok pahalı malzemelerin kullanılması yoluna gidilmektedir. Bu harcamalar da görünmez korozyon kaybı olarak kabul edilmelidir. Bunu bir örnek ile açıklıyalım. Örneğin, 20cm çapında ve 360 km uzunluğunda bir akaryakıt boru hattında et kalınlığı 6,3 mm olan boru yerine korozyon dayanıklığını artırmak için 8,2 mm kalınlığında boruların kullanılması halinde fazladan 3350 ton çelik harcanmış olacaktır. Burada meydana gelen zarar yalnız bu çelik maliyetinden ibaret değildir. Boru et kalınlığı artırılınca kullanılacak borunun iç çapında da azalma olacaktır. Böylece söz konusu boru hattı ile yaklaşık % 5 oranında daha az akaryakıt taşınacağından pompalama enerjisi ve taşıma maliyeti de artacaktır.

Korozyon kayıplarını mümkün olduğunca azaltmak amacıyla teknolojik olarak uygulanabilen çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bunların en önemli olanları şöyle özetlenebilir.

6-Boya ve Kaplamalar:

Korozyonu önlemede en ucuz yöntem olan boyalar ve diğer kaplamalar pratikte çok eski zamanlardan beri kullanılmaktadır. Son yıllarda boya çeşitlerinde ve kalitesinde büyük gelişmeler olmuştur. En şiddetli korozif ortamlarda bile 15-20 yıl dayanabilen epoksi, poliüretan, klor kauçuk v.b. polimer boyalar geliştirilmiştir.

7-Paslanmaz çelikler :

Bu asrın başlarında demir içine belli oranlarda krom ve nikel katılmak suretiyle elde edilen alaşımın korozyona dayanıklı olduğu keşfedilmiştir. Başlangıçta üretilmekte olan paslanmaz çelikler demir içinde bulunan karbon yüzdesinin fazlalığı nedeniyle çeşitli sorunlar yaratmıştır. Günümüzde çelik içindeki karbon yüzdesini çok küçük değerlere düşürebilen özel yöntemler geliştirilmiş, böylece üstün özellikte paslanmaz çelik türleri üretebilmek mümkün olmuştur. Halen, başta tıbbi araçlar, gıda ve kimya endüstrisi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



7


olmak üzere su ve atmosfer etkisinde kalan bütün yapılarda korozyona tam olarak dayanıklı çok çeşitli paslanmaz çelikler kullanılmaktadır.

8-İnhibitör kullanımı:

Metal cinsinin değiştirilmesinin ekonomik olmadığı hallerde, çevrenin korozif özelliğini azaltmak amacıyla inhibitör kullanılması yoluna gidilmektedir. Özellikle soğutma sularında olduğu gibi kapalı sistemlerde, inhibitör kullanımı korozyonla mücadelede en ekonomik yöntemi oluşturmaktadır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



8


9-Anodik Koruma :

Anodik koruma, pasifleşme özelliği gösteren bir metalin anodik yönde polarize edilerek pasif hale getirilmesi ilkesine dayanır. Böylece metalin söz konusu ortam içindeki korozyon hızı yaklaşık binde biri düzeyine indirilebilir. Örneğin çelik sülfürik asit tanklarının korozyonunu anodik koruma yaparak etkisiz hale getirmek mümkündür.

10- Katodik koruma:

Uygulanmasına 1930 lu yıllarda başlanmış olan katodik korumada son yıllarda büyük gelişmeler olmuş ve korozyonla mücadelede en etkili ve en ekonomik yöntem durumuna gelmiştir. Katodik korumanın ilk uygulamaları boru hatları üzerinde olmuştur. Günümüzde iskele ayakları, gemiler, su ve petrol depolama tankları, kimyasal maddeleri taşıyan kaplar, ısı değiştiriciler, betonarme demirleri v.b. bir çok metalik yapı katodik olarak korunmaktadır. Özellikle yüksek basınçlı petrol ve doğal gaz boru hatlarının emniyetle işletilebilmesi ancak katodik koruma yapılarak mümkün olabilmektedir.

1.2 KOROZYONUN ELEKTROKİMYASAL İLKELERİ

Elektrokimyasal hücreler

Bir metal çubuk, kendi iyonlarını içeren bir çözelti içine daldırılırsa, metal iyonları çözeltiye geçer. Çözelti (+), metal (-) yükle yüklenir. Ara yüzeyde bir potansiyel farkı doğar. Elektron vererek çözeltiye geçen metal iyonları ile, elektron alarak yeniden serbest metal haline geçen metal atomları Me = Men+ + ne- dengesini oluşturur. Şekil-1.1. Denge halinde metal ile elektrolit arasında oluşan potansiyele elektrot potansiyeli denir. Denge halinde bulunan bir elektrodun potansiyeli sabit kalır. Ancak metal üzerinde toplanan elektronlar herhangi bir şekilde uzaklaştırılacak olursa denge bozulur. Bu durumda metal yeni elektronlar çıkararak çözünmeye devam eder. Bunun aksine olarak metale dışardan elektron akımı söz konusu olursa, bu defa çözeltide

bulunan metal iyonları metal haline indirgenerek bu elektronlar kullanılır. Şekil-1.1 Metal / elektrolit denge potansiyeli

Birbirinden farklı iki elektrot bir elektrolit içine daldırılırsa, bir elektrokimyasal hücre (galvanik hücre) meydana gelir. Elektrotlardan daha negatif potansiyelli olanı anot,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



9


diğeri katot olur. Anotta biriken elektronlar dış bağlantı iletkeni üzerinden katoda doğru akar. Böylece anot metalinin sürekli olarak çözünerek iyon haline geçmesi sağlanmış olur. Katoda giden elektronların orada bir redüksiyon reaksiyonu ile ayni anda kullanılması gerekir.

Elektrolit genellikle iyon içeren bir sulu çözeltidir. Elektrik akımı elektrolit içinden iyonlar tarafından taşınır. Dış devreden ise, metalik iletken üzerinden elektron akımı gerçekleşir. Elektrolit içinde akım anottan katoda doğru akar. Dış devrede elektrik akımı yönü, elektron akış yönünün tersine olarak katottan anoda doğrudur. Şekil-1.2. Böylece oluşan elektrokimyasal hücre bir pil olarak kabul edilebilir. Anot ve katot arasında yeterli derecede potansiyel farkı bulunduğu süre bu pil kendiliğinden akım

üretebilir. Korozyon hücreleri de benzer mekanizma ile çalışır. Şekil- 1.2 Bir elektrokimyasal hücre (Ok işaretleri elektrik akım yönünü göstermektedir.)

Elektrokimyasal Reaksiyonlar

Elektrokimyasal reaksiyonlar anot ve katot yüzeyinde elektron alış verişi ile birlikte yürür. Anotta yükseltgenme, katotda ise indirgenme reaksiyonu meydana gelir. Elektronların açığa çıktığı anda kullanılması gerekir. Anotta oksidasyon reaksiyonu sonucu açığa çıkan elektronlar bir metalik iletken üzerinden akarak katoda gider ve orada ayni anda yürümekte olan katot reaksiyonunda kullanılır. Bu iki reaksiyon ayni anda gerçekleşir. Böylece anot ve katotdan eşdeğer miktarda akım geçer. Faraday yasasına göre , devreden 96500 kulon ( 1Faraday ) akım geçtiğinde anot ve katotda daima 1 ekivalent gram madde kimyasal değişime uğrar.

Elektrotlarda yürüyen kimyasal reaksiyonun yürütücü kuvveti, hücreyi oluşturan elektrotların potansiyelleri arasındaki farktır. Buna elektromotor kuvveti (EMK) denir. Elektrot potansiyelleri söz konusu elektrodun çözelti içinde bulunan konsantrasyonuna (daha doğrusu aktivitesine) bağlı olarak termodinamik yöntemlerle hesaplanabilir. Bu amaçla Nernst Denklemi kullanılır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



10


E = Eo - Ln aMen+

Burada,E : Oksidasyon olarak elektrot potansiyeli,VoltEo : Standard haldeki elektrot potansiyeli,VoltR : Üniversal gaz sabiti, 8,314 J/mol.KT : Sıcaklık, K F : Faraday sabiti, 96500 kulon/ekivalenta : Metal iyonu aktivitesi’ dir

Bu bağıntıda , sıcaklık T = 298 K ve aMen+ = 1 alınırsa, E = Eo elde edilir. Eo değerine

standard elektrot patansiyeli denir. Bu değer metal iyonu aktivitesinin aMen+ = 1

olduğu hale ait elektrot potansiyelidir. Her metalin standart elektrot potansiyeli sabit bir değer olup bilinmektedir. Standart elektrot potansiyeli değerleri söz konusu metalin ne derece korozyona yatkın olduğu hakkında relatif bir fikir verebilir. Hidrojenin standart elektrot potansiyeli sıfır kabul edilerek metallerin standart elektrot potansiyelleri büyükten küçüğe doğru sıralanırsa, aktif metalden soy metale doğru giden bir “Standart Elektrot Potansiyelleri Serisi” elde edilir. Tablo-1.2

Tabloda verilen elektrot potansiyelleri, elektrodun oksidasyon reaksiyonu içindir. Bu potansiyel ne kadar büyük ise, elementin oksitlenme eğilimi de o derece yüksektir. Tabloda yukarda bulunan metaller kolay oksitlenebilen aktif metallerdir. Yukarda bulunan bir metal kendinden daha aşağıda bulunan metallerin anodu olur. Hidrojenden daha yukarda bulunan metaller asit çözeltilerinde hidrojen çıkararak çözünebilirler. Ancak listede verilmiş olan bu potansiyel değerlerinin iyonik konsantrasyonunun 1 molar (daha doğrusu a = 1) olması haline karşı geldiği gözden uzak tutulmamalıdır. Konsantrasyon değiştikce elektrot potansiyelleri de değişir. Bu durumda listedeki sıra da değişebilir.Diğer taraftan metal yüzeyinde oksit tabakası veya diğer korozyon ürünlerinin oluşması halinde elektrot potansiyelinde düşme meydana gelir. Pratikte listenin kullanılması halinde bu durumun da göz önüne alınması gerekir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



11


TABLO-1.2 Standard Elektrot Potansiyelleri Serisi Elektrot Elektrot Reaksiyonu Standard elektrot

potansiyeli(oksidasyon), Volt

Na /Na+ Na = Na+ + e- + 2,714Mg / Mg2+ Mg = Mg2+ + 2e- + 2,363

Al /Al3+ Al = Al3+ + 3e- + 1,662Mn / Mn2+ Mn = Mn2+ + 2e- + 1,180Zn /Zn2+ Zn = Zn2+ + 2e- + 0,763Cr /Cr3+ Cr = Cr3+ + 3e- + 0,744Fe /Fe2+ Fe = Fe2+ + 2e- + 0,440Cd /Cd2+ Cd = Cd2+ + 2e- + 0,403Co /Co2+ Co = Co2+ + 2e- + 0,277Ni /Ni2+ Ni = Ni2+ +2e- + 0,250

Sn / Sn2+ Sn = Sn2+ + 2e- + 0,140Pt / H2 / H+ H2 = 2H+ +2e- 0,000Cu / Cu2+ Cu = Cu2+ + 2e- - 0,337Pt / OH/O2 4 OH- =O2+2H2O +4e- - 0,401Cu / Cu+ Cu = Cu+ + e- -0,521Pt / I -/ I2 2 I- = I2 + 2e- -0,536

Pt / Fe2+ / Fe3+ Fe2+ = Fe3+ + e- -0,771Hg / Hg2+ Hg = Hg2+ + 2e- - 0,780Ag / Ag+ Ag = Ag+ + e- - 0,799

Pt / Br- /Br2 2Br- = Br2 + 2e- -1,066Pt / Cl-/Cl2 2Cl- = Cl2 + 2e- -1,360Au / Au3+ Au = Au3+ + 3e- - 1,500

Gerçek korozif ortamlarda metal hiç bir zaman kendi iyonlarını içeren bir çözelti içine daldırılmaz. Gerçek elektrolitler içinde metal iyonu konsantrasyonu çok küçüktür. Diğer taraftan metal yüzeyi genellikle ince bir oksit filmi ile kaplı haldedir. Böyle bir metalin potansiyeli listede verilmiş olan standart değerden farklı olur. Bu nedenlerle pratikte daha çok standart elektrot potansiyelleri serisi yerine galvanik seri kullanılır. Galvanik seri metaller iyi bir doğal elektrolit olan deniz suyu (veya sentetik deniz suyu) içine daldırılarak doygun kalomel elektroda karşı potansiyelleri ölçülerek elde edilir. Tablo-1.3

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



12


TABLO -1.3 Bazı metal ve alaşımların galvanik serisi ( 250C)

1.3 - YERALTI KOROZYONU

Korozyon olayları metal yüzeylerinde oluşan korozyon hücrelerinin anot ve katodunda meydana gelen elektrokimyasal reaksiyonlar ile yürür. Bir korozyon hücresinin oluşması için şu üç koşulun bir arada bulunması gerekir. 1- İyon içeren bir sulu çözelti (elektrolit), 2-Yeteri kadar negatif potansiyelli bir anot ve 3- Anottan daha pozitif potansiyelli bir katot. Bu üç koşuldan birinin bulunmaması halinde korozyonun oluşmayacağı kesin olarak söylenebilir. Ancak bazı halde bu üç koşulun bulunması halinde bile, eğer kinetik koşullar mevcut değilse, örneğin elektrolit direnci çok yüksek

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



13


veya anot -katot arasındaki potansiyel farkı çok düşük ise, korozyon olayı pratik olarak yine de gerçekleşmeyebilir.Yeraltı Korozyonunun Oluşumu

Yeraltına konulmuş olan metallerin korozyonunda zemin elektrolit rolü oynar. Zemin boşlukları içinde az veya çok su bulunur. Bu su içinde başta klorür ve sülfat tuzları olmak üzere çeşitli iyonlar çözünmüş haldedir. Ayrıca çözünmüş veya gaz halinde oksijen de bulunur. Böyle bir elektrolit içinde korozyonun yürümesi için mutlaka iki ayrı metalin bulunması şart değildir. Metal yapısında veya elektrolitte bulunan bazı farklılıklar nedeniyle meydana gelen potansiyel farkı, mikro veya makro korozyon hücreleri oluşturabilir. Bunun sonucu olarak, metal yüzeyinin bazı bölgeleri katot, bazı bölgeleri de anot olur. Elektron akımı metal üzerinden gerçekleşir. Şekil-1.3

Şekil-1.3 Metal yüzeyinde bir korozyon hücresinin oluşmasıKorozyon hücresinin elektroliti doğal su veya zemin olduğunda katot reaksiyonu genellikle oksijen redüksiyonu ile gerçekleşir. Korozyon olayı metalin iyon haline yükseltgenmesi ile anot bölgelerinde meydana gelir. Anotta metal iyon halinde çözeltiye geçer. Bu iyonlar alkali ortamlarda yüzeyin yakınında su ile hidroliz olarak hidroksit halinde çökelir.

Me = Me2+ + 2e-

Me2+ + 2 H2O = Me (OH)2 + 2 H+ Korozyon olayında katot reaksiyonu ortam koşullarına bağlıdır. Katotda herhangi bir redüksiyon olayı meydana gelebilir. Katot reaksiyonu elektrolit ortamının pH ‘ ına ve çözünmüş oksijenin konsantrasyonuna bağlıdır. Doğal elektrolitler içinde yürüyen korozyon olaylarında başlıca aşağıdaki iki katot reaksiyonu söz konusu olur.

a) Asidik ortamlarda katot reaksiyonu hidrojen iyonu indirgenmesi ve hidrojen çıkışı ile gerçekleşir.

2H+ + 2 e- = H2

b) Nötral ve çözünmüş oksijenin bulunduğu ortamlarda katot reaksiyonu suiçinde

çözünmüş olan oksijenin elektron alarak hidroksil iyonu haline dönüşmesi şeklinde yürür.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



14


Doğal sular içinde pH genellikle 7’den daha yüksektir. Bu nedenle doğal sular ve zemin içindeki korozyon olayı genellikle (b) de olduğu gibi katotta oksijen redüksiyonu ile gerçekleşir. Bu durumda yeraltı ve sualtı korozyonu hızını elektrolit içinde çözünmüş oksijen konsantrasyonu kontrol eder.

Zemin İçinde Korozyonun Oluşum Nedenleri

Zemin içinde bulunan bir çelik yapı çok çeşitli nedenlerle korozyona uğrayabilir. Bunlardan en önemlileri şunlardır:

Metal yüzeyinde yerel farklılıklar oluşması, Zemin cinsi veya yapısının değişmesi, Metal cinsi veya yapısının değişmesi, 4 . Farklı havalanma.

1- Metal Yüzeyindeki Farklılıklar Nedeniyle Oluşan Korozyon

Korozyon hücreleri ancak bir potansiyel farkı bulunduğu zaman oluşabilir. Yeraltında bulunan bir boru yüzeyinde kaplama bozukluğu veya metalurjik yapıda herhangi bir fark bulunması, boru/zemin potansiyelinin yer yer değişmesine neden olur. Hatta boru yüzeyinde oluşan heterojen kabuklar da korozyon hücresine yetecek ölçüde potansiyel farkı yaratabilir. Örneğin kumlu bir zemin içinde bulunan kaplamasız bir boru yüzeyine yapışan kil topakları o bölgenin daha az oksijen almasına ve korozyona uğramasına neden olabilir. Şekil-1.4

Şekil-1.4 Boru yüzeyine yapışan kil topaklarının neden olduğu korozyon

Buna benzer şekilde kaplamalı bir boruda , kaplamanın bozuk olduğu küçük bir bölge anot olarak korozyona uğrar. Bu durumda katot/anot yüzey alanı oranı çok büyük olduğundan kaplamanın bozuk olduğu çok küçük bir bölge şiddetli korozyon etkisinde kalır. Şekil-1.5

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



15


Şekil-1.5 Kaplamanın bozuk olduğu bölgede meydana gelen korozyon2 -Zemin Cinsi ve Yapısının Değişmesi İle Oluşan Korozyon

Zemin heterojen yapıda bir elektrolittir. Zeminin fiziksel ve kimyasal yapısı kısa mesafeler içinde değişebilir. Yeraltında bulunan bir boru hattı az korozif bir zeminden çok korozif bir zemine girdiği anda boru/zemin potansiyelinde kısa mesafe içinde büyük bir değişim meydana gelir. Borunun korozif karakterdeki zemin içinde kalan bölgesinde boru/zemin potansiyeli daha negatiftir. Bu bölge anot olarak korozyona uğrar. Şekil-1.6’da farklı yapıda bir zemin içinden geçen bir boru hattı görülmektedir. Boru /zemin potansiyeli (A) zemini içinde - 0,5 Volt, (B) zemini içinde -0,40 Volt olarak ölçülmüştür. Bu durumda (A) zemini içinde kalan boru parçası anot olarak korozyona uğrayacak ve boru üzerinde katotdan anoda doğru bir akım akacaktır.

Şekil-1.6 Zemin yapısındaki farktan ileri gelen anot ve katot bölgeleri

Boru hatları zemin içinde yatay olarak değişik zeminlerden geçer. Uzun mesafeler içinde kil, kum, kalker vb. çeşitli cinste zeminler bulunabilir. Zemin cinsi değiştikce boru/zemin potansiyelinde de değişme olur. Örneğin kalker içinden geçen bir boru hattı killi bir zemine girdiğinde bu bölgede boru/zemin potansiyeli daha negatif bir değer alır. Bu durumda boru hattının kil içinde kalan bölgelerinin anot, kalker içinde kalan bölgelerinin katot olduğu makro ölçüde bir galvanik pil oluşur . Bu iki bölge arasında boru üzerinde katotdan anoda doğru bir akım geçişi olur. Şekil-1.7

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



16


Şekil-1.7 Farklı zeminlerin neden olduğu korozyonYalnız zemin cinsinin değil, zemin rezistivitesinin değişmesi halinde de boru hattında potansiyel farkı doğabilir. Şekil-1.8’de boru hattı kısa bir bölgede yeraltı suyu tablasının yüksek olduğu bir zemin içinden geçmektedir. Boru hattının bu bölgesi anot olarak korozyona uğrayabilir.

Şekil-1.8 Boru hattının su tablası altında kalan bölgesinde oluşan korozyonElektrolit cinsinin değişmesinden ileri gelen benzer bir korozyon olayı da zemin içinden geçerek betona giren boru hatlarında görülür. Beton içindeki bölgede boru potansiyeli zemin içindeki potansiyele göre çok düşüktür. Bu durumda borunun beton içinde kalan bölümü katot olurken, zemin içinde kalan kısım anot olarak korozyona uğrar. En şiddetli korozyon olayı borunun zeminden betona girdiği bölgede görülür. Şekil-1.9

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



17


Şekil- 1.9 Zeminden betona giren bir boru hattında korozyon

3- Farklı Metallerin Bağlantısından Oluşan KorozyonAyni elektrolit içinde bulunan farklı iki metalin bağlantısı galvanik bir hücre yaratacağından korozyon açısından son derece tehlikelidir. Bu nedenle pik, çelik ve paslanmaz çelik borular hiçbir zaman birbirine bağlanarak kullanılmamalıdır. Hatta farklı cinste kaplama yapılmış borularda bile etkili bir korozyon olayı görülebilir. Pratikte sık raslanan bir olay, tamir sırasında yeni takılan boru ile eski borular arasında meydana gelen korozyondur. Burada daha negatif potansiyelli yeni boru anot olarak korozyona uğrar. Şekil-1.10

Şekil-1.10 Eski ve yeni borular arasında oluşan korozyon

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



18


4-Farklı Havalanmadan İleri Gelen KorozyonZemin içinde bulunan bir metal yüzeyinin her bölgesi ayni derecede oksijen almıyabilir. Atmosferden zemin içine oksijen difüzyon hızı zeminin granülometrik yapısına, yoğunluğuna ve özellikle rutubet derecesine bağlıdır. Yer yüzünden yeraltında bulunan

boruya kadar olan mesafede oksijen transferi üç ayrı mekanizma ile gerçekleşir. Şekil-1.11

Şekil-1.11 Atmosferden zemin içine oksijen transferi

Şekilde (A) ile gösterilen birinci bölgede, zemin içinde bulunan boşluklar atmosfere açıktır. Bu bölgede transfer konveksiyon yoluyla gerçekleşir. (B) bölgesindeki zemin içinde de hava ile dolu boşluklar vardır. Ancak bu boşluklar kapalı haldedir ve içleri kısmen su ile dolu olabilir. Buna rağmen bu bölgede de oksijen transferi yine gaz halindedir ve oldukça hızlıdır. (C) bölgesi su altındadır ve bütün boşluklar su ile doludur. Burada oksijen su içinde çözünerek metal yüzeyine kadar difüzyon yoluyla hareket eder. Bu nedenle oksijen transfer hızı son derece küçüktür.

Yukarda açıklanmış olduğu gibi doğal zeminler heterojen yapıdadır. Bu nedenle zemin içinde bulunan bir boru hattının her bölgesi ayni derecede hava alamaz. Zeminin granülometrik yapısı, yoğunluğu ve rutubet derecesine bağlı olarak borunun bazı bölgeleri az, bazı bölgeleri de çok oksijen alabilir. Bu farklı havalanma boru yüzeyinde yer yer potansiyel farkı doğmasına ve korozyon hücrelerinin oluşmasına neden olur. Farklı havalanma nedeniyle oluşan korozyon olayına tipik bir örnek, yol geçişlerinde borunun kaplama altında kalan bölgesi ile, kenarlarda daha fazla oksijen alabilen bölgeleri arasında meydana gelen korozyon olayıdır. Yolun geçirimsiz kaplaması altında kalan ve az oksijen alabilen bölgeler anot olarak korozyona uğrar. Şekil-1.12.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



19


Şekil-1.12 Farklı havalanma nedeniyle yol geçişlerinde oluşan korozyon Farklı havalanma nedeniyle oluşan korozyon olayına diğer bir örnek de, yeraltına hendek içine konulan boruların alt kısımlarında oluşan korozyondur. Bunun nedeni, montaj sırasında boru üst kısmına yapılan dolgu ile hendek kenarlarında bulunan bozulmamış haldeki doğal zeminin oksijen geçirgenliği arasındaki farktır. Boru hendeğe konulduktan sonra üst kısım yumuşak ve üniform yapıda bir malzeme ile doldurulur. Bu dolgu doğal zemine göre daha geçirgendir. Dolayısı ile borunun üst kısımları bol oksijen alırken alt kısımlar çok az oksijen alabilir. Taban bölgesi anot olarak korozyona uğrar. Şekil-1.13 Boru hatlarında delinmelerin genellikle taban bölgesinde meydana gelmiş olması, borunun atmosfere yakın olan üst bölgesi ile zemine oturmuş olduğu alt bölgesi arasında oluşan oksijen konsantrasyon pili ile açıklanmaktadır.

Şekil-1.13 Hendek içine konulan bir boru hattında farklı havalanmadan ileri gelen korozyon

1.1 TERMODİNAMİK AÇIDAN KOROZYON

Bir kimyasal reaksiyonun kendiliğinden yürüyüp yürüyemiyeceği termodinamik yöntemlerle kesin olarak belirlenebilir. Termodinamik yasalarına göre bir kimyasal reaksiyon ancak serbest enerji değişimi negatif (G < 0 ) olduğu zaman kendiliğinden yürüyebilir. O halde belli bir ortamda anot ve katot reaksiyonlarının toplamından oluşan korozyon reaksiyonunun serbest enerji değişimi hesaplanarak korozyonun meydana gelip gelmiyeceği belirlenebilir. Bunu bir örnek ile açıklıyalım. Örneğin demirin, pH = 4 olan (oksijensiz) bir sulu çözelti içinde korozyona uğrayıp uğramayacağını inceleyelim.Anot reaksiyonu ,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



20


Fe = Fe2+ + 2 e- Korozyonun gerçekleşmesi halinde en az Fe2+ = 10-6 mol/l olması gerekir. Buna göre anot denge potansiyeli,

E = 0,44 - log 10-6 = 0,62 Volt

Anot reaksiyonunun serbest enerji değişimi,

G = - nFE = - 2 x 96500 x 0,62 = - 119,7 kJ/mol

Katot reaksiyonu,

2H+ + 2 e- = H2

Katot potansiyeli,

E = 0 - = - 0,236 Volt

Katot reaksiyonu serbest enerji değişimi,

G = - nFE = - 2 x96500 ( - 0,236 ) = 45,5 kJ/mol

Toplam korozyon reaksiyonu anot ve katot reaksiyonlarının toplamından oluşur.

Fe + 2H+ = Fe2+ + H2

Bu reaksiyonun serbest enerji değişimi,

Gkorozyon = Ganot + Gkatot

Gkorozyon = -119,7 + 45,5 = - 74,2 kJ/molbulunur. Bu sonuç, G < 0 olduğu için demirin pH = 4 olan sulu çözelti içinde korozyona uğrayabileceğini göstermektedir. Ancak termodinamik olarak korozyon hızı hakkında bir fikir edinebilmek mümkün değildir. Korozyon hızı ancak reaksiyon kinetiği incelenerek anlaşılabilir. Örneğin pasifleşme nedeniyle korozyon hızı pratikte önemsiz sayılacak kadar küçük olabilir. Bu durumda korozyon bir tehlike yaratmayabilir. Eğer korozyon reaksiyonunun serbest enerji değişimi pozitif ise, bu durumda korozyon olayının meydana gelmiyeceği kesin olarak söylenebilir.

Potansiyel - pH Diyagramları

Yukarda açıklanan termodinamik yöntemlerle bir metalin sulu çözeltiler içinde korozyon bakımından aktif veya pasif halde olduğu, çözeltinin pH derecesi ve metalin çözelti içindeki elektrot potansiyeli grafiğe geçirilerek kesin şekilde belirlenebilir. İlk olarak Marcel Pourbaix tarafından ortaya konulan bu potansiyel - pH diyagramları Pourbaix Diyagramları olarak bilinir. Bütün metaller için özel Pourbaix diyagramları hazırlanmıştır. Bu diyagramlar söz konusu olan ortamda olası kimyasal reaksiyonlar göz önüne alınarak her bir bileşenin kararlı halde olduğu bölgeler termodinamik yöntemlerle hesaplanarak belirlenmiştir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



21


Pourbaix diyagramları, söz konusu olan metalin sulu çözeltiler içinde korozyona uğramadığı bölgeyi kesinlikle ortaya koyar. Metalin korozyona uğramasının mümkün olduğu bölgelerde ise, gerçekte korozyon olayı gözlenmeyebilir. Bu bölgelerde metal termodinamik olarak stabil halde değildir. Ancak korozyon hızı çok yavaş olabilir, veya korozyon reaksiyonunu fiziksel olarak engelleyen (örneğin pasifleşme veya kabuk oluşması gibi ) kinetik bir olay söz konusudur. Pourbaix diyagramları kullanılırken bu durum gözden kaçırılmamalıdır.

Su için Pourbaix Diyagramı

Su elektroliz edilirse katotta hidrojen çıkışı olur. Suyun pH derecesine göre hidrojen çıkış reaksiyonları şöyledir.

Asidik çözeltilerde : 2 H+ + 2 e- = H2

Nötral ve alkali çözeltilerde : 2 H2O + 2 e- = H2 + 2 OH-

Nernst denklemine göre bu reaksiyonların denge potansiyeli,

E H+/H2 = EoH+/H2 - Ln PH2 // aH+

şeklinde yazılabilir. Bu denklemde EoH+/H2 = 0 , PH2 = 1 atm ve pH = -log aH+ olduğu

göz önüne alınırsa, EH+ /H2 = 0,0 - 0,059 pH elde edilir. Yani sulu bir çözelti içinde hidrojen çıkış potansiyeli doğrudan çözelti pH değerine bağlıdır. pH = 0 ise, E =0 Volt’da ve pH = 7 ise, E = -0,413 Volt’ da hidrojen çıkışı başlar. Çözeltinin pH derecesi arttıkca, elektrot potansiyelinin negatif yönde lineer olarak arttığı görülür.

Elektrot potansiyelinin pozitif değerlerinde suyun elektrolizinde aşağıdaki reaksiyonlara göre oksijen çıkışı meydana gelir.

Asidik çözeltilerde : 2 H2O = O2 + 4 H+ + 4 e-

Nötral ve alkali çözeltilerde : 4 OH- = O2 + 2H2O + 4 e-

Oksijen çıkışında Po2 = 1 atm olduğu göz önüne alınarak Nernst denklemi yazılacak olursa, birinci reaksiyonun denge potansiyeli ,

EO2 /H2O = EoO2/H2O - 0,059 pH

şeklinde ifade edilebilir. Burada , EoO2/H2O = 1,227 Volt olduğu göz önüne alınırsa, suyun

elektrolizinde oksijen çıkış potansiyeli için,

EO2/H2O = 1,227 - 0,059 pH

bağıntısı bulunur. Burada pH = 7 değeri yerine konulursa, nötral bir suda oksijen çıkışının E = 0,814 Volt ‘ da başlamış olduğu anlaşılır. Suyun pH değeri ile potansiyel arasındaki bu bağıntılar Şekil- 1.13 de görülmektedir. Şekilde (a) doğrusu hidrojen çıkışına karşı gelir. Bu doğru üzerinde hidrojen çıkış reaksiyonu denge halindedir. Doğrunun altında, yani daha negatif potansiyellerde reaksiyon hidrojen çıkışı yönünde gelişirken, daha pozitif potansiyel değerlerinde, yani (a) doğrusunun üzerinde su termodinamik olarak stabil halde bulunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



22


Şekildeki (b) doğrusu suyun ayrışması ile oksijen çıkışı reaksiyonuna karşı gelir. Eğer potansiyel daha pozitif ise su ayrışarak oksijen çıkar. Eğer potansiyel değeri (b) doğrusunun altında ve fakat (a) doğrusu üstünde bulunuyorsa, bu durumda su stabil halde kalır. Yukarda nötral çözeltiler için verilmiş olan reaksiyon tersine döner. Eğer su içinde çözünmüş oksijen varsa redüklenerek OH- iyonu oluşturur. Bu açıklamalardan

anlaşılacağı üzere su için hazırlanan Pourbaix diyagramında termodinamik olarak stabil olan üç ayrı bölge bulunur. (a) doğrusu altında kalan bölgede su ayrışarak hidrojen çıkışı meydana gelir. (a) ve (b) doğruları arasında kalan bölgede su stabil haldedir. Yani ne hidrojen, ne de oksijen çıkışı söz konusu olmaz. Bu bölgede oksijen redüklenerek suyu oluşturur. (b) doğrusunun üstünde kalan bölgede ise, hem asidik hem de alkali ortamlarda suyun ayrışması ile oksijen çıkışı meydana gelir.Şekil-1.13 Su için potansiyel -pH diyagramı

Demir + Su Sistemi İçin Pourbaix Diyagramı

Demirin su içinde çözünen iyonları ve katı haldeki korozyon ürünleri şunlardır:

İyonlar : Fe 2+ , Fe 3+ , HFeO2-

Katı ürünler : FeO , Fe2O3 , Fe3 O4 , Fe (OH)2 , Fe (OH)3

Bu ürünlerin stabil halde olduğu bölgeler termodinamik olarak belirlenmiş ve diyagramda üç bölge halinde gösterilmiştir. Demir + su sistemi için hazırlanmış olan Pourbaix diyagramı Şekil-1.14’de verilmektedir.

Korozyon Bölgeleri :

Potansiyelin - 0,62 Voltdan (SHE) daha pozitif ve pH'ın 9 dan küçük olduğu bölgede demir Fe 2+ ve Fe 3+ iyonları oluşturarak korozyona uğrar. Korozyon bölgesinin alt kısımlarında demir-2 , üst kısımlarında da demir-3 iyonları stabildir. Diğer korozyon bölgesi, potansiyelin -0,80 Volt ile -1,2 Volt arasında ve pH'ın 13 den büyük olduğu dar bir aralıkta görülür.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



23


Şekil - 1.14 Demir + su sistemi için Pourbaix diyagramı

Bağışıklık Bölgesi :

Demir - 0,62 Voltdan daha negatif potansiyelde iken termodinamik olarak stabil haldedir. Bu bölgede demir korozyona uğramaz. Potansiyel bu bölgede tutulabilirse, demir katodik olarak korunur. Hidrojen elektroda göre -0,62 olan bu potansiyel değeri doygun bakır / bakır sülfat referans elektrodu ile -0,850 Volt'a karşı gelir. Bu değer demir ve çeliğin katodik korumasında kriter olarak kullanılır.

Pasiflik Bölgesi :

Bu bölgede demir yüzeyinde Fe3O4 veya Fe2O3 oksitleri oluşur. Bunlar metalin pasif halde kalmasına neden olur. Oluşan oksit tabakasının bileşimi ve yapısı ortam koşullarına bağlıdır.

Yukarda belirtildiği gibi Pourbaix diyagramları ile hangi reaksiyonların hangi bölgede gerçekleşeceğini önceden belirliyebilmek mümkün olur, fakat korozyon hızı hakkında bilgi edinilemez. Korozyon hızının belirlenmesi için termodinamik dışında reaksiyon kinetiği ile ilgili ek bilgilere de ihtiyaç vardır. Örneğin, Pourbaix diyagramında çözünmeyen korozyon ürünlerinin stabil olduğu bölge pasiflik bölgesi olarak tanımlanır. Bu bölgede, pratik olarak korozyonun etkili olarak yürüyüp yürümiyeceği hakkında kesin bir karar verilemez. Bu durum ancak deneysel olarak ortaya konulabilir. Korozyon ürünlerinin yüzeye yapışması ve sağlamlığı pasifliğin oluşmasında rol oynar. Buna karşılık metalin stabil olduğu “immunite” bölgesinde korozyonun olmayacağı kesin olarak söylenebilir.

1.2 1.5 - PASİFLEŞME

Pasifleşme özelliği olan bir metal anodik olarak polarize edilirse, Şekil-1.15 de görülen biçimde polarizasyon eğrileri elde edilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



24


Şekil-1.15 Pasifleşme özelliği olan bir metalin anodik polarizasyon eğrileriŞekilde, pasifleşme özelliği olan bir metalin havası giderilmiş bir asit çözeltisi içindeki anodik polarizasyon eğrisi şematik olarak verilmektedir. Şekilden görüldüğü üzere, başlangıçta denge potansiyelinden itibaren potansiyel artırıldıkça korozyon hızı da artmaktadır. Metalin korozyona uğramakta olduğu bu bölge aktif bölge olarak tanımlanır. Metalin pasifleşme potansiyeli olan (Epp) potansiyel değerine erişildiğinde, pasifleşme başlar ve bu noktadan sonra potansiyelin hafif bir artışı ile korozyon hızında ani bir düşme gözlenir. Korozyon hızı bir anda binde bir veya daha fazla düşer ve (ipas) değerini alır. Pasif hale erişildikten sonra, potansiyel anodik yönde artırılmaya devam edilirse, korozyon hızının artık değişmediği görülür. Bu durum metal yüzeyinde oluşan pasif tabaka kırılıncaya kadar devam eder. Metalin korozyon hızının düşük bir değerde sabit kaldığı bu bölge pasif bölge olarak tanımlanır. Potansiyel pozitif yönde belli bir değere erişince pasif film kırılarak bozulur. Pasif tabakanın bozulan noktalarında çukur tipi korozyon olayı başlar. Bu noktadan sonra korozyon hızında yeniden artış görülür. Böylece transpasif bölge başlamış olur.

Pasif bölgenin büyüklüğü metalin içinde bulunduğu ortam koşullarına göre değişir.

Asitlik ve sıcaklık arttıkca pasif bölge gittikçe daralır. Buna paralel olarak pasif bölgenin korozyon hızında ( ipas ) artış görülür. Şekil-1.16

Şekil-1.16 pH değeri ve sıcaklığın pasif bölge üzerine etkisiKatodik Reaksiyonun Pasiflik Üzerine Etkisi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



25


Pasiflik özelliği olan bir metalin korozyona uğrayıp uğramıyacağı anodik polarizasyon eğrisi ile katot reaksiyonu ile birlikte incelenerek belirlenebilir. Şekil 1.17 de pasiflik özelliği olan bir metalin anodik polarizasyon eğrisi ile sekiz ayrı katodik polarizasyon eğrileri görülmektedir.

Şekil-1.17 Pasif halde bulunan bir metalin korozyonu üzerine katot reaksiyonlarının etkisiEğer katodik polarizasyon eğrisi anodik eğriyi (1) ve (2) de olduğu gibi aktif bölgede keserse, metal korozyona uğrar ve korozyon hızı (iA) ve (iB) olur. Katodik polarizasyon eğrisi (3) te olduğu gibi anodik eğriyi biri aktif bölgede diğeri pasif bölgede olmak üzere iki noktada keserse, korozyon açısından kararsız bir durum ortaya çıkar. Potansiyeldeki çok küçük bir oynama ile metal pasif halden aktif hale geçebilir. Grafikte görülen (X) noktası stabil değildir. Katodik polarizasyon eğrileri anodik eğriyi (4), (5), (6) da olduğu gibi pasif bölgede kesecek olursa, her üç halde de korozyon hızı minimumdur ve ipas değerine eşittir. (7) ve (8) de olduğu gibi katodik polarizasyon eğrileri anodik eğriyi transpasif bölgede keserlerse , (E) ve (F) de olduğu gibi metal yeniden şiddetle korozyona uğrar.

Pasiflik Üzerine Çözelti Hızının Etkisi İçinde çözünmüş oksijen bulunan nötral çözeltilerde katodik reaksiyon oksijen redüksiyonu şeklinde yürür. Oksijenin bol olduğu çözeltiler içinde anodik ve katodik polarizasyon eğrileri pasif bölge içinde kesişirler. Bu durumda korozyon hızı ipas

değerine eşittir. Durgun çözeltilerde katot yüzeyine oksijenin difüzyon hızı çok yavaştır.Bu nedenle bir süre sonra oksijen redüksiyonu reaksiyonu limit akımın kontrolü altına girer. Bu durumda katodik polarizasyon eğrisi, anodik eğriyi aktif bölge içinde de kesebilir. Böylece durgun bir çözelti içinde pasif halde bulunan metal bir süre sonra aktif hale geçebilir. Çözelti hızı arttıkça limit akımın etkisi azalacağından bu durumda metal pasifliğini korur. Şekil-1.18

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



26


Şekil-1.18 Limit akımın pasif bir metalin korozyon hızı üzerine etkisiEğer çözelti içinde bol oksijen varsa anodik ve katodik polarizasyon eğrileri (5)ve (6) da olduğu gibi yalnız pasif bölge içinde kesişirler. Böyle çözeltiler içinde metal pasif halde bulunur. Eğer çözünmüş oksijen konsantrasyonu az ise, veya çözelti durgun halde ise bu durumda kısa sürede limit akıma erişilir. Bunun sonucu olarak katodik ve anodik polarizasyon eğrileri (1), (2), (3) ve (4) de olduğu gibiaktif bölge içinde de kesişebilir.

Buradan nötral tuzlu sular içinde bulunan paslanmaz çelikler için şu önemli sonuç çıkarılabilir: Oksijen konsantrasyonu düşük olan durgun haldeki tuzlu çözeltiler içinde pasiflik bozulabilir . Daha genel olarak da şu sonuca varılabilir : Eğer katodik reaksiyon hızı, anodun krıtik akım yoğunluğundan daha büyük ise, metal pasif halini korur.

1.3 1.6 - POLARİZASYON

Bir galvanik hücreden akım geçtiği zaman katot potansiyelinde negatif yönde anot potansiyelinde de pozitif yönde değişme (polarizasyon) meydana gelir. Polarizasyon sonucu katot ve anot potansiyelleri gittikçe birbirine yaklaşarak bir denge potansiyeline ulaşır. Şekil-1.19

Şekil-1.19 Bir galvanik hücrenin polarizasyonu

Başlangıçta katot potansiyeli ECorC ve anot potansiyeli ECorA dır. Anot ve katot birbirine bağlandıktan sonra hücreden geçen akımın etkisi ile bir EDenge potansiyeli oluşur. Denge potansiyelinde anodik ve katodik reaksiyonların hızı birbirine eşittir.

Sulu çözeltiler içinde korozyona uğrayan bir metal de bir galvanik hücre gibi polarize olur. Böyle bir korozyon hücresinin katot reaksiyonu hidrojen iyonu redüksiyonu, anot reaksiyonu da metalin oksidasyonu şeklindedir. Şekil-1.20 de korozyona uğrayan bir metalin polarizasyonu görülmektedir. Başlangıçta katot potansiyeli eH+/H , anot potansiyeli de eM/M+ değerindedir. Korozyonun başlaması ile katot potansiyeli negatif

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



27


yöne anot potansiyeli de pozitif yöne doğru artarak bir denge potansiyeline Ecor

erişirler. Şekil-1.20 Korozyona uğrayan bir elektrodun polarizasyonu

Şekilde görüldüğü gibi Ecor potansiyelinde denge halinde bulunan bir elektroda katodik yönde iapp kadar bir dış akım uygulanırsa elektrot potansiyeli c kadar negatif yöne doğru kayar. Akım altında ölçülen potansiyel ile denge potansiyeli arasındaki farka aşırı gerilim denir ve () ile gösterilir. = Ei - Eo dır.

2 Korozyon Potansiyeli ve Korozyon Akımı

Bir korozyon hücresinden geçen akım yalnız potansiyel farkına değil, anot ve katot dirençleri ile metalik iletkenlerin toplam direncine bağlıdır. Korozyon potansiyeli anot ve katot dirençlerinin etkisi ile anoda veya katoda yakın bir noktada oluşur. Şekil-1.21 de bir korozyon hücresinin devre şeması ve Şekil-1.22 de korozyon hücresinden geçen akımın dirençlere bağlılığı görülmektedir. Böyle bir korozyon hücresinden geçen akım Ohm yasasına göre,

i =

olacaktır. Metal direnci Rm sabittir. Anot ve katot dirençleri ise, hücreden geçen akıma bağlı olarak zamanla artar. Korozyon potansiyeli bu dirençlerin değerlerine göre oluşur.

Şekil-1.21 Bir korozyon hücresinde devre şeması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



28


Şekil-1.22 Bir korozyon hücresinde anodik ve katodik polarizasyon eğrileri

Korozyon olaylarında metal yüzeyinde bulunan anodik ve katodik bölgelerin yüzey alanları çok farklı olabilir. Anot ve katot dirençlerine bağlı olarak anodik ve katodik polarizasyon eğrilerinin eğimleri değişir. Korozyon potansiyeli anot veya katodun açık devre potansiyeline yakın bir noktada dengeye ulaşır. Şekil-1.23

Şekil-1.23 Bir korozyon hücresinde korozyon potansiyelinin polarizasyon eğrilerinin eğimine göre değişimi ,(a) karma kontrol, (b) anodik kontrol, (c) katodik kontrol

(a) da anot ve katot polarizasyon eğrileri eğimleri yaklaşık olarak birbirine eşittir. Korozyon karma kontrol altındadır. (b) de anot polarizasyon direnci katotdan daha büyüktür. Korozyon anodik kontrol altındadır ve korozyon potansiyeli daha pozitifdir. (c) de katot direnci anotdan daha büyüktür. Korozyon katodik kontrol altındadır. Korozyon potansiyeli anot açık devre potansiyeline yakındır.

Katodik koruma uygulamasında da anodik ve katodik kontrol altında olan korozyon hücrelerine uygulanan dış akım yoğunluğunda büyük fark görülür. Katodik korumada amaç, korunacak olan metalin potansiyelini anodun açık devre potansiyeline kadar polarize etmektir. Bunu sağlamak için metale katodik yönde bir dış akım uygulanır. Uygulanacak dış akımın büyüklüğünü anodik ve katodik polarizasyon eğrilerinin eğimi belirler.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



29


Şekil-1.24 de anodik ve katodik kontrol altında olan korozyon hücrelerine katodik koruma uygulanması halinde polarizasyon eğrileri görülmektedir.

Her iki halde de metal potansiyeli anot açık devre potansiyeline kadar polarize edilerek anodik akımların ia = 0 olması sağlanmıştır. (a) da olduğu gibi anodik kontrol altında olan hücreye daha büyük bir dış akım uygulanması gerekmiştir.

Şekil-1.24 Bir korozyon hücresine katodik koruma uygulanması(a) Anodik kontrol altında (b) Katodik kontrol altında

Anodik ve Katodik Polarizasyon Eğrilerinde Lineer Bölgeler

Yukarda açıklanmış olduğu üzere korozyona uğrayan bir elektroda denge durumundan itibaren bir dış akım uygulanacak olursa, anodik ve katodik polarizasyon eğrileri elde edilir. Uygulanan dış akım yoğunluğu ile elektrotlarda meydana gelen () aşırı gerilim arasında teorik olarak aşağıdaki şekilde bir bağıntı vardır.

i = i0 { exp (1- ) F - exp (- F ) } RTRT

Bu bağıntı aşırı gerilimin çok büyük ve çok küçük değerleri için bazı kabuller yapılarak basitleştirilebilir.

Çok büyük aşırı gerilimler :

Eğer elektrotlardaki aşırı gerilim > 50 mV ise, bu durumda akım ve aşırı gerilimler arasında yukarda verilmiş olan genel denklemdeki ikinci terim birincinin yanında çok küçük kalacağından ihmal edilebilir.

i = io exp (1-) F RT veya > -50 mV ise,

i = io exp ( - F ) RT

elde edilir. Bu ifadenin her iki yanının logaritması alınarak,

Ln i = Ln i0 + (1- ) F RT

ve buradan () aşırı gerilim değeri,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



30


= - RT Ln io + RT Ln i (1-)F (1-)Felde edilir. Bu denklemde yalnız ( ) ve ( i) değişkendir. Sabit değerler (a) ve (b) ile gösterilirse, denklem aşağıdaki şekli alır.

= a + b Ln i

Aşırı gerilim ile uygulanan dış akımın logaritması arasındaki bu ifade Tafel Denklemi olarak bilinir. Buna göre, uygulanan dış akımın logaritması ile aşırı gerilim arasında > 50 mV olması halinde lineer bir bağıntı vardır.

Şekil -1.25 de deneysel olarak elde edilmiş anodik ve katodik polarizasyon eğrileri görülmektedir. E-log i olarak çizilen polarizasyon eğrilerinde, uygulanan dış akım belli bir değere eriştikten ve aşırı gerilimler yaklaşık olarak > 50 mV olduktan sonra lineer bir bölge başlamaktadır. Aşırı gerilim ile uygulanan dış akımın logaritmasının lineer olarak değiştiği bu bölgelere Tafel bölgesi denir .

Bilimsel olarak Tafel bölgesinin başlamış olduğu, yani E-log i eğrisinin kırıldığı noktada metal yüzeyinde anodik akımların bittiği ispatlanmıştır. Gerçekten katodik yönde uygulanan dış akım, korozyon akımının yaklaşık 100 katı olduğu zaman artık anodik akımlar katodik akım yanında ihmal edilecek kadar azalır. Bu noktadan itibaren aşırı gerilim ile uygulanan dış akımın logaritması arasında lineer bir bağıntı oluşur. Bu nokta, Tafel bölgesinin başlamış olduğu noktadır. Bu noktaya karşı gelen dış akım yoğunluğu katodik koruma akım ihtiyacı olarak alınabilir. Bu bölgede elde edilenTafel doğruları korozyon potansiyeline ekstrapole edilerek korozyon hızı icor

belirlenebilir.Şekil-1.26

Şekil-1.25 Aşırı gerilim ile akım yoğunluğu arasında E - log i diyagramı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



31


Şekil-1.26 Tafel ekstrapolasyon yöntemi ile korozyon hızının belirlenmesi

Çok küçük aşırı gerilimler :

Aşırı gerilimin < 5 mV olması halinde, akım yoğunluğu ile aşırı gerilim arasındaki genel denklemde üstel terimler Mc Laurin serisine göre açılıp yalnız ilk iki terimi alınabilir.

i = io { 1+ (1- ) F - 1 + F } RT RT

Burada kısaltmalar yapılarak , i = io F RTve ( ) aşırı gerilimi, = RT iio F

olarak elde edilir. Bu durumda da aşırı gerilimin akım yoğunluğuna göre lineer olarak değiştiği görülür Şekil- 1.27

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



32


Şekil - 1.27 Korozyon potansiyeli civarında aşırı gerilim ile akım yoğunluğu arasındaki ( - i ) lineer bağıntı

Başlangıçta korozyon potansiyeli civarında uygulanan dış akım yoğunluğu çok küçükken, aşırı gerilim değerleri de çok küçüktür. Bu bölgede (i) akım yoğunluğu ile aşırı geriliminin lineer olarak değiştiği görülür. Uygulanan dış akım belli bir değere eriştikten sonra, polarizasyon eğrisi artık lineerlikten sapar.

Polarizasyon eğrilerinin lineer bölgedeki eğimine, RP = ( E / iapp) polarizasyon direnci denir. Deneysel olarak tayin edilen bu direnç korozyon hızının hesaplanmasında kullanılabi.

Bu bağıntı Stern-Geary denklemi olarak bilinir. Buradaki a ve c sabitleri anodik ve katodik Tafel sabitleridir. Buradan korozyon hızı,

icor =

şeklinde hesaplanır.

2.1 KOROZYON ÇEŞİTLERİ

Çeşitli ortamlarda değişik etkilerle ve mekanizmalarla oluşan korozyon olayları birbirinden farklıdır . Pratik olarak birbirinden ayırt edilebilen 16 ayrı korozyon çeşidi bilinmektedir.

1 - Üniform Korozyon

Metal yüzeyinin her noktasında aynı hızla yürüyen korozyon çeşididir. Normal olarak korozyon olayının bu şekilde yürümesi beklenir. Üniform korozyon sonucu metal

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



33


kalınlığı her noktada aynı derecede incelir. Üniform korozyon hızı, birim zamanda birim yüzey alanına düşen ağırlık kaybı olarak ( mg /dm2.gün ) veya ortalama penetrasyon olarak ( mpy veya mm / yıl ) ifade edilebilir. Korozyon hızının hesaplanmasında kullanılan bağıntılar, korozyonun üniform şekilde yürüdüğü kabulüne dayandırılır. Diğer korozyon çeşitlerinde yüzeyin bazı bölgelerinde korozyon hızı çok yüksek değerlere ulaşır. Bunun sonucunda o bölgeler beklenenden çok önce korozyon nedeniyle delinir veya kırılır.

Üniform korozyon bütün yüzeye dağılmış mikro korozyon hücreleri yoluyla gerçekleşir. Her metal için verilen ortalama penetrasyon değerleri üniform korozyonun söz konusu olduğu kabulüne dayanır.

2 - Çukur Korozyonu

Metal yüzeyinin bazı noktalarında çukur oluşturarak meydana gelen korozyon türüdür. Bu tip korozyon olayında anot ve katot bölgeleri birbirinden kesin şekilde ayrılmıştır. Anot, yüzeyin herhangi bir noktasında açılan çukurun içindeki dar bir bölge, katot ise çukurun çevresindeki çok geniş bir alandır. Korozyon sonucu çukur gittikçe büyüyerek metalin o noktadan kısa sürede delinmesine neden olur. Bu nedenle çukur tipi korozyon çok tehlikeli bir korozyon türü olarak kabul edilir.

Çukur korozyonu, metal yüzeyinin herhangi bir noktasında oluşan bir anodik reaksiyon ile başlar. Eğer metal ve çevre koşulları uygun ise, bu anodik reaksiyon birbirini doğuran bir seri otokatalitik reaksiyonlarla hızla devam ederek o noktada bir çukur oluşmasına neden olur. Çukur belli bir derinliğe erişince, çukur ağzı korozyon ürünleri ile kapanır ve korozyon hızı artık yavaşlar.

Çukur korozyonu ancak durgun çözeltiler içinde meydana gelebilir. Genellikle borularda, tanklarda akış hızının azaldığı bölgelerde kendini gösterir. Çukur korozyonu oluşumunda metal cinsi de önemli rol oynar. Pasifleşme özelliği olan metal ve alaşımlar çukur korozyonuna daha duyarlıdır. Özellikle paslanmaz çeliklerde çukur korozyonuna sık raslanır. Hatta yumuşak çelik bile çukur korozyonuna paslanmaz çeliklerden daha dayanıklıdır.

Çukur korozyonunun ağırlık kaybı yoluyla değerlendirilmesi doğru olmaz. Çukur korozyonu, istatistik yöntemlerle, çukur sayısı ve derinliği ölçülerek birlikte değerlendirilir. Ortalama çukur derinliği korozyon zararı konusunda tek başına bir fikir vermez. Önemli olan maksimum çukur derinliğidir. Bu ise ancak istatistik yöntemler ile belirlenebilir. Belli bir yüzeyde bulunan çukurların sayısı, derinliklerine göre düzgün bir dağılım gösterir. Olasılık yöntemleri ile maksimum çukur derinliği veya belli bir derinlikteki çukur sayısı hesaplanabilir.

Çukur korozyonunun değerlendirilmesinde “çukurlaşma faktörü”nün belirlenmesi çok önemlidir. Bu faktör Fç = Pmax / Port olarak tanımlanır. Pmax , beş en büyük çukurun derinliğinin ortalaması olarak bulunur. Port ise, kütle kaybından hesaplanan üniform korozyon derinliğidir. Şekil-1.28

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



34


Ţekil-1.28 Çukurlaşma faktörünün belirlenmesi

Çukur korozyonundan korunmak için öncelikle çukur korozyonuna karşı duyarlı olan metallerin kullanılmasından kaçınılması gerekir. Katodik koruma ve inhibitör kullanılması da çukur korozyonu için faydalıdır. Fakat eğer inhibitör dozu yetersiz ise, metal yüzeyinde katot/anot yüzey alanı oranı artırılmış olacağından, katodik akımlar çok küçük bir anot yüzeyinde yoğunlaştırılmış olacaktır. Bu durum hiç inhibitör kullanılmaması halinden daha tehlikeli sonuçlar doğurabilir.

3- Galvanik Korozyon

İki farklı metalin bağlantısından ileri gelen bir korozyon çeşididir. Bu tip korozyona çok rastlanır. Metallerden daha soy olanı katot, daha aktif olanı ise anot olur. Şekil -1.29. Böylece bir korozyon hücresi meydana gelir. Bu hücrede yalnız anot olan metal korozyona uğrar.

Şekil -1.29 İki farklı metalin temasından oluşan galvanik korozyon

Galvanik korozyon için her iki metale de değen bir elektrolitin bulunması gerekir. Eğer metal yüzeyi kuru ise, bu durumda galvanik korozyon söz konusu olmaz. Ancak dışarda atmosfere açık olarak duran metal yüzeylerinde genellikle galvanik korozyona yetecek miktarda bir rutubet filmi bulunur. Deniz kenarında aluminyum-bakır veya yumuşak çelik-paslanmaz çelikten oluşan metal bağlantıları galvanik korozyona uğrar. Buna karşılık aynı metaller denizden uzak kuru kırsal atmosferde korozyona uğramaz. Deniz atmosferinde klorür iyonları da mevcuttur. Bu durum galvanik hücre oluşumunu kolaylaştırır.

Galvanik bir hücrede korozyon hızı, yürütücü kuvvet olan anot ve katot arasındaki potansiyel farkına bağlıdır. Ancak bu fark, polarizasyon nedeniyle zamanla azalır. Polarizasyon genellikle katot bölgesinde görülür. Galvanik korozyon hızına, çevre elektrolitin iletkenliği ve katot/anot yüzey alanı oranı da etki yapar. Eğer elektrolitin iletkenliği yüksek ise, korozyon daha geniş bir alanda kendini gösterir. Böylece zararlı etkisi azalır. Iletkenliğin düşük olması halinde, iki metalin temas ettiği bölgenin yakınında dar bir alanda şiddetli olarak ortaya çıkar. Katot/anot yüzey alanı oranı da pratikte büyük önem taşır. Bu oranın büyük olması yani büyük bir katot yüzeyine karşı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



35


anot yüzey alanının küçük olması, anot akım yoğunluğunun artmasına ve dar bir bölgede şiddetli korozyon oluşmasına neden olur. Bunun tipik örneği, çelik plakaya yapılmış bakır perçin ile, bakır plaka üzerine yapılmış çelik perçinde görülür.Şekil-1.30. Her ikisi de deniz suyu içine daldırıldığında, çelik perçinler çok kısa sürede tam olarak korozyona uğradığı halde, bakır perçinlerin katodik etkinliğinin, geniş bir çelik yüzey üzerindeki korozyon etkisinin önemsiz olduğu görülür.

Şekil-1.30 Galvanik korozyonda katot/anot yüzey alanı oranı etkisi

a) Çelik üzerine bakır perçin,(küçük katot-büyük anot ve elektrolit iletkenliği yüksek) b) Çelik üzerine bakır perçin,(küçük katot -büyük anot ve elektrolit iletkenliği düşük) c ) Bakır üzerine çelik perçin ,( büyük katot-küçük anot)

Galvanik korozyona bir başka tipik örnek de, daha soy olan metal iyonlarını taşıyan suların aktif bir metal üzerine doğru akmasıdır. Örneğin çıplak bakır metali ile temas eden sular çelik üzerine doğru akarsa, suda az miktarda çözünen bakır iyonları aşağıdaki reaksiyon ile çeliğin korozyona uğramasına neden olur.

Cu 2+ + Fe = Fe 2+ + Cu

Pratikte galvanik korozyona karşı şu önlemler alınabilir:

Galvanik seride birbirine uzak konumda olan metallerin teması önlenmelidir. Eğer bu iki metalin bir arada kullanılması zorunlu ise, büyük kotot-küçük

anot yüzeyinden kaçınılmalıdır. İki metal arasındaki bağlantılar izole flanşlarla elektriksel olarak yalıtılmalıdır. Metal yüzeyi (özellikle katot yüzeyi) boyanarak izole edilmelidir. Eğer kapalı bir sistem söz konusu ise inhibitör kullanılmalıdır. Tasarım sırasında anot olan parçanın daha kolayca yenisi ile

değiştirilebilmesi için önlem alınmalıdır. Veya bu parça daha kalın olarak imal edilmelidir. Veya sisteme her iki metalden de daha anodik karekterde olan üçüncü bir metal bağlanmalı yani katodik koruma uygulanmalıdır.

4- Çatlak Korozyonu

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



36


Metal yüzeyinde bulunan çatlak, aralık veya cep gibi çözeltinin durgun halde kaldığı

bögelere oksijen transferi güçleşir. Bunun sonucu olarak bu bölgeler anot, çatlağın çevresindeki metal yüzeyleri katot olur. Şekil -1.31

Şekil-1.31 Çatlak korozyonu oluşumu

Çatlak korozyonu yalnız metal yüzeyinde bulunan bir çatlakda değil, metal olmayan bir malzeme ile metal yüzeyi arasında da meydana gelebilir. Örneğin boruların izole flanş ile birbirine bağlandığı noktalarda, flanş ile çelik arasında çatlak korozyonu oluşabilir. Korozyonun en etkili olduğu yer, çatlağın katot bölgesine yakın olan ağız kısmıdır. Milimetrenin binde biri kadar küçük bir çatlak bile, korozyonun başlaması için yeterlidir. 2-3 mm büyüklüğündeki aralıklarda da hareketsiz ve düşük oksijenli bir bölge oluşacağından bu büyüklükteki bölgelerde de çatlak korozyonu söz konusu olabilir.

Çatlak korozyonu oluşum nedeni aşağıdaki şekilde açıklanabilir: Bir civata veya perçin ile birbirine bağlanmış iki çelik plakanın deniz suyu içine konulduğunu düşünelim. Normal olarak metal ile çözeltinin temas ettiği yüzeylerde çözelti içinde bulunan oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak, belli bir hızda korozyon olayı meydana gelir. İki plakanın birbirine yapışık olduğu bölgede de başlangıçta çözelti içinde bulunan oksijen kullanılarak katodik ve anodik reaksiyonlar başlar.

Korozyon olayı aralık içindeki çözeltide bulunan oksijen tükeninceye kadar devam eder. Bu dar bölge içine dışardan yeni oksijen moleküllerinin taşınması son derece güçtür. Çatlağın hemen dışında oksijen redüksiyon olayı normal hızı ile devam eder. Buna karşılık oksijen alamıyan çatlağın iç kısımlarında katodik reaksiyon hızı gittikçe azalır. Bu durumda çatlak içinde yalnız metal oksidasyonu ve çatlağın dışında da oksijen redüksiyonu meydana gelir. Bu reaksiyonlar sonucu çatlak içinde Men+

iyonları konsantrasyonu gittikce artar. Bu pozitif yüklü iyonlar çatlak içine dışardan negatif yüklü klorür iyonlarının difüzlenmesine neden olur. Bunun sonucu olarak çatlak içinde klorür iyonları konsantrasyonu gittikçe artar.

Korozyon olayı yürüdükçe çatlak içinde oluşan metal klorür bileşiği hidroliz olarak pası oluşturur.

MeCl2 + 2H2 O = Me(OH)2 +2H+ + 2Cl- Pas

Hidroliz sonucu çatlak içinde hem klorür konsantrasyonu artar hem de pH değerinde düşme görülür. Bu durum çatlak içindeki korozyon hızının daha da artmasına neden olur. Yani korozyon olayı yürüdükçe kendi hızını artırıcı olarak gelişir. Çözelti içinde başlangıçta bulunan klorür konsantrasyonunun korozyon sonucu çatlak içinde 3-10 kat arttığı ve pH değerinin 2-3’ e kadar düştüğü görülür. Korozyon olayı oluşan

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



37


çukurların ağız kısımları demir hidroksit çökeltisi ile tıkanıncaya kadar hızla devam eder. Çatlak dışındaki çözeltinin oksijen konsantrasyonu ne kadar fazla ise, çatlak içindeki korozyon hızı da o derece yüksek olur. Çatlağın dış kısımları katot olacağından, çatlak çevresinde hiç bir korozyon gözlenmez. Korozyon yalnız çatlak içinde gelişir. Kabuk altı korozyonu , filiform korozyonu ve rüsubat korozyonu da çatlak korozyonuna benzer bir mekanizma ile gerçekleşir.

Çatlak korozyonu yalnız yukardaki örnekte olduğu gibi klorürlü ortamlarda değil, daha az şiddetli olarak bütün sulu çözeltiler içinde meydana gelebilir. Ancak klorür bulunmayan ortamlarda korozyonun etkisi çok uzun süre sonra, yaklaşık bir yıl içinde ortaya çıkabilir..

Pasifleşme özelliği olan veya hidroksit halinde çökelebilen metal ve alaşımlar çatlak korozyonuna daha duyarlıdırlar. Örneğin 18-8 paslanmaz çeliklerde çatlak korozyonu olayına sıkca raslanır. Paslanmaz çelik civatalar çatlak korozyonu sonucu kısa sürede paslanır.

Çatlak korozyonuna karşı aşağıdaki önlemler alınabilir:

Civata ve perçin yerine kaynak tercih edilmelidir. İki levhanın üst üste birleştiği yerler kaynak veya lehim yapılarak çözelti girişine

kapatılmalıdır. Sıvı taşıyan kaplar projelendirilirken, kabın tam olarak boşaltılabilmesine özen

gösterilmelidir. Kap içinde temizlenemiyen bölge kalmamalıdır. Kap içinde oluţan çökelti veya birikintiler zaman zaman kontrol edilmelidir. Tahta, plastik gibi ıslak kalabilen maddelerin metal ile temas etmesi önlenmelidir.

5- Kabuk Altı Korozyonu

Metal yüzeyinde korozyon ürünlerinin oluşturduğu veya başka bir nedenle oluşan bir kabuk (birikinti) altında meydana gelen korozyona kabuk altı korozyonu denir. Bu korozyon kabuk altının rutubetli olmasından ve yeteri kadar oksijen alamamasından kaynaklanır. Çünkü kabuk altında sıvı hareketi yoktur. Bu durum çatlak korozyonuna benzer bir ortam yaratır. Kabuğun altı anot ve kabuk çevresi ise katot olur. Örneğin, Boru yüzeylerini izole etmek amacı ile sarılan cam pamuğu yağış nedeniyle ıslanırsa , bu bölgelerde şiddetli bir kabuk altı korozyonu başlar.

2.1.1.1.16 - Filiform Korozyonu

Metal yüzeyinde bulunan boya veya kaplama tabakası altında yürüyen bir korozyon olayıdır. Şekil-1.32

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



38


Şekil-1.32 Filiform korozyonu

Filiform korozyonu, çatlak korozyonunun bir türü olarak kabul edilebilir. Bu korozyona kabuk altı korozyonu da denilmektedir. Fakat filiform korozyonunda oksijen ve su difüzyon mekanizması kabuk altı korozyonundan farklıdır. Filiform korozyonu kaplamanın zayıf bir noktasından başlıyarak, kabuk altında bir solucan hareketine benzer şekilde hareket eder. Bir filiform diğer bir filiformu kesmez. Kesişme halinde yansıma yaparak yoluna devam eder.

Filiform korozyonunun oluşma mekanizması aynen çatlak korozyonunda olduğu gibidir. Filiform korozyonu kaplamanın zayıf ve suyu geçirebilen bir noktasında başlar. Bu noktada kabuk altına atmosferden oksijen ve su girişi olur. Korozyonun başladığı noktada oksijen konsantrasyonu maksimumdur ve korozyonun yürüdüğü yönde gittikçe azalır. Korozyon sonucu metal hidroksiti ve hidrojen iyonları oluştuğundan, filiformun uç kısmında oksijen az ve pH derecesi düşüktür. Böylece uç kısımda korozyonun devamı için uygun bir ortam (düşük oksijen konsantrasyonu ve düşük pH ) sağlanmış olur. Bu nedenle korozyon olayı daima uç noktadan ileriye doğru hareket eder.

7 - Seçimli Korozyon

Bir alaşım içinde bulunan elementlerden birinin korozyona uğrayarak uzaklaşması sonucu oluşan korozyon olayıdır. Bu tip korozyona en iyi örnek, pirinç alaşımı içinde bulunan çinkonun bakırdan önce korozyona uğramasıdır. Bu seçimli korozyona özel olarak dezinsifikasyon adı verilir.

Pirinç , yaklaşık %70 bakır + % 30 çinkodan oluşan bir alaşımdır. Başlangıçta

sarı renkli olan bu alaşım, çinkonun korozyonundan sonra gittikce bakır kırmızısı rengine dönüşür. Alaşım poröz bir yapı kazanarak mukavemetini kaybeder. Alaşım içinde çinko yüzdesi ne kadar fazla ise, seçimli korozyona dayanıklığı o kadar azalır. Çözeltinin durgun olduğu bölgeler dezinsifikasyon korozyonu için daha elverişlidir.

Dezinsifikasyon korozyonu eskiden yalnızca, çinkonun çözünerek uzaklaşması ve alaşım içinde bulunan bakırın iskelet halinde kalması şeklinde açıklanmaktaydı. Bu kabul, korozyona uğrayan alaşımın poröz bir yapı kazanmış olmasına tam olarak açıklık getirememiştir. Son zamanlarda dezinsifikasyon korozyonunun mekanizması şu şekilde açıklanmaktadır: Alaşım yüzeyinde çinko ve bakırın her ikisi de normal olarak korozyona uğrayarak çözünür. Çinko çözeltide kalırken bakır iyonları çinkoyu çözerek katodik bir redüksiyon ile yeniden metal haline döner. Bakır iyonları çinkonun korozyonunu hızlandırır. Böylece korozyon olayı yüzeyde kalmaz, poröz bir yapı oluşturacak şekilde derinlere doğru ilerler. Bu korozyon olayı çözelti içinde oksijen olmadan da yürüyebilir.

Dezinsifikasyon korozyonunu önlemek için en uygun yol, alaşım içindeki çinko yüzdesini % 15 ‘ in altına düşürmektir. Eğer pirinç içine % 1 oranında kalay katılacak olursa korozyon dayanıklığında artış olur. Az miktarlarda arsenik, antimon veya fosfor katkısı da inhibitör olarak etki yapar.

Sık raslanan diğer bir seçimli korozyon olayı da, grafitizasyon denilen gri dökme demirde oluşan korozyondur. Gri dökme demir içinde % 2 - 4 oranında karbon bulunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



39


Dökme demir içinde grafit katot ve demir anot olur. Böylece bir galvanik korozyon olayı gerçekleşir. Demir çözünür ve grafit iskelet halinde kalır. Beyaz dökme demir içinde karbon serbest halde bulunmaz. Bu nedenle beyaz dökme demirde grafitizasyon olayı meydana gelmez.

8- Taneler Arası Korozyon

Bir metalin kristal yapısında tanelerin sınır çizgisi boyunca meydana gelen korozyona taneler arası korozyon denir. Eritilmiş bir metalin katılaşması veya katı halde bulunan bir metalin herhangi bir ısıl işleme tabi tutulması sırasında metal atomu kristallerinin sınır bölgelerinde korozyon açısından zayıf bazı bozukluklar meydana gelebilir. Metal korozif bir ortam içine girdiğinde bu bölgelerde taneler arası korozyon olayı kendini gösterir. Taneler arası korozyonun en tipik örneği paslanmaz çeliklerde görülür. Bu çelikler yüksek sıcaklıkta ısıl işleme tabi tutulursa veya kaynak yapılırsa, çelik içinde bulunan karbon ile krom krom karbür bileşiği (Cr 23C6 ) oluşturur. Krom karbürün kendisi korozyona uğramaz. Ancak, taneler arasındaki sınır bölgelerinde

birikerek bu bölgeleri korozyon açısından zayıf bir hale getirir. Şekil-1.33Şekil-1.33 304 paslanmaz çelikte taneler arasında krom karbür çökeltisi

Taneler arası korozyon, taneler arasında bulunan herhangi bir safsızlıktan, örneğin bir alaşım elementinin daha fazla bulunması veya bulunmaması nedeniyle de oluşur. Örneğin alüminyum içinde bulunan az miktarda demir taneler arası korozyona neden olabilir. Çünkü alüminyum içinde demir çok az çözünür, bu nedenle taneler arasında toplanır.

Taneler arası korozyon bakımından 18-8 paslanmaz çelik çok özel bir durum gösterir. Bu çelik normal hallerde korozyona çok dayanıklı olduğu halde, 500-800 oC ‘e ısıtıldığında korozyona duyarlı hale gelir. En şiddetli sıcaklak etkisi 650 oC ‘de bir saat bekletildiğinde kendini gösterir. Bunun nedeni, bu sıcaklıkta taneler arası bölgede kromun son derece azalmasıdır. Korozyona dayanıklı olması için paslanmaz çelik içinde en az % 12 oranında krom bulunması gerekir. Eğer paslanmaz çelik yukarda belirtilmiş olan sıcaklıklar arasında ısıtılırsa, bileşiminde bulunan krom, karbonla reaksiyona girerek krom karbür bileşiği oluşturur. Krom karbür çelik içinde çözünmeyen bir bileşiktir. Taneler arasında sınır çizgisi boyunca toplanır. Kromun karbür halinde

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



40


bağlanabilmesi için çelik içinde en az % 0,02 oranında karbon bulunması gerekir. Daha düşük oranda karbon bulunması halinde oluşan krom karbür bileşiği korozyon açısından etkili olmaz.

Taneler arası korozyon olayına daha çok kaynak yapılan bölgelerde raslanır. Buna kaynak çürümesi denir. Kaynak yapılan bölgede sıcaklık yükselir ve taneler arasında krom karbür çökeltisi oluşur. Sıcaklığın etkili olduğu bölgeler korozyon bakımından duyarlı hale gelir. Kaynak sırasında yalnız sıcaklığın yüksekliği değil, sıcaklığın etkime süresi de önemlidir. Bu süre kaynak yapılan malzemenin kalınlığına da bağlıdır. Örneğin ince levhalar kısa sürede kaynak edilip, kısa sürede sıcaklığını kaybeder. Bu süre , krom karbür bileşiğinin oluşması ve taneler arasında birikmesi için yeterli olmaz. Dolayısı ile bu durumda kaynak çürümesi olayı da meydana gelmez. Ayni nedenle paslanmaz çeliklerin elektirikle kaynak edilmeleri daha uygun olur.

Çeliklerde taneler arası korozyon olayını en aza indirmek için pratikte aşağıdaki üç yöntem kullanılmaktadır:

Isıl işlem yapılması, Alaşım içine dayanıklı karbür bileşiği oluşturan elementler katılması, Paslanmaz çelik içinde bulunan karbon yüzdesinin % 0,03’ün altına indirilmesi.

Pratikte en çok birinci yöntem uygulanmaktadır. Isıl işlem için çelik yaklaşık 1100 C ‘ye kadar ısıtıldıktan sonra, suya (veya uygun bir yağ içine) daldırılarak aniden soğutulur. Bu yüksek sıcaklıkta krom karbür bileşiği çelik içinde henüz çözelti halindedir. Ani olarak soğutulmakla alaşım içinde homojen bir dağılım sağlanmış olur.

İkinci yöntemde, paslanmaz çelik içine az miktarda titanyum veya kolombiyum gibi metaller katılarak, karbonun karbür bileşiği halinde stabilize edilmesi sağlanmış olur. 321 ve 347 paslanmaz çelikler böyledir. Bu stabilizör elementler çelik içinde bulunan bütün karbonu kromdan daha sağlam olarak bağlayarak krom karbür oluşmasına engel olurlar.

Üçüncü yöntemde, paslanmaz çelik içinde bulunan karbonun % 0,03 değerinin altına düşürülmesi yoluna gidilir. 304L tipi paslanmaz çelik böyle üretilmiştir. Bu tip paslanmaz çeliklere ELC (Extra Low Carbon) çeliği denir. Normal 18-8 paslanmaz çeliklerde karbon yüzdesi % 0,20 civarındadır. Bu değeri herhangi bir yöntem ile % 0,08 ‘ e kadar indirmek kolaydır. Ancak karbon yüzdesinin daha düşük değerlere indirilmesi için özel yöntemlerin uygulanması gerekir.

9 -Erozyonlu Korozyon

Korozif çözeltilerin metal yüzeyinden hızla akması halinde, korozyon olayı yanında erozyon da meydana gelir. Bu durum korozyon hızının da artmasına neden olur. Bunun nedeni, oluşan korozyon ürünlerinin akışkan tarafından sürüklenerek götürülmesidir. Erozyonlu korozyonun tipik bir görünüşü vardır. Yüzey temiz halde olup hiç bir korozyon ürünü görülmez. Akış yönünde göz ile görünen oyuklar ve dalga biçiminde yuvarlak oluklar oluşur. Erozyonlu korozyon olayına etkiyen en önemli faktör, akışkanın akış hızıdır. Akış hızı arttıkca erozyon etkisi de artar. Akışkan içinde katı partikül bulunması, olayın şiddetini artırır. Korozyon sonucu oluşan küçük bir oyuk türbilans etkisiyle erozyonlu korozyon olayını başlatıcı etken olur. Şekil-1.34

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



41


Şekil-1.34 Erozyonlu korozyonun oluşum mekanizması

Pasifleşme özelliği olan metaller erozyonlu korozyon olayına daha çok duyarlıdır. Örneğin alüminyum, kurşun ve paslanmaz çelik böyledir. Ancak bu korozyona en duyarlı metal bakır ve bakır alaşımlarıdır. Bu metallerin yüzeyinde erozyon etkisinde kalan bölgelerde pasifleşme tabakası oluşamaz ve metal korumasız kalan bu bölgelerde şiddetle korozyona uğrar. Erozyonlu korozyon olayı daha çok hareketli akışkanların bulunduğu ekipmanlarda, örneğin borular, dirsekler, valfler, pompalar, santrifüjler, pervaneler, karıştırıcılar, ısı değiştiriciler, kondenserler, orifisler, türbin paletleri gibi cihazlarda söz konusu olabilir.

Erozyonlu korozyon olaylarının etkisini azaltmak için aşağıdaki önlemler alınabilir:

Alınacak ilk önlem, erozyonlu korozyona dayanıklı bir metalin seçilmesidir. Tasarım sırasında erozyon etkisini azaltacak önlemler alınır. Örneğin, boru çapı

artırılır veya akış hızı düşürülür. . Akışkan katı partikül taşıyorsa, bunlar önceden çökeltilir. Sıcaklığın azaltılması da

erozyonlu korozyon olaylarının şiddetini azaltır. Katodik koruma yapılarak da erozyonlu korozyon önlenebilir.

10 -Kavitasyon

Kavitasyon, erozyonlu korozyon olayının özel bir şeklidir. Akışkan içinde bir gaz veya buhar kabarcığının bulunması halinde, bu basınçlı gaz metal yüzeyi üzerinde bulunan herhangi bir engel nedeniyle patlıyarak o noktada yıpranmaya neden olabilir. Bu olay genellikle hidrolik türbinlerde, gemi pervanelerinde ve pompa paletlerinde ortaya çıkar.

Kavitasyon olayının mekanizması şöyledir: Yüksek akış hızlarında bazı bölgelerde vakum oluşur ve bunun sonucu olarak sıvı buharlaşabilir, veya sıvı içinde bulunan çözünmüş gazlar ayrışır. Böylece sıvı içinde düşük basınçlı gaz kabarcıkları meydana gelir. Bu kabarcıklar (habbecikler) akış hızının azaldığı bölgelerde, genellikle metal yüzeyinin yakınında sönerler. Bu olay metal yüzeyi üzerinde kuvvetli bir emiş (vakum) etkisi yaparak metalin oyulmasına neden olur.

Kavitasyon olayı korozyonla veya erozyonla birlikte yürüyebilir. Olayın başlaması için akış yüzeyinde herhangi bir hendek veya pürüzün bulunması gerekir. Gaz kabarcıkları bu noktada patlar ve metali oyar. Oluşan oyukta meydana gelen türbilans yeni kabarcıkların oluşması için uygun bir ortam oluşturur. Böylece kavitasyon olayı ayni noktada tekrarlanarak metal yüzeyindeki oyuk gittikçe büyür. Şekil-1.35

Şekil-1.35 Kavitasyon olayının meydana gelişi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



42


Kavitasyon tipinde erozyon olaylarına çok az raslanmasına rağmen, ince korozyon filmlerini sökerek uzaklaştıran kavitasyonlu korozyon olayına sıkça rastlanır. Kavitasyonlu erozyon ile kavitasyonlu korozyon olayları benzer sonuç vermesine rağmen birbirinden oldukça farklıdır. Kavitasyonlu korozyon olayında mekanik ve kimyasal etkiler birlikte yürür. Kavitasyonlu korozyon katodik koruma ve inhibitör katılarak önlenebilir. Oysa yalnız mekanik etkiler ile yürüyen kavitasyonlu erozyon bu yöntemler ile önlenemez. Kavitasyon erozyonu olayı yalnız tasarım aşamasında alınacak önlemler ile kontrol edilebilir.

11- Aşınmalı Korozyon

Birbiri üzerinde kayan iki yüzeyin aşınması ile birlikte yürüyen korozyon olaylarına aşınmalı korozyon denir. Bu korozyon ancak belli koşullarda gerçekleşir. Bu konuda iki değişik teori vardır.

1- İki metal yüzeyi birbiri ile mekanik olarak sürtünme yaptığında çok küçük metal parçalar yüzeyden kopar. Kopan bu metal tozları kolayca oksitlenerek korozyona uğrar.

2- Metal yüzeyi oksijen ile temas ettiğinde ince bir oksit filmi ile kaplanır. Sürtünme sonucu metal yüzeyindeki bu oksit filmi kazınarak uzaklaştırılır. Oksit filmi uzaklaştırılmış olduğundan son halde metal yüzeyi parlaktır.

Aşınmalı korozyon daha çok metallerin yığın halinde uzun mesafelere taşınmaları sırasında ve yumuşak bağlantı yapılmış elemanlar arasında görülür. Bu örneklerden de görüldüğü gibi aşınmalı korozyonun oluşması için suyun bulunmasına gerek yoktur.

Galvaniz malzemenin taşınması sırasında aşınmalı korozyon olayı önemli sorun yaratır. Bu durumda yüzeyde oluşan oksit tabakası beyaz bir toz şeklinde görülür. Önce sürtünme ile aşınmış olan galvaniz malzeme, depoda beklediği süre içinde daha hızlı korozyona uğrar. Bu gibi malzemeler depolanırken plakalar ayrı ayrı hava alacak şekilde depolanmalıdır. Galvaniz plakaların taşınması sırasında yağlanması ve hareket etmiyecek şekilde sıkıca tutturulması gerekir. Aşınma ve yorulmalı aşınma olayı tıbbi olarak canlı vücuduna konulan metal parçalar için de söz konusu olur. Bu metaller aşınma ile birlikte korozyona da uğrayabilir.

12 -Stres Korozyonu

Korozif ortamda bulunan bir metal ayni zamanda statik bir gerilme altında ise, metalin çatlayarak kırılması çabuklaşır. Metal yüzeyinde bulunan herhangi bir çukur veya çatlak gerilim altında duyarlı hale gelerek korozyonun başlaması için uygun bir ortam yaratır. Normal halde korozyon ürünleri metal yüzeyinde koruyucu bir kabuk oluşturduğu halde, stres altında iken kabuk oluşturamaz. Bunun sonucu olarak korozyon hızla devam ederek metalin o bölgede çatlamasına neden olur.

Bu tip korozyona saf metallerden çok alaşımlar duyarlıdır. Burada söz konusu olan gerilme yalnızca çekme gerilmesidir. Basınç gerilmesinin korozyonu artırıcı bir etkisi yoktur. Korozif ortam stres korozyonun oluşmasına yardımcı olur. Örneğin

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



43


amonyaklı ortamda bakır ve bakır alaşımları, klorürlü ortamlarda paslanmaz çelikler ve nitrat çözeltileri içinde karbon çeliğinin stres korozyonu daha şiddetli şekilde yürür. Stres korozyonu diğer ortamlarda da gerçekleşebilir.

Gerek çukur tipi korozyon, gerekse taneler arası korozyon gerilmenin etkisini artırıcı bir rol oynar. Çekme gerilmesi sonucu bu bölgeler çatlar. Çatlamanın sonuçları doğrudan kırılma mekaniği ilkeleri doğrultusunda değerlendirilir. Genellikle kritik gelişim peryodu altında bulunan çatlaklar zararsızdır. Çatlak gelişme hızı ve kırılmaya neden olan kritik çatlak uzunluğu hesapla bulunabilir. İşletme sırasında çatlağın bulunup bulunmadığı kırılmasız (non destructive) deneyler yardımı ile belirlenebilir.

Stres korozyonu bir seri olay sonucu ortaya çıkar. Burada ana etken stresdir. Çatlaklar kopmaya yardımcı olur. Tipik olaylarda korozyon da etkin rol oynayabilir. Stresin kaynağı için genel bir kural yoktur ve her zaman basit şekilde belirlenemez. Stres korozyonu her ortam ve her metal için özel bir durum gösterir. Belli bir metal için çatlama yapan ortam diğer bir metal için etkili olmayabilir.

Stres korozyonunun en çok bilinen şekli, kazanlarda rastlanan kostik kırılganlığıdır. Buhar kazanlarında kazan besleme sularının korozif etkisini azaltmak amacıyla suların alkali karakterde olması istenir. Bu alkali ortamın buharlaşması sonucu bazı perçin boşluklarında konsantrasyon artışı meydana gelir, bu bölgelerde çatlak oluşabilir.Buna kostik çatlaması denir.

Stres korozyonun oluşmasını önlemek için ya malzeme üzerindeki çekme gerilmesi kaldırılmalı veya korozif ortam yok edilmelidir. Veya en iyisi iki faktörün her ikisinin de giderilmesi uygun olur. Malzemeyi çekme gerilimine karşı daha dayanıklı hale getirmek için ısıl işlemler önerilir. Uygun sıcaklık ve sürede malzeme tavlanarak çekme gerilimine karşı duyarlığı azaltılabilir. Örneğin pirinç, eğer 3000 C sıcaklıkta 1 saat bekletilirse veya paslanmaz çelik 5000 C de ısıl işleme tabi tutulursa stres korozyonuna karşı daha dayanıklı hale gelir. En iyisi stres korozyonuna daha az duyarlı olan bir metal kullanılmasıdır. Örneğin 304 paslanmaz çelik stres korozyonuna çok duyarlıdır. Bunun yerine inconel alaşımı kullanılabilir. Çok daha ucuz olan karbon çeliği, stres korozyonuna paslanmaz çeliklerden daha dayanıklıdır.

13- Yorulmalı Korozyon

Peryodik olarak yükleme - boşaltma şeklinde etkiyen dinamik bir stres altında bulunan bir metal zamanla yorulur. Yorulmuş halde bulunan metal, normalden daha küçük gerilmelerin etkisi ile çatlıyabilir. Yorulma ve korozyonun birlikte etkisi metalin kısa sürede çatlamasına neden olur.

Korozyon olayı yorulma etkisi ile birlikte yürürse, parçalanma olayı yalnız başına yorulma, veya yalnız başına korozyon nedeniyle meydana gelen parçalanmadan daha kısa sürede gerçekleşir. Bu olay korozyonu destekleyen etkenlere iyi bir örnek oluşturur. Yorulmalı korozyon, bir korozif ortamda çekme veya basınç gerilmelerinin peryodik olarak değişmesi sonucu ortaya çıkar. Bunun sonucu olarak malzemenin çekme gerilmesi özelliğinde zayıflama olur.

Korozyon söz konusu olmadan, yalnızca yorulma etkisi ile bir çok çeliğin çekme dayanımı normal dayanım değerinin yarısına kadar düşebilir. En büyük düşüş, tatlı su, tuzlu su, hatta rutubetli hava etkilerinin birlikte olması halinde görülür. Tuzlu su içinde çekme dayanımı limiti, normal haldeki çekme dayanımından % 6-7 daha düşüktür.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



44


Düşük alaşımlı birçok süper kalite çelikler yorulmalı korozyona adi karbon çeliğinden daha dayanıksızdır.

Yorulmalı korozyon için belli bir dayanma limit değeri olmadığı kesin olarak söylenebilir. Buna rağmen bir gerilme değerinde meydana gelecek arıza ihtimali önceden tahmin edilebilir. Yorulmalı korozyonun muhtemel olması halinde, ya ortam koşulları düzeltilmeli, ya da korozyona daha dayanıklı bir malzeme kullanılmalıdır. Bu amaçla inhibitörler ve katodik koruma düşünülebilir. Yorulmalı korozyon etkisinin azaltılmasında tasarım sırasında da önlem alınması gerekir.

Yorulmalı korozyonu önlemek için yapılacak ilk iş malzeme üzerindeki gerilmeyi uygun bir düzeye düşürmektir. Bazı halde basınç gerilmesinin de azaltılması gerekebilir. Katodik koruma veya uygun bir inhibitör yorulmalı korozyonu önliyebilir. Bu yöntemler yorulmalı korozyonda, korozyon olayını tamamen durdurabilir. Yorulmalı korozyon stres korozyonunun özel bir hali olmasına rağmen alınacak önlemler biraz farklıdır. Yorulmalı korozyonu önlemenin en kolay yolu, malzeme üzerindeki stresin azaltılmasıdır. Metal yüzeyi çinko, krom, nikel veya bakır gibi metaller ile kaplanarak da yorulmalı korozyonun etkisi azaltılabilir.

Yorulmalı korozyon olayına çeşitli ortamlarda rastlanır. Tipik bir örnek gemi pervanelerinde sıkca rastlanan kırılmadır. Pervanenin paletleri üzerindeki yük, geminin hızına bağlı olarak değişir. Deniz suyu korozif bir ortam olduğundan pervaneler yorulmalı korozyona uğrar. Yorulmalı korozyon için diğer bir örneğe sıcak su taşıyan borularda rastlanır. Sıcaklık değişimi sonucu boruların genleşme ve büzülme derecesinde değişme olur. Bu durumda genleşmeye karşı kullanılmış olan bağlantı elemanları sürekli değişen yük altında kalır.

14- Hidrojen Kırılganlığı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



45


Bir korozyon reaksiyonu sonucu veya katodik koruma uygulamasında metal yüzeyinde hidrojen atomları oluşur. Bunlar metal yüzeyinde adsorbe edilir. Bu atomlardan bir kısmı H +H = H2 şeklinde birleşerek hidrojen molekülü halinde

atmosfere karışır. Hidrojen atomlarının bir kısmı da, metal bünyesine girerek orada bulunan boşluklara yerleşir. Daha sonra bu hidrojen atomları da molekül haline dönüşerek büyük bir hacim artışına neden olur. Molekül halindeki hidrojenin artık difüzlenme özelliği yoktur.. Metal içinde bulunan hidrojen molekülleri metal boşluklarında büyük bir basınç oluşturarak metalin çatlamasına neden olur. Şekil-1.36

Ţekil-1.36 Metal içine hidrojen penetrasyonu

Demir (ferrit) kübik merkezli intersititial kristal yapısında olan bir metaldir. İntersititial kristal yapıda olan metaller kristal ağı içinde yabancı bir atom veya iyonu kabul edebilirler. Böyle bir yabancı atom kırılganlığı artırıcı rol oynar. Çelik içine hidrojen atomlarının girmesi çeliğin kırılganlık özelliğini artırır.

Demir içine girmiş alan hidrojen atomları biraz gecikmeli olarak kırılmaya neden olur. Bu durum çekme dayanımı deneyinde açıkca görülür. Eğer hidrojen hasarı söz konusu olan numune çekme dayanımı deneyine tabi tutulursa, normal çekme dayanımı bir miktar aşıldığı halde kırılma olmaz. Ancak bir kaç saat gecikme ile aniden kırılma meydana gelir .Hidrojen atomunun metal içine difüzyonu için belli bir süre geçmesi gerekir.

Metal içine hidrojen atomları difüzyonu, atom halinde hidrojen oluşturan çeşitli olaylardan meydana gelebilir. Korozyon sonucu ortaya çıkan hidrojen, pikling işleminde meydana gelen hidrojen veya ıslak elektrot ile yapılan kaynak işleminde oluşan hidrojen metal için sorun yaratır. Islak bir elektrot ile kaynak yapılması halinde, atom halinde hidrojen ortaya çıkar. Bu reaksiyon şöyledir :

Fe + H2O = FeO + 2H Bu reaksiyondan ortaya çıkan atomik hidrojen birçok metal bünyesine, özellikle

demir fazı içine difüze olur. Eğer söz konusu olan metal yük altında değil ise, metal bünyesine girmiş olan hidrojenin bir kısmı metale hiç bir zarar vermeden dışarıya çıkar Normal sıcaklıklarda 48 saat sonra hidrojen etkisiz hale gelir. Hidrojenin bir kısmı ise,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



46


hiç bir zaman metali terketmez. Ancak metal kısa süreli yüksek sıcaklığa ısıtılırsa bu hidrojen giderilebilir.

Hidrojen nedeniyle hasar, çeliğin normal çekme gerilimi yaklaşık 700 MPa geçildikten sonra kendini gösterir. Düşük dayanımlı malzemelerde bu olaya az rastlanır. Galvanize edilmiş ağaç vidalarda özellikle kuvvetle sıkıştırılmalar halinde hidrojen kırılganlığı etkisi görülebilir. Uygun yapılmayan pikling ve metal kaplama işlemlerinde de hidrojen hasarı görülebilir. Bunun gibi metal yüzeyinde hidrojen aşırı geriliminin yüksek olduğu bütün olaylarda hidrojen kırılganlığı için uygun bir ortam oluşabilir.

Hidrojen penetrasyonunun zararlı etkilerini gidermek veya azaltmak için şu önlemler alınabilir:

Metal içine girmiş olan hidrojen atomları, metal 100 -150 C sıcaklığa ısıtılarak çıkarılabilir.

Hidrojen kırılganlığı daha çok yüksek mukavemetli çeliklerde ortaya çıkar. Çelik içine nikel veya molibten katılarak hidrojen kırılganlığına dayanıklığı artırılabilir.

Genel kural olarak, metal yüzeyinde hidrojen çıkışına meydan verilmemelidir. Örneğin ıslak halde kaynak yapılmamalıdır. Katodik korumada aşırı voltajdan kaçınılmalıdır.

15 - Kaçak Akım Korozyonu

Doğru akım ile çalışan raylı taşıt araçları, doğru akım taşıyan yüksek voltajlı elektrik hatları ve kaynak makinaları zemin içine kaçak akım yayarlar. Bu kaçak akımlar çevrede bulunan metalik yapılara girerek korozyona neden olurlar. Örneğin bir yeraltı tren hattına paralel giden boru hattında kaçak akım korozyonu meydana gelebilir. Yeraltı trenlerinde doğru akım kaynağının (+) ucu trene, (-) ucu da raya bağlıdır. Trenin hareketi sırasında akım devresini tamamlıyarak ray üzerinden besleme istasyonuna döner. Ancak trenin bulunduğu noktada akımın bir kısmı zemine kaçarak yakında bulunan boru hattına girer. Akımın boru hattına girdiği noktalar katot olur. Bu noktalarda korozyon söz konusu olmaz. Boru üzerinden bir süre akan akım, yeniden zemine girerek oradan trafo istasyonuna döner. Korozyon olayı akımın borudan çıktığı bölgelerde görülür.Şekil-1.37

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



47


Şekil -1.37 Raylı taşıt aracından kaçan akımların oluşturduğu korozyon

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde de kaçak akım söz konusu olur. Bu nedenle katodik koruma sistemleri çevre yapılar üzerinde interferans korozyonuna neden olabilir. Katodik koruma sistemleri akımı yayıcı ve toplayıcı olarak iki yönlü çalışır. Anot yatağından çevrede bulunan metalik yapılara akım kaçağı olur. Akımın yapıya girmiş olduğu nokta katodik olarak korunur. Fakat akımın metali terkederek yeniden zemine girdiği bölgelerde korozyon olayı görülür.

16 - Mikrobiyolojik Korozyon

Mikrobiyolojik korozyon normal korozyon olaylarından farklı yapıda olmayıp, bazı mikro canlıların korozyon reaksiyon hızını artırması şeklinde kendini gösterir. Normal korozyon olayının mevcut olmadığı ortamlarda mikrobiyolojik korozyon olayına nadir olarak rastlanır. Başka nedenlerle meydana gelen korozyon olaylarına ayrıca mikrobiyolojik korozyon olayları da katılarak korozyon hızını artırıcı etki yapar.

Mikro canlıların gelişmesi sonucu asitler ve sülfürler gibi bazı bileşenler ortaya çıkar. Bu bilişenler korozyon hızını artırıcı olarak rol oynar. Bazı halde mikroplar doğrudan elektrokimyasal reaksiyonlara da katılabilir. Sülfür bileşekleri bakteriler tarafından elementel kükürt veya sülfata kadar oksitlenebilir. Bazıları da bunun tersi reaksiyonu gerçekleştirir.

Thiobacillus thio oxidans gibi bazı aerobik bakteriler, her çeşit sülfür bileşiğini ve elementel kükürdü sülfat haline oksitliyebilir. Bu tip bakterilerin faaliyeti için ortamda oksijen bulunması zorunludur. Reaksiyon sonucu kükürt oksitlenerek sülfürik asit haline dönüşür.

2 S + 3 O2 + 2 H2O = 2 H2SO4 Desulfovibrio cinsi sülfat redükleyici bakteriler 25-30 o C sıcaklıkta ve 6-7,5 pH

derecesinde anaerobik ortamlarda yaşar. Bu bakterinin bulunduğu ortamda redoks potansiyeli -100mV civarındadır. Bunlar sülfat iyonu kükürdünü redükliyerek sülfür iyonu haline dönüştürürler. Oluşan sülfür iyonu demirin korozyonunu hızlandırıcı olarak rol oynar. Böyle bir korozyon olayında anot ve katot reaksiyonları şöyledir:

Katot reaksiyonu: SO42- + 8 H+ + 8 e- = S2- + 4 H2 O

Anot reaksiyonu : 4 Fe = 4 Fe2+ + 8 e-

Fe2+ + S2- = FeS

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



48


Toplam reaksiyon: 4 Fe + SO42- + 8 H+ = 3 Fe2+ + FeS + 4 H2O

Reaksiyon denkleminden görüldüğü üzere mikrobiyolojik korozyon sonucu oluşan korozyon ürünleri içinde mutlaka demir sülfür bulunur. Bu durum oluşan rüsubata bir kaç damla HCl damlatılarak açığa çıkın karakteristik hidrojen sülfür kokusundan anlaşılabilir

Mikrobiyolojik korozyon olayına soğutma suyu sistemlerinde özellikle durgun bölgelerde çok sık rastlanır. Mikrobiyolojik korozyon genellikle tabanda durgun bölgelerde oluşur ve büyük oyuklar meydana getirir. Yakından incelenirse daha çok bir organizmanın büyümsine benzer biçimde olduğu görülür. Şekil-1-38

Şekil-1.38 Mikrobiyolojik korozyonun oluşumu

Bu tip korozyonu önlemek için, pH derecesinin değiştirilmesi, aralıklı olarak dezenfeksiyon (klorlama) yapılması veya organometalik metal bileşikleri kullanarak mikro canlıların öldürülmesi yoluna gidilir. Ne yazık ki, bir çok mikro organizma kendisini öldürmek için kullanılan bileşiklere kısa zamanda adapte olmaktadır. Bu konuda ümit verici bir mücadele şekli de mikro organizmalar için gerekli olan bazı eser elementlerin belirlenerek bunların ortamdan yok edilmesidir. Bu elementlerden en çok bilinenler çinko ve vanadium metalleridir.

BÖLÜM -2

KATODİK KORUMANIN TEORİK İLKELERİ

Katodik koruma ilk olarak 1824 yılında Sir Humpry Davy tarafından Samarang isimli bir harp gemisi üzerinde denenmiştir. Geminin bakır kaplı gövdesi çinko anotlarla korunmuştur. Ne yazık ki bu ilk uygulama başarısızlıkla sonuçlanmıştır. Başarısızlığın katodik koruma uygulamasının yanlışlığından ileri gelmediği sonradan anlaşılmıştır. Davy tarafından bilimsel yöntemlerle yapılmış olan bu uygulamada katodik koruma ile bakırın korozyonu tam olarak önlenmiştir. Fakat koruma sonucu bakır iyonlarının toksik etkisi de kalmadığından gemi gövdesi deniz canlıları ve yosundan oluşan bir kabuk ile

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



49


kaplanmıştır. Bu görüntü katodik korumanın etkisiz kaldığı şeklinde yorumlanmış ve katodik koruma uygulamasından vazgeçilmiştir. Bu başarısız uygulamadan yaklaşık yüz yıl sonra, bu asrın başlarında uzak mesafelere boru hatları ile petrol taşınması zorunlu hale gelince, yeraltı boru hatlarındaki korozyonu önlemek amacıyla katodik koruma uygulamalarına yeniden başlanmıştır.

Önceleri boru hatları üzerinde başlayan katodik koruma uygulamaları 1950 li yıllardan sonra, tanklar, gemiler, su depoları, baraj kapakları, iskele ayakları, betonarme demirleri ve daha bir çok metalik yapıya yaygın biçimde uygulanmaya başlanmıştır. Günümüzde teknolojik gelişmelere paralel olarak, özellikle yüksek performanslı yeni anotların bulunması ile katodik koruma korozyonla mücadelede en güvenilir ve de en ekonomik bir yöntem haline gelmiştir.

2.1-KATODİK KORUMANIN TEORİSİ

Katodik koruma , korunacak metali oluşturulacak bir elektrokimyasal hücrenin katodu haline getirerek metal yüzeyindeki anodik akımların giderilmesi işlemidir. Örnek olarak nötral bir sulu çözelti içinde korozyona uğrayan bir demir metalini ele alalım. Demir yüzeyinde yürüyen anot ve katot reaksiyonları şöyledir:

3 Anot reaksiyonu :

Fe = Fe 2+ + 2 e-

Katot reaksiyonu :

O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH-

Korozyon olayı bu iki reaksiyonun bir arada yürümesi ile gerçekleşir. Elektronlar anottan katoda doğru metal üzerinden akar. Katot reaksiyonu anottan gelen bu elektronları kullanarak yürüyebilir. Eğer katotda bu elektronlar kullanılamaz ise, bu durumda anottaki oksidasyon reaksiyonu da yürüyemez. Yani katot bölgesinde yeterli oksijen bulunmazsa korozyon meydana gelmez. Diğer taraftan eğer katot reaksiyonu için gerekli elektronlar bir dış kaynaktan verilecek olursa, anot reaksiyonu ile elektron üretilemez. Bu durumda anotta yürüyen korozyon olayı da durmuş olur. Dış akım kaynaklı katodik koruma ile korozyonun önlenmesi bu elektrokimyasal ilkeye dayanır.

Metale dıştan uygulanan akım ile verilen elektronlar, metal yüzeyinde

yürümekte olan anodik reaksiyonları tam olarak durdururken, katodik reaksiyonun hızını da artırır. Anot reaksiyonları artık korunmakta olan metal yüzeyinde değil, katodik koruma devresinde bulunan yardımcı anotta yürür. Korunmakta olan metal yüzeyi ise artık tam olarak katot olur.

Korozyona uğramakta olan bir metale kendinden daha aktif bir metal (galvanik

anot) bağlanacak olursa, bu durumda katot reaksiyonu için gerekli olan elektronlar galvanik anot olarak bağlanan metalin kendiliğinden yürüyen yükseltgenme reaksiyonu ile karşılanır. Böylece korunan metal yüzeyindeki bütün anodik reaksiyonlar tam olarak durur. Galvanik anotlu katodik koruma da bu temel ilkeye dayanır.

2.2-DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODİK KORUMA

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



50


Dış akım kaynaklı katodik koruma metale dıştan bir doğru akım uygulanarak yapılır. Bir transformatör redresör sisteminden elde edilen doğru akımın (-) ucu korunacak olan metale, (+) ucu da bir yardımcı anoda bağlanır. Şekil-2.1

Şekil -2.1 Dış akım kaynaklı katodik korumaUygulanacak olan katodik koruma akımının şiddeti korunacak metalin yüzey

alanına ve metalin içinde bulunduğu ortamın koroziflik derecesine bağlıdır. Katodik koruma uygulamalarında en önemli konu, korunacak yapının katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesidir. Metali tam olarak korumak için gerekli olan minimum akım şiddeti, katot ve anot reaksiyonlarının polarizasyon eğrileri çizilerek teorik olarak belirlenebilir. Örnek olarak demirin asidik bir çözelti içindeki korozyonunu ele alalım. Asidik bir ortamda çeliğin korozyonunda katodik reaksiyon hidrojen çıkışı, anodik reaksiyon ise demirin iyon haline geçmesi şeklinde yürür. Denge halinde çeliğin potansiyeli Ecor değerini alır. Korozyon hızı , anodik ve katodik polarizasyon eğrilerinin kesim noktasına karşı gelen icor dır. Şekil-2.2. Şekilden görüldüğü üzere denge halinde demirin korozyon potansiyeli E cor = -250 mV ve korozyon hızı da icor = 103 A /cm2 (

1 mA/cm2 ) dir.Şekil-2.2 Asitli ortamda çeliğin dış akım kaynağı ile katodik olarak korunması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



51


Böyle asidik ortamda korozyona uğrayan bir çeliğe katodik bir dış akım uyguladığımızı düşünelim. Katodik koruma sonucu çeliğin potansiyeli negatif yönde 120 mV artarak - 370 mV ‘ a düşmüş olsun. Şekilden görüleceği üzere, katodik koruma sonucu çeliğin korozyon hızı başlangıçtaki korozyon hızının binde birine, yani 1 A/cm2

ye düşürülmüş olur. Bunu sağlamak için çeliğe iapp = 104 A/cm2 kadar bir dış akım

uygulanmıştır. Grafikten açıkca görüldüğü üzere, uygulanan dış akım ile korozyon hızının ne derece azalacağı, anodik polarizasyon eğrisinin eğimine, yani a değrine bağlıdır. Şekilde verilen örnekte a = 40 mV dır. Yani metal katodik yönde 40 mV polarize edildiğinde korozyon hızında onda bir oranında azalma meydana gelmektedir.

Bu örnekten, katodik koruma akım ihtiyacının yalnız anodik polarizasyon eğrisi ile değil, katodik polarizasyon eğrisinin eğimi ile de ilgili olduğu açıkca görülmektedir. Asitli bir ortam için verilmiş olan bu örnekte, çeliğin katodik korumasını sağlamak için i = 10-2 A/cm2 lik bir dış akım uygulanması gerekmiştir. Yani asitli ortamda bulunan 1 m2

lik çıplak çelik yüzeyini katodik olarak korumak için 100 A bir dış akıma ihtiyaç vardır. Bu kadar yüksek bir akım uygulanarak yapılan katodik koruma ekonomik olmaz. Bu nedenle pratikte asidik çözeltiler içinde katodik koruma uygulanması yoluna gidilmez. Eğer mutlaka gerekli ise, metal yüzeyine uygun bir kaplama yapılarak akım ihtiyacı azaltılır.

Doğal sular ve zeminler gibi nötral ortamlarda yapılan katodik koruma, yukardaki örnekte verilen asitli ortamlardakinden biraz farklıdır. Aradaki fark nötral çözeltiler içinde katodik reaksiyonun hidrojen çıkışı şeklinde değil de, çözünmüş oksijenin redüksiyonu ile yürümesinden kaynaklanır. Bu durumda çeliğin korozyon hızı, metal yüzeyine oksijen difüzyon hızının kontrolü altındadır. Su içinde oksijen difüzyon hızı çok yavaş olduğundan , nötral ortamlarda çeliğin korozyon hızı da oldukça

düşüktür. Şekil-2.3. Şekil-2.3 Çeliğin nötral bir ortamda dış akım kaynağı ile katodik korunması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



52


Şekilde verilmiş olan örnekte, katodik koruma uygulanmadan önce çeliğin korozyon hızının 10 A/cm2 olduğu görülmektedir. Bu değer genellikle hareketli sularda mümkün olur. Durgun sular içinde oksijen difüzyonu daha yavaş ve korozyon hızı daha da küçüktür. Diğer taraftan durgun sular içinde oluşan korozyon ürünleri metal yüzeyinde çökelerek kabuk oluştururur. Bu kabuk korozyon hızında büyük ölçülerde azalmalara neden olur.

Oksijenin çözelti içindeki difüzyon hızı çok yavaş olduğundan oksijen

redüksiyonu ile gerçekleşen katodik polarizasyon eğrileri kısa bir süre sonra bir limit akıma erişir. Bu durumda korozyon hızı da ancak limit akım yoğunluğuna kadar yükselebilir. Böyle bir çeliği katodik olarak korumak için , önceki örnekte olduğu gibi yine katodik yönde 120 mV polarize etmiş olduğumuzu düşünelim. Polarizasyon sonunda çeliğin korozyon hızı 0,1 A/cm2 değerine düşecektir. Bunu sağlamak için katodik koruma devresine 100 A/cm2 (1 A/m2) lik bir dış akımın uygulanması gerekecektir. Bu değer katodik reaksiyonun limit akımı ile sınırlıdır. Eğer metal yüzeyine kaplama yapılacak olursa, katodik koruma için gerekli akım ihtiyacı büyük ölçüde azalacaktır.

Şekilden aşırı korumanın zararlı etkisi de açık olarak görülmektedir.Eğer çelik katodik yönde gereğinden fazla polarize edilerek potansiyeli negatif yönde daha fazla artırılacak olursa , katot reaksiyonunda değişme olmaktadır. Artık katotda yalnız oksijen redüksiyonu reaksiyonu değil, suyun elektrolizi ile hidrojen çıkış reaksiyonu da gerçekleşmektedir. Aşırı koruma sonucu katotda hidrojen gazı çıkışı başlamaktadır. Katotda hidrojen gazı çıkışının bazı sakıncaları vardır. Açığa çıkan hidrojen gazı metal yüzeyinde bulunan kaplamanın soyulmasına neden olabilir. Ayrıca stres korozyonunun söz konusu olduğu ortamlarda , metal yüzeyinde açığa çıkan hidrojen atomlarının bir kısmı molekül halinde uzaklaşmak yerine atom halinde metal yapısına girerek orada hidrojen kırılganlığına neden olabilir. Üstelik aşırı koruma halinde katodik koruma için harcanan akım da gereksiz yere artırılmış olur.

2.3 -GALVANİK ANOTLU KATODİK KORUMA

Bir çelik boru hattını galvanik anotlarla katodik olarak korumak için, boru hattına kendinden daha aktif bir metal, örneğin mağnezyum bağlanarak bir galvanik hücre oluşturulur. Şekil-2.4

Şekil-2.4 Galvanik anotlarla katodik korum

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



53


Böylece oluşturulan galvanik pilde mağnezyum anot, çelik de katot olur. Anotta mağnezyum çözünerek elektron açığa çıkarır. Bu elektronlar katodik reaksiyonun elektron ihtiyacını karşılar. Katodik koruma devresinden akım geçebilmesi için anot ve tatot arasında devre direncini yenebilecek kadar bir potansiyel farkının olması gerekir.

Şekil-2.5 de galvanik anot olarak çinko kullanılan bir katodik koruma sisteminin polarizasyon eğrileri görülmektedir. Şekilden görüldüğü üzere, korunacak metalin başlangıçtaki potansiyeli Ecor(c) korozyon akımı da icor dır. Kullanılan anodun bağlantı yapılmadan önceki potansiyeli de Ecor(a) dır. Anot ve katot birbirine bağlandıktan sonra sistem potansiyeli ESC değerini alır. Fakat anot ve katot arasında (R) Ohm kadar bir direnç bulunduğundan katodik koruma devresinden ancak IG kadar bir galvanik akım geçebilir. Anot ve katot potansiyelleri arasında da E = IR kadar bir fark oluşur. Katodik koruma uygulandıktan sonra katot potansiyeli Ec , anot potansiyeli de Ea

değerini alır. Böyle olunca katodik koruma sonucu metal korozyonu iCP değerine düşürülmüş olur.

Şekil-2.5 Galvanik anotlu bir katodik koruma sisteminin polarizasyon diyagramı

Şekilden görüleceği üzere , galvanik anottan çekilen (iG) akımı, galvanik anodun açık devre potansiyeli ile devre direncinin büyüklüğüne bağlıdır. Katodik koruma devre direncinin büyük bir kısmını anot yatağı direnci oluşturur. Sonuç olarak, katot potansiyelinin istenilen bir değere inmesini sağlamak için, anot yatağı direncinin belli bir değerin altına düşürülmesi gerekir.

Kaplamanın Katodik Korumaya Etkisi

Katodik olarak korunacak metal yapının yüzeyi uygun bir malzeme ile kaplanarak akım ihtiyacı azaltılabilir. Kaplama yapılmak suretiyle katot bölgesine oksijen difüzyon hızı azaltılmış olur. Böylece katodun koruma potansiyeline kadar polarize edilmesi , yani katodik korumayı sağlamak için daha az akım harcanması gerekir. Kaplama yapılarak katodik korumanın hem ilk tesis, hem de işletme maliyeti

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



54


büyük ölçülerde azaltılabilir. Pratikte kaplama ve katodik koruma genellikle birlikte uygulanır. Kaplamasız halde katodik koruma uygulanması ekonomik olmadığından, katodik korumasız kaplama da emniyetli olmadığından tercih edilmez. Endüstriyel koşullarda yapılmış olan en mükemmel kaplamalarda bile daima mikro delikler ve işcilik hatalarından ileri gelen bozukluklar bulunabilir. Kaplamada bulunan bu küçük delikler korozyon açısından son derece tehlikelidir. Küçük anot/büyük katot etkisi ile bu delik noktalarda korozyon akım yoğunluğu anormal değerlere ulaşabilir. Bu tehlikeli durumun önlenmesi için kaplama ile birlikte katodik koruma da uygulanması gerekir. Olaya bu açıdan bakıldığında , yapılacak kaplamanın çok mükemmel olmasına gerek duyulmaz. En ekonomik çözüm, akım ihtiyacını yeteri kadar azaltacak kalitede bir kaplama + katodik korumadır.

Kabuklaşma Olayının Etkisi

Daha önce açıklanmış olduğu gibi doğal sular ve zeminler gibi nötral ortamlarda bulunan bir çelik yapıya katodik koruma uygulandığında katot reaksiyonu oksijen redüksiyonu şeklinde yürür. Bu reaksiyonda açığa çıkan hidroksil iyonları katot bölgesinin alkali olmasına neden olur.

O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH -

Eğer ortamda yeterli oksijen yoksa ve katot potansiyeli de yüksek ise, bu durumda katot reaksiyonu suyun ayrışması ile hidrojen gazı çıkışı yaparak gerçekleşir. Bu reaksiyonda da hidroksil iyonları açığa çıkar.

2 H2 O + 2 e- = H2 + 2 OH-

Her iki halde de açığa çıkan hidroksil iyonları nedeniyle katot bölgesinde pH değeri yükselir. Bu durum korozyon sonucu açığa çıkan demir iyonlarının hidroksit şeklinde metal yüzeyinde çökelmesine neden olacağından metalin pasifleşmesine yardımcı olur. Bunun dışında , katot bölgesinde bulunan Ca2+ ve Mg2+ iyonları da hidroksil iyonlarının etkisi ile kalsiyum karbonat ve mağnezyum hidroksit şeklinde metal yüzeyinde aşağıdaki kimyasal reaksiyonlara göre çökelerek pas tabakası ile birlikte koruyucu bir kabuk oluşturur.

Ca 2+ + HCO3- + OH- = CaCO3 + H2O

Mg 2+ + 2 OH- = Mg (OH)2

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



55


Kabuklaşma olayı metal yüzeyine olan oksijen difüzyonunu güçleştirir. Hücreden akım geçtikce katodik reaksiyon daha küçük bir limit akım kontrolünde yürür. Limit akımın değeri metal yüzeyinde oluşan kabuğun kalınlığına ve geçirimsizliğine bağlıdır. Kabuk oluşumu zamanla artarak daha geçirimsiz hale gelir. Şekil-2.6 da deniz suyu içinde meydana gelen kabuğun katodik koruma akım ihtiyacına olan etkisi görülmektedir. Şekilden görüldüğü üzere, kabuk kalınlığı arttıkca katotdaki

oksijen redüksiyonu reaksiyonunun hızı azalır. Korozyon hızı limit akım yoğunluğunun kontrolündedir. Limit akım yoğunluğunun azalması katodik koruma akım ihtiyacının da azalmasına neden olur. Bu durum kaplamasız olarak deniz suyu içine konulmuş olan çelik yapıların katodik korumasında açık olarak gözlenebilir. Bu tip yapılarda katodik koruma akım ihtiyacı başlangıçta çok yüksek olduğu halde, zamanla azalarak bir kaç ay içinde yaklaşık dörtte bir değerine kadar düşebilir. Eğer yapıya sabit bir akım yoğunluğu uygulanacak olursa, yapının potansiyelinde zamanla artış görülür. Şekil-2.6 Deniz suyu içinde kabuk oluşması nedeniyle katodik polarizasyon eğrisinde meydana gelen değişme

Otomatik Kontrollü Katodik Koruma Sistemleri

Katodik koruma sistemlerinde bazı halde çevre koşullarının zamanla değişmesi sonucu katodik koruma akım ihtiyacında da değişme olur. Örneğin mevsimlere göre yeraltı suyu tablası seviyesinin değişmesi, veya akış hızı nedeniyle oksijen difüzyonunda meydana gelen değişmeler, yapıyı katodik olarak korumak için gerekli olan akım ihtiyacının zaman zaman artmasına ya da azalmasına neden olabilir. Bu durumlarda katodik koruma sistem potansiyelini sabit bir değerde tutabilmek için transformatör-redresör ünitelerinde katodik koruma akımının otomatik olarak artırılıp veya azaltılması gerekir. Burada amaç , katodik olarak korunan yapının potansiyelini belli bir değerde sabit tutmaktır.

Şekil -2.7’ de deniz suyu gibi nötral bir çözelti içinde bulunan bir çelik yapının anodik polarizasyon eğrisi görülmektedir. Katodik reaksiyon oksijen redüksiyonu şeklindedir ve başlangıçta (iL) limit akımı geçerlidir. Ancak çeşitli nedenlerle limit akım zamanla artış göstererek (iL’) değerini almaktadır. Bu durumda uygulanan dış akım ayni kalacak olursa , korunan yapının potansiyel değeri limit değer olan (Ecp) nin altına düşebilir. Potansiyeli Ecp değerinde sabit tutabilmek için uygulanan dış akımın bir

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



56


miktar artırılması gerekecektir. Otomatik kontrollü transformatör-redresör sistemlerinde bu işlem, yeraltına konulan sabit bir referans elektrot ve bir manyetik amplifiye ünitesi ile otomatik olarak yapılabilmektedir. Referans elektrot ile ölçülen sistem potansiyeli belli bir değerin altına düşünce, otomatik olarak akım artırılmakta ve potansiyel istenilen değere kadar çıkarılmaktadır. Aksine olarak sistem potansiyelinin artması halinde uygulanan dış akım otomatik olarak kesilerek potansiyelin düşmesi

sağlanmaktadır.Şekil-2.7 Bir katodik koruma sisteminde potansiyelin otomatik olarak kontrolü

2.4 -ATTENUATİON EĞRİLERİ

Bir boru hattına belli bir noktadan akım uygulandığında , akımın uygulanmış olduğu noktada boru / zemin potansiyeli maksimum bir değer kazanır. Bu noktadan itibaren boru üzerinden akan akımın şiddeti ve boru/zemin potansiyeli mesafe ile gittikçe azalır. Bu azalışa “attenuation” ve mesafeye göre çizilen akım ve potansiyel eğrilerine de “ attenuation eğrileri” denir. Boru üzerinde mesafe ile akımın azalışı, borunun uzunlamasına direncine, kaplamanın iletkenliğine (veya direncine) ve borunun içinde bulunduğu zeminin rezistivitesine bağlıdır. Bu değişkenlerin boru hattı boyunca sabit kaldığı kabul edilerek, boru üzerinden akan akımın ve boru / zemin potansiyelinin mesafeye göre değişimi aşağıdaki logaritmik bağıntılar ile ifade edilebilir. E x = E 0 e - a x

I x = I0 e -a x

Burada , E0 : Akım uygulanan noktada boru / zemin potansiyeli değişimi,Volt E x : Akım uygulanan noktadan itibaren (x) m uzaklıkta boru /zemin potansiyeli değişimi, Volt

a : Attenuation sabiti , m-1

x : Akım uygulanan noktaya olan uzaklık, m dir.Bu bağıntılar aşağıdaki kabuller yapılarak elde edilmiştir.

Boru hattı boyunca zemin rezistivitesi ve boru kaplaması üniform bir yapı göstermektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



57


Anot yatağı boru hattından yeterli uzaklıkta (en az 70 m) bulunmaktadır. Boru çapı ve et kalınlığı değişmemekte ve ara yerde boru elektriksel

direncine etki yapan bağlantılar bulunmamaktadır. Boru hattı sonsuz uzunluktadır. Yani boru hattının öteki ucunda izole

flanş bulunmamakta ve uygulanan akım tam olarak kayboluncaya kadar boru hattı boyunca akabilmektedir.

Attenuation sabiti (a), söz konusu borunun uzunlamasına elektriksel direncine ve boru kaplamasının elektriksel iletkenliğine ( veya direncine ) bağlı bir sabittir.

a =

Burada, a : Attenuation sabiti, m- 1

r : 1 m borunun uzunlamasına direnci , OhmR: 1 m borunun kaplama direnci, Ohm m2 dir.

Bu iki direnç yardımı ile 1 m uzunluğundaki boru hattının omik direnci şöyle hesaplanır: R0 = Ohm m

Boru etkin direnci olan Ro yardımı ile I0 hesaplanabilir.

I0 = E0 / R0

Bir boru hattının attenuation sabitini hesaplamak için borunun uzunlamasına elektriksel direnci (r) ve boru kaplama direnci (R) nin bilinmesi gerekir. Boru hattının elektriksel direnci olan (r) aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.

r =

Burada ,r : Boru uzunlamasına direnci, Ohm

: Özgül elektrik direnci, (çelik için 1,8 x10-7 ) Ohm.m L : Boru zunluğu, m A: Boru kesit alanı, m2 dir.

Çelik boruların uzunlamasına elektrik direncini boru çapı ve et kalınlığına bağlı olarak doğrudan okumak üzere özel nomogramlar hazırlanmıştır. Şekil-2.8

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



58


Şekil-2.8 Çapı (d) ve et kalınlığı (t) olan bir borunun uzunluğuna elektriksel

Boru çapı ve et kalınlığı bilindiği zaman boru uzunlamasına elektrik direnci

yukarda verilen bağıntı ile de hesap edilebilir. Örneğin 1m çap ve 9mm et kalınlığında olan 1 m uzunluğundaki bir çelik borunun elektriksel direnci şöyle hesaplanabilir.

r = 1,8 x 10-7 = 6,3 x10-6 Ohm

Bu boru hattının kaplama direnci 5000 Ohm.m2 ise, 1 m uzunluğundaki borunun kaplama direnci aşağıdaki şekilde hesaplanır.

A = 2 D x L = 3.14 x1 x1 = 3,14 m2

R = 5000 / 3,14 = 1592 Ohm dur.Bu iki değer kullanılarak söz konusu boru için attenuation sabiti,

a = = 0,63 x10-4 m-1 bulunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



59


Böyle bir boru hattında potansiyelin mesafeye göre değişimi attenuation bağıntıları kullanılarak hesaplanabilir. Örneğin bu boruya bir noktadan akım uygulayarak boru zemin potansiyelini akım uygulanan noktada 1,2 Volt artırmış olduğumuzu düşünelim. 5,0 km uzaklıkta boru /zemin potansiyeli değişimini hesaplıyalım. E x = E0 e -ax

Ln (Ex) = Ln ( E0) - a x

Ln (Ex) = Ln 1,2 - (0, 63x10 -4 ) 5000

Ex = 0,88 V

Ayni boru hattında bir noktadan korunabilen maksimum boru uzunluğunu bulmak için, boru / zemin potansiyelinin katodik koruma için öngörülen 300 mV potansiyel kayması (Ex= 0,3 Volt) ve akım uygulanan noktada (Eo=1,2 Volt) olduğunu kabul edelim. Buna göre (x) uzaklığı, 0,3 = 1,2 e-0,000063 x x = 22000 m bulunur. Bu değer boru hattında, akım uygulanan noktadan itibaren 22 km uzaklıkta boru potansiyelinin 0,3 Volt kayma yapacağını göstermektedir.

Yukarda verilmiş olan attenuation bağıntıları, öteki ucunda izole flanj bulunmayan sonsuz uzunlukta boru hatları içindir. İki ucu da izole flanş ile kapatılmış olan belli uzunluktaki boru parçasında attenuation eğrileri logaritmik değil hiperbolik bir değişim gösterir.

(L) m uzunluğunda bir boru parçasına bir ucundan akım uygulayarak potansiyelinin akım uygulanan noktada E0 kadar artırılmış olduğunu düşünelim. Bu durumda boru parçasının öteki ucundaki potansiyel ve akım değişimi için aşağıdaki bağıntılar yazılabilir. E0 = Eson cosh aL

I0 = (Eson / R) sinh aL

L m uzunluğundaki borunun, akım uygulanan uç noktasından itibaren herhangi bir (x) m uzaklığındaki boru potansiyeli değişimi Ex değeri için de,

Ex = E0 cosh (L - x) / cosh aL

bağıntısı vardır. Borunun öteki ucunda L = x olacağından,

cosh (L-x) = cosh 0 = 1 ve Ex = Eson

yazılabilir. O halde borunun öteki ucundaki potansiyel değişimi için,

E0 = Eson cosh aL

bağıntısı bulunur. Örneğin 10 km uzunluğundaki bir boru parçasına bir uçtan akım uygulayarak boru potansiyelini akım uygulanan noktada E0 = 1,2 Volt artırmış

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



60


olduğumuzu düşünelim. Bu boru hattının attenuation sabiti a = 0,63 10 -4 olsun. Buna göre borunun öteki kapalı ucunda potansiyel değişimini hesaplıyalım.

E0 = Eson cosh aL

1,2 = Eson cosh (0,63 10-4 x 10000)

Eson = 1,0 Volt bulunur.

Eğer boru uzunluğu 30 km olsaydı, son noktada boru potansiyelindeki değişim , Eson = 0,47 Volt olacaktı. Sonlu ve sonsuz uzunluktaki boru parçaları için çizilmiş olan attenuation eğrileri Şekil-2.9 da verilmektedir.

Şekil-2.9 Sonlu ve sonsuz uzunluktaki boru hatlarına bir noktadan akım uygulanması halinde attenuation eğrileri

L m uzunluğunda bir boru parçasına bir uçtan akım uygulanması halinde, akım uygulanan noktadan itibaren (x) m uzaklıktaki boru potansiyelindeki değişim aşağıdaki şekilde hesaplanır. Yukardaki örnekte verilen L = 30 km uzunluğundaki boru parçasının akım uygulanan noktaya x = 10 km uzaklığındaki bir noktadaki potansiyel değişimi şöyle hesaplanabilir.

E x = E0 cosh a (L - x) /cosh aL

Burada, L = 30000 m , x = 10000 m , Eo = 1,2 Volt ve a = 0,63 10-4 m-1

değerleri yerine konularak,

Ex = 1,2 cosh (0,63 10-4 x 20000) / cosh (0,63 10-4 x 30000) E x = 1.2 cosh 1,2 / cosh 1,8 E x = 0,700 Volt bulunur.

Bir boru parçasına iki uçtan akım uygulanması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



61


Bir boru hattının attenuation sabiti , boru cinsi ve kaplama direncine bağlı olarak bir metre uzunluğunda bir boru uzunluğu için sabit bir değerdir.Kaplama direnci arttıkca attenüation sabiti küçülür. Bir noktadan korunabilen boru uzunluğu attenuation sabiti a ‘ya bağlıdır. Her ne kadar akım uygulanan noktada potansiyel artırılarak daha uzun bir boru parçası katodik olarak korunabilirse de , akım uygulanan noktada boru potansiyeli istenildiği kadar artırılamaz.Hidrojen gazı çıkışı ile kaplamanın soyulma tehlikesini önlemek için boru zemin potansiyeli akım uygulanan noktada en çok - 1,5 Volta çıkarılabilir. Bu durumda E o en çok 1,2 Volt olabilir. Eğer zayıf kaplamalı bir boru hattı söz konusu ise, bir noktadan korunabilen boru uzunluğu bir kaç kilometreyi geçmez. Bu durumda boru hattına çok sayıda trafo ünitesi ile bir kaç noktadan akım uygulanması gerekir. Şekil-2.10 de bir boru hattına iki uçtan akım uygulanması halinde attenuation eğrileri görülmektedir.

Şekil-2.10 Birden fazla noktadan akım uygulanması halinde attenuation eğrileriŞekilde boru hattına A1 ve A2 noktalarından akım uygulanmıştır. Akım ve

potansiyelin boru hattı boyunca değişimi kesikli çizgiler ile gösterilmiştir. Bunlar sonsuz uzunluktaki bir boruda akım dağılımına benzer şekilde logaritmik eğriler halindedir. İki nokta arasındaki potansiyel değişimleri birbiri ile toplanmakta ve boru hattı boyunca potansiyel değişimi minimumdan geçen bir eğri halini almaktadır. Birbirine ters yönlü olan akımların farkları etkili olduğundan boru akımı orta noktada civarında sıfır olmaktadır. Bu noktada karşılıklı akımlar birbirine eşittir. Eğer bu noktaya bir izole flanş konulursa karşılıklı akan akımların birbirini yok etmesi önlenmiş ve orta noktadaki potansiyel değeri artırılmış olur.

Bir boru hattına orta noktadan akım uygulanması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



62


Eğer akım orta noktadan iki yöne doğru uygulanıyorsa, bir noktadan korunabilen

boru uzunluğu, ( x ) m değil , ( 2x )m olacaktır. Şekil -2.11 Şekil -2.11 Bir noktadan akım uygulanarak korunabilen maksimum boru uzunluğu

Akımın orta noktadan uygulanması halinde bir yöne doğru konunabilen boru uzunluğu, E x = E0 e - ax

veya logaritma alınarak,

x = ( Ln E0 - Ln Ex ) / a

bağıntısı ile hesaplanabilir. Böylece korunan boru uzunluğu iki kat arkırılmış olur. (x) mesafesini daha da artırmak için akım uygulanan noktadaki potansiyelin yani E0

değerinin artırılması gerekir. Ancak bu değer yukarda belirtilmiş olduğu gibi istenildiği kadar artırılamaz. Bu durumda bir noktadan daha uzun bir boru hattını korumak için attenuation sabiti (a) nın küçültülmesi yoluna gidilir. Attenuation sabiti boru çapı ve et kalınlığına ayrıca boru kaplama direncine bağlıdır. Kaplama direnci artırıldıkca, attenuation sabiti kaplama direncinin kare kökü ile orantılı olarak azalır. Belli çapta bir boru için attenuation sabiti doğrudan kaplama direncine bağlı sabit bir sayıdır. O halde bir noktadan korunabilen maksimum boru uzunluğu boru cinsi ( çapı ve et kalınlığı) ile kaplama direncine bağlı olarak hesaplanabilir. Pratikte kaplama direnci yerine borunun akım ihtiyacının kullanılması kolaylık sağlar. Boru kaplama direnci ile akım ihtiyacı arasındaki bağıntı Şekil-2.12 de verilmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



63


Şekil-2.12 Kaplama direnci ile katodik koruma akım yoğunluğu arasındaki bağıntı

Şekilden görüldüğü üzere, cam lifi sargılı 4 mm kalınlıktaki bir bitüm kaplamanın direnci yaklaşık olarak 3000 Ohm.m2 ve katodik koruma akım ihtiyacı da 0,1 mA/m2 dir. 400 mm çapında ve 7 mm et kalınlığında bir boruya böyle bir kaplama yapılmış olduğunu düşünelim. Bu borunun attenuation sabiti,

a =

r = 20 x 10-6 Ohm

R = 3000 Ohm.m2 = 3000 / 3,14 x0,4 x1 = 2390 Ohm

a = = 9 10-5 m-1 bulunur.

Boru potansiyeli değişiminin akım uygulanan noktada 1,2 V ve son noktada da 0,3 V olduğu kabul edilirse, bir noktadan korunan boru uzunluğu x,

x = ( ln 1,2 - ln 0,3) / 9 10-5 = 15400 m

2 x = 30800 m bulunur

Bir noktadan korunabilen maksimum boru uzunluğunu, borunun katodik koruma akım yoğunluğuna bağlı olarak doğrudan veren grafikler hazırlanmıştır. Bu grafiklerde, belli özellikte bir boru hattının katodik koruma akım yoğunluğu değeri esas alınarak,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



64


bir noktadan iki yöne doğru korunabilen maksimum boru uzunluğu (2x) km olarak doğrudan okunabilmektedir. Şekil -2.13

Şekil-2.13 Akım yoğunluğuna bağlı olarak bir noktadan korunabilen boru uzunluğu

Şekilden görüldüğü üzere, katodik koruma akım yoğunluğu 0,1 mA/m2 olan 400 mm çapında ve 7 mm et kalınlığında olan bir boru hattı, bir noktadan akım uygulanarak en çok 30 km ( her iki yöne 15 km + 15 km olarak) korunabilmektedir. Bu değer bilindiği zaman boru hattına uygulanacak olan akım şiddeti de kolayca bulunabilir. Örneğin yukardaki örnekte verilmiş olan boru hattının 30 km uzunluğundaki bölümünü katodik olarak koruyabilmek için gerekli olan akım şiddeti,

Io = (2 x) d i = 30800 (3,14) (0,4) (0,1)

Io = 3868 mA 3,9 A bulunur.

Özellikleri belli bir boru hattını katodik olarak korumak için gerekli olan akım şiddetini doğrudan veren grafikler hazırlanmıştır.Şekil-2.14. Bu grafikler kullanılarak, katodik koruma akım yoğunluğu bilindiğinde, bir noktadan korunacak boru uzunluğu için gerekli olan akım şiddeti doğrudan okunabilmektedir Yukardaki örnekte katodik

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



65


koruma akım ihtiyacı 0,1 mA/m2 olan 400 mm çaplı boru ele alınmış ve bu borunun 30800 m uzunluğundaki bölümünün bir noktadan korunabileceği belirlenmişti. Söz konusu boru için toplam akım ihtiyacı grafikten yaklaşık 4,0 A olarak okunmaktadır. Şekil-2.14 Bir boru hattının bir noktadan katodik olarak korunması içingerekli olan akım şiddeti

Katodik koruma akım ihtiyacı bilindiği zaman bir noktadan korunabilen maksimum boru uzunluğu Şekil-2.15 de verilen grafik yardımı ile yaklaşık olarak belirlenebilir. Şekilden görüleceği üzere, akım ihtiyacı 100 A/m2 olan bir boru hattının bir uçtan en çok 20 km, orta noktadan en çok 35 km uzunluğundaki bölümü katodik olarak korunabilir.

Şekil-2.15 Akım ihtiyacına göre bir noktadan korunabilen boru uzunluğunun belirlenmesi, ( - - - ) Orta noktadan koruma, () Bir uçtan yapılan koruma

2.5 -KATODİK KORUMA AKIM İHTİYACI

Katodik koruma projelendirmesi yapılmadan önce akım ihtiyacının ya deneysel olarak, ya da literatürde çeşitli ortamlar için verilmiş olan listelerden alınarak belirlenmesi gerekir. Katodik koruma sisteminin transformatör / redresör kapasitesi, tesis ömrü ,anot kütlesi ve sayısı proje koşulları için ön görülen akım ihtiyacı değerine göre hesaplanır. Çeliğin kaplamalı ve kaplamasız olarak çeşitli ortamlarda korunması için gerekli olan yaklaşık akım ihtiyacı değerleri literatürde listeler halinde verilmiştir. Zemin içinde bulunan bir boru hattının akım ihtiyacı büyük ölçüde kaplama kalitesine ve direncine bağlıdır. Boru hattının içinde bulunduğu zeminin rezistivitesi de etkili olmakla beraber zemin direnci boru kaplama direnci yanında çok küçük kaldığından ihmal edilebilir. Bir fikir vermek üzere, Tablo -2.1 de bazı ortamlar için Tablo-2.2 ve Şekil-2.16 de de değişik kaplama cinsleri için akım ihtiyacı değerleri verilmektedir.

TABLO -2.1 Katodik koruma için yaklaşık akım ihtiyacı değerleriOrtam Koşulları Yaklaşık akım

ihtiyacı, mA / m2

Hareketli deniz suyu içinde çıplak çelik 100 - 160

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



66


Durgun deniz suyu içinde çıplak çelik 55 - 85Deniz dibi çamuru içinde çıplak çelik 20 - 30Rutubetli zemin içinde çıplak çelik 10 - 20 Zemin veya su içinde zayıf kaplamalı çelik 1 - 2Zemin veya su içinde iyi kaplanmış çelik 0.05Zemin veya su içinde polietilen kaplanmış çelik

0.005

Şekil-2.16 Çeşitli cins kaplamalara ait yaklaşık akım ihtiyacı değerleri

Tablo-2.2 Çeşitli cins kaplamalı boru hatlarının kaplama direnci ve akım ihtiyacı

Kaplama kalitesi Kaplama direnci,Ohm.m2 Akım ihtiyacı, mA / m2

Çok zayıf 100 –200 1,0 -2,0

Zayıf 200 -500 0,5 -1,0

Orta 500 -1000 0,1 -0,5

İyi 1000 –2000 0,05 -0,1

Çok iyi 2000 -10000 0,01 - 0,05

Mükemmel > 10000 0,01 >

Bir fikir vermek amacıyla literatürde verilmiş olan bu değerlerin doğrudan projelerde kullanılması sakıncalıdır. Bu değerleri kullanırken proje mühendisi aşağıdaki iki hususu göz önünde bulundurmalıdır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



67


1.Akım ihtiyacı değerleri listelerde çok geniş sınırlar içinde verilmiştir. Bu değerlerden en düşük olanının kullanılması emniyet açısından, en büyük değerin kullanılması da ekonomik açıdan sakıncalı olabilir.

2. Kaplama cinsine göre verilmiş olan akım ihtiyacı değerlerinde, kaplamanın kalitesi ve işcilik hataları göz önüne alınmamıştır. Özellikle boruların taşınması, depolanması,hendeklere yerleştirilmesi ve kaynak bölgelerinin izolasyonu sırasında ortaya çıkacak hataların etkileri göz önüne alınarak akım ihtiyacında hesaba katılması gerekir.

Projelendirme sırasında akım ihtiyacı belirlenirken tablolarda verilmiş olan bu akım ihtiyacı değerlerinin , katodik koruma ilk uygulandığında gerekli olan ve metal yüzeyi polarize olmadan önceki akım ihtiyacı olduğu gözden uzak tutulmamalıdır. Polarizasyon gerçekleştikten sonra akım ihtiyacında önemli ölçülerde düşüş görülür. Buna karşılık kaplama direnci de zamanla azalacağından akım ihtiyacında artış meydana gelir. Proje mühendisi bu çelişik durumu değerlendirerek, katodik koruma süresi içinde geçerli olan ortalama bir akım ihtiyacı değerini belirlemek durumundadır.

Tablolarda verilen bütün bu akım ihtiyacı değerleri proje mühendisine yaklaşık bir fikir vermek içindir .Katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesinde en güvenilir değerler gerçek ortamlarda yapılan akım ihtiyacı deneyleri ile elde edilebilir.

Akım İhtiyacı Deneyleri

Yeraltına konulmuş olan boru hatlarının bulundukları zemin içindeki akım ihtiyacını belirlemek için bir çok deney yöntemi geliştirilmiştir. Kaplamasız bir boru hattının akım ihtiyacını tayin için Şekil-2.17 da verilen deney düzeneği kullanılabilir.

Deney şöyle yapılır. Boru hattına en az 30 m uzaklıkta geçici bir anot yatağı oluşturulur. Bir doğru akım kaynağından yeterli şiddette akım uygulanarak boru hattının belli bir bölgesi katodik olarak polarize edilir. Öyle ki, ölçüm yapılan en uç noktalarda boru /zemin potansiyeli doygun bakır/ bakır sülfat referans elektroduna karşı - 0,85 Volt değerine erişmiş olsun. Bu potansiyel değerine erişmek için başlangıçta yüksek bir akım şiddeti uygulanması gerekir. Boru/zemin potansiyelini -0,85 Volt ‘ ta tutabilmek için uygulanması gereken akım şiddeti zamanla gittikce azalır. Belli bir süre sonra sistem kararlı hale gelir ve uygulanan akım artık değişmez. Çıplak bir boru hattında kararlı bir polarizasyona ulaşmak için günlerce akım uygulanması gerekebilir. Kararlı hale erişildiğinde boru hattına uygulanan akım şiddeti kaydedilir. Ayrıca boru hattı boyunca değişik noktalarda boru/zemin potansiyeli ölçülür. Katodik korumanın gerçekleşmiş olduğu uç noktalarda , sistem kararlı halde iken boru akımı ölçümleri yapılır. Deneye tabi tutulan (x) m uzunluğundaki boru parçasını katodik olarak polarize etmek için gerekli olan akım şiddeti, akım kaynağından boru hattına uygulanan dış akım ile uç noktadaki boru akımı arasındaki farka eşittir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



68


Şekil- 2.17 Çıplak bir boru hattında akım ihtiyacının tayini deneyi

Şekilde yapılan deneyde boru hattına orta noktadan (2x) m boru parçası için 59 Amper akım uygulanmıştır. Bir yöne doğru akan akım 59/2 =29,5 A dır. Boru uç noktasında ölçülen boru akımı ise 1,2 A dir. Bu durumda (x) m uzunluğundaki boru parçasını katodik olarak korumak için harcanan akım , iK = 29,5 -1,2 = 28,3 A dir. (x) m uzunluğundaki boru hattının dış yüzey alanı bilindiğine göre, buradan mA/m2 olarak akım ihtiyacı hesaplanır.

Çıplak boru hatlarının akım ihtiyacı çok yüksek olduğundan, bu deney ancak 100 - 200 m uzunluğunda bir boru parçası üzerinde yapılabilir. Çıplak boruların yaklaşık olarak 20-30 mA/m2 akım çekeceği göz önüne alınırsa, (başlangıçta bu değer daha da yüksektir) 200 m uzunluğunda ve 40 cm çapında bir boru hattı için en az 7,5 - 10 A akıma ihtiyaç duyulur. Ayrıca geçici anot yatağı direnci de yüksek olacağından oldukça yüksek potansiyelli bir doğru akım gerekecektir. Bu nedenle, örneğin 12 Voltluk aküler ile bu deneyin yapılması mümkün değildir. Bu deneyde kaynak makinalarının güç kaynakları kullanılabilir.

Kaplamalı Boru Hatlarında Akım İhtiyacının Tayini

Zayıf bir şekilde kaplanmış olan boruların akım ihtiyacı bile , kaplamasız boruların akım ihtiyacının onda biri kadardır. Bu nedenle kaplamalı borularda akım ihtiyacı deneyleri daha uzun boru hatları üzerinde yapılabilir ve doğru akım kaynağı olarak da akü kullanılabilir . Deney için seçilen boru hattının çapı, et kalınlığı ve kaplaması üniform bir yapıda ve bütün boru hattını temsil edecek şekilde olmalıdır. Ayrıca , deneyin yapılmış olduğu bölgede zemin cinsi ve yapısında da büyük farklılıkların bulunmaması gerekir. Deney için yaklaşık olarak 3-5 km uzunluğunda bir boru parçasının seçilmesi uygundur. Şekil-2.18

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



69


Şekil-2.18 Kaplama direnci ve katodik koruma akım ihtiyacı tayini deney düzeneği

Şekilde görüldüğü gibi , geçici bir anot yatağından deneye tabi tutulan boruya katodik yönde bir akım uygulanır. Devreye bir akım kesici ilave edilerek akımın 30 saniye (on) ve (15) saniye (off) durumunda olması sağlanır. Bu deneyin amacı boru kaplama direncini tayin etmektir. Kaplama direnci belirlendikten sonra, söz konusu boru için katodik koruma akım ihtiyacı da hesaplanabilir.

Kaplamalı borular çok çabuk polarize olduğu için bu deney kısa sürede tamamlanabilir. Polietilen kaplamalı borular akım uygulandıktan sonra bir kaç dakika içinde polarize olabilirler. İyi kaplamalı boruların boru/zemin potansiyel değerleri ve uygulanan akım şiddeti kısa süre içinde sabit bir değere erişir.

Boru hattı üzerinde anot yatağından en az 300 m uzaklıkta, 3-5 km aralıkla iki deney istasyonu seçilir. Deneylerin her iki ölçüm istasyonunda ayni anda yapılması gerektiğinden , ölçüm istasyonlarında en az birer teknisyen bulunmalı ve beraberliği sağlamak için telsiz kullanılmalıdır. Bu iki istasyonda ayni anda (on) ve (off) boru/zemin potansiyel değerleri ile boru akımı ölçülür. Böylece her istasyon için on - off hallerine karşı gelen potansiyel değişimi (E) ve akım şiddeti değişimi (I) bulunur. Daha sonra iki istasyonda ölçülen potansiyel değişimlerinin ortalaması alınarak boru parçasının ortalama potansiyel değişimi belirlenir. Bu potansiyel değişimine neden olan akım şiddeti ise, her iki istasyonda ölçülen akım şiddeti değişimlerinin farkı alınarak bulunur. Bu değerlerden,Ohm kanunu yardımı ile iki istasyon arasında kalan boru parçasının kaplama direncine geçilir. Söz konusu borunun yüzey alanı bilindiğine göre, buradan Ohm.m2 olarak boru kaplama direnci hesap edilir. Boru kaplama direncinin Şekil 2.18 de görülen deney düzeneği ile tayinini bir örnek üzerinde açıklıyalım. Seçilen boru uzunluğu 4,0 km ve deneye tabi tutulan polietilen kaplamalı borunun çapı da 40 cm olsun.

Birinci istasyon : Potansiyel değişimleri, Eon = -1,75 V Eoff = - 0,89 V Fark, E = 0,86 V

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



70


Akım değişimleri , Ion = + 2,25 A Ioff = + 0,09 A

Fark, I = 2,16 A

İkinci istasyon: Potansiyel değişimleri, Eon = - 1,70 V Eoff = - 0,88 V Fark, E = 0,84 V

Akım değişimleri , Ion = + 2,03 A Ioff = -0,05 A Fark, I = 2,08 A

Ortalama potansiyel değişimi: E = (-0,86) + ( - 0,82) /2 = - 0,84 VBorudan zemine geçen akım: I = 2,16 - 2,08 = 0,08 ABoru parçası kaplama direnci: R = 0,84 V / 0,08 A = 10,5 OhmBoru parçası yüzey alanı: A = 4000 x 3,14 x 0,40 = 5024 Boru kaplama direnci : R = 10,5 Ohm x 5024 m2 = 52752 Ohm.m2

Boru akım ihtiyacı : i = I / A = 80 / 5024 = 0,016 mA/m2

Bu deneyden doğru sonuç elde edebilmek için deney sırasında aşağıdaki koşullar sağlanmış olmalıdır:

Boru parçasının iki ucundaki istasyonlarda ölçülmüş olan akım şiddeti değerleri birbirine çok yakın olmamalıdır. Eğer böyleyse, deney için daha uzun bir boru parçası seçilerek deney tekrarlanmalıdır.

Boru parçasının iki ucundaki istasyonlarda ölçülmüş olan potansiyel değerleri de birbirinden çok farklı olmamalıdır. Bu durumda daha üniform yapıda veya kısa bir boru parçası seçilmelidir.

Boru kaplama direnci tayini için basit yöntem

İki ucu izole flanş ile kapatılmış, üniform yapıda, yaklaşık olarak 3-5 km uzunluğunda bir boru parçası mevcut ise,basit bir deney ile boru kaplama direnci belirlenebilir.Şekil-2.19

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



71


Şekil- 2.19 Boru kaplama direnci tayini için deney düzeneği

Bu deney sisteminde orta noktadan bir akım uygulanarak boru hattı üzerinde belirlenen en az üç istasyonda boru/zemin potansiyelleri ölçülür. Akım kaynağından boru hattına uygulanan akımın zamanla değişmiyecek şekilde kararlı hale gelmesi beklenir. Uygulanan akım şiddeti boru /zemin potansiyelini en az -0,85 Volt düzeyine çıkarabilmelidir.Akım devresine bir otomatik akım kesici konularak akımın 30 saniye (on) ve 15 saniye (off) olması sağlanır.Bütün ölçüm istasyonlarında ayni anda (on)-(off) potansiyel değerleri ölçülür. Ölçülen bu (on)-(off) potansiyellerinin farkı alınarak her istasyon için potansiyel değişimi belirlenir. Boru hattının akım altındaki potansiyel değişimini bulmak için elde edilen bütün (on)-(off) potansiyel farklarının ortalaması alınır. Böylece elde edilen boru potansiyeli değişiminin ,boruya uygulanan sabit akım şiddetine oranı boru kaplama direncini verir.

Bu deneyi Şekil-2.19 de verilen ölçüm düzeneğine göre bir örnek ile açıklıyalım. 60 cm çapında ve 4,5 km uzunluğunda, sıcak asfalt kaplama yapılmış bir boru hattına dış akım uygulayarak boru potansiyelinin yaklaşık 0,5 Volt artmasını sağlıyalım. Sistem kararlı hale geldiğinde,boruya uygulanan akım şiddeti 0,86 Amper olarak okunmuş olsun. Boru hattı üzerindeki üç istasyonda ölçülen (on)-(off) potansiyelleri de şöyledir.

İstasyon No

Eon ,Volt Eoff ,Volt E = Eon - Eoff

1 - 1,33 - 0,88 -1,33 - (-0,88) =-0,45 2 - 1,47 - 0,98 -1,47 -(-0,98) = -0,49 3 - 1,36 - 0,89 - 1,36 - ( -0,89) = -

0,47 Ortalama E = - 0,47 Volt

Boru parçası kaplama direnci: R = E / I = 0,47 / 0,86 = 0,546 Ohm

Boru parçası yüzey alanı:A = 3,14 x 0,60 x 4500 = 8478 m2

Kaplama direnci : R = 0,546 Ohm x 8478 m2 = 4629 Ohm.m2

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



72


Polarizasyon Kırılma Yöntemi ile akım ihtiyacı tayini

Teorik ilkeleri daha önce açıklanmış olan polarizasyon kırılma yöntemi, esas olarak bir laboratuvar metodu olmasına rağmen, uygun koşulların sağlanması halinde katodik koruma akım ihtiyacını belirlemek amacıyla arazide de uygulanabilir. Bu amaçla yüzey alanı belli olan ve iki ucundan izole edilmiş bulunan bir boru parçasına bir dış akım uygulanarak, akım yoğunluğuna karşı gelen potansiyel değerleri okunur. Elde edilen bu değerler ile E-log i grafiği çizilir. Böylece elde edilen polarizasyon eğrisinin lineer olan Tafel bölgesi korozyon potansiyeline ekstrapole edilir. Kesim noktası korozyon hızını verir. Katodik korumanın tam olarak gerçekleşmesi için korozyon hızından daha büyük bir akımın uygulanması gerekir. Bunun için polarizasyon eğrisindeki lineer bölgenin başlamış olduğu noktaya karşı gelen akım şiddeti (ik ) katodik koruma akım ihtiyacı olarak alınır. Bu noktada, metal yüzeyinde bulunan bütün

anodik akımların sıfır olduğu kabul edilir. Şekil-2.20 Şekil-2.20 Polarizasyon kırılma yöntemi ile katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesi

Bu yöntem ile bulunan katodik koruma akım ihtiyacının gerçeğe yakın olması için, söz konusu boru kaplamasının ve zeminin üniform yapıda olması gerekir. Yüksek rezistiviteli zeminler içinde düzgün bir polarizasyon eğrisi elde etmek mümkün olmaz. Bu yöntemin arazide uygulanması sırasında karşılaşılan diğer bir sorun da, anot yatağının ölçüm noktasına yakın olması halinde kendini gösterir. Bu durumda anodik etkiler nedeniyle katodik koruma akım ihtiyacı daha küçük bulunur.

Boru Kaplama Direncinin Attenuation Sabiti Yoluyla Tayini

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



73


Bu yöntem ile duyarlı bir ölçüm yapabilmek için yaklaşık 5 km uzunluğunda üniform yapıda ve bir ucu açık bir boru hattının bulunması gerekir. Boruya bir uçtan geçici bir anot yatağından akım uygulanır. Boru hattı yeteri kadar uzun olmalı ve uygulanan akım öteki uca erişmemelidir. Akım uygulanan noktadan itibaren birincisi anot yatağından en az 300 m uzaklıkta ve aralarında potansiyel düşüşü için yeterli uzaklık bulunan iki ölçüm istasyonu seçilir. Şekil -2.21

Şekil-2.21 Bir ucu açık boru hatlarında kaplama direnci tayini

Başlangıçta boruya hiç akım uygulanmadan önce, ölçüm yapılacak olan noktalarda statik boru/zemin potansiyeli değerleri ölçülür. Boru hattına bir uçtan (A noktası) katodik korumayı sağlıyacak şiddette akım uygulanır. Devreye bir akım kesici konularak (B) ve (C) noktalarında (on)-(off) boru zemin potansiyelleri ölçülür. Boruya uygulanan akım şiddeti , (C) noktasının potansiyeli -0,85 Volt veya daha negatif bir değer alıncaya kadar artırılır. Boru/zemin potansiyelleri ve uygulanan dış akım sabit bir değere erişince (B) ve (C) noktalarında borunun potansiyel değişimleri EB ve EC

değerleri (on)-(off) potansiyel farkları alınarak hesaplanır. Bu değerler attenuation denkleminde yerine konularak ,söz konusu boru için attenuation sabiti (a) bulunabilir.

Ex = Eo e -ax

veya, a = ( Ln EB - Ln EC) / x

bağıntısı ile hesaplanır. Attenuation sabiti değeri kullanılarak, boru kaplama direncine,

a = ve R = r / a2 bağıntısı ile geçilir. Bunun için borunun uzunlamasına direncinin

bilinmesi gerekir. Örneğin, 40 cm çapında ve et kalınlığı 7 mm olan asfalt kaplanmış bir çelik boru üzerinde yapılan bir deneyde, 5 km aralıklı iki ölçüm istasyonunda EB =1,0 Volt ve EC = 0,50 Volt ölçülmüş olsun. Bu boru hattının attenuation sabiti ve kaplama direnci aşağıdaki gibi hesaplanır.

a = =

a = 1,4 10-4 m-1 bulunur.

1 m uzunluğundaki borunun kaplama direnci , R = r/a2 = 20 10-6 / 1,96 10-8 = 1000 Ohm m2 dir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



74


1 m2 boru kaplamasının direnci şöyle hesaplanabilir.

R = = 796 Ohm

Bu deney iki ucu izole flanşlar ile kapatılmış belli uzunluktaki boru hatları üzerinde de yapılabilir. Bu durumda boru hattına bir uçtan akım uygulanır. Ölçüm istasyonlarından ikincisi (x) m uzaklıktaki öteki uca konur. Deney sonunda elde edilen Eo ve Ex değerleri yardımı ile attenuation sabiti aşağıdaki şekilde hesaplanır. Örneğin 10 km uzunluğunda olan bir boru parçasına bir uçtan akım uygulanarak potansiyeli Eo = 1,2 Volt artırılmış olsun. İzole flanj ile kapatılmış olan öteki uçtaki boru/zemin potansiyeli değişimi de Ex = 0,7 Volt okunmuş olsun. Bu boru hattının attenuation sabiti aşağıdaki şekilde hesaplanır.

Ex = Eo Cosh a (L-x) / Cosh a L

Burada, Ex = 0,7 Volt , Eo = 1,2 Volt , L = 10000 m , x = 10000 m dir. Buna göre attenuation sabiti,

Ex = Eo Cosh 0 / Cosh a L

= 1,2 / 0.7 = 1,714

a L = 2,87a = 2,87 10-4 m-1 bulunur.

2.6 -KATODİK KORUMA KRİTERLERİ

Bir çelik yapının katodik olarak korunması için, metal potansiyelinin katodik yönde belli bir değere kadar polarize edilmesi gerekir. Bunu belirlemek amacıyla pratikte aşağıdaki dört farklı kriter kullanılır.

1) - 850 mV kriteri Kolaylığı nedeniyle pratikte genellikle - 850 mV kriteri kullanılmaktadır. Buna göre korunmakta olan çelik yapının doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre akım altında ölçülen potansiyeli - 850 mV veya daha negatif bir değerde olmalıdır. Eğer anaerobik bir zemin söz konusu ise, bu değerin -950 mV veya daha negatif olması gerekir. Boru/zemin potansiyeli yapıya yeterli bir süre (en az dört saat) akım uygulandıktan sonra ve yapı akım altında iken ölçülür. Bu nedenle ölçüm devresinde oluşan IR omik potansiyel düşüşünün de göz önüne alınarak düzeltme yapılması gerekir. Bu durum, -850 mV kriterinin gerçeklere tam olarak uymadığı konusunda kuşkular yaratır. Özellikle yüksek rezistiviteli zeminlerde (IR) potansiyel düşüşünden

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



75


kaynaklanan potansiyel farkının 200 - 300 mV’ a ulaşması söz konusudur. Bu durumda zemin yüzeyine konulan referans elektrot ile ölçülen boru / zemin potansiyeli güvenilir olmaktan çıkmaktadır. Şekil -2.22 de görüldüğü üzere, boru yüzeyinde -900 mV olan potansiyel , zemin üstündeki referans elektrot ile yapılan ölçümde - 1,2 Volt olarak okunmaktadır.

Şekil -2.22 Boru/zemin potansiyelinin referans elektrot ile boru arasındaki mesafeye bağlılığı

Pratikte referans elektrodun yeraltında bulunan borunun yüzeyine konulması mümkün olmamakta ve ölçümler şekilde görüldüğü gibi boru hattının üzerinde yer yüzünde ve yaklaşık olarak 1m uzaklıktaki referans elektrot ile yapılmaktadır.

Bu durumda , - 850 mV kriterinin sağlanması için uzaktan ölçülen potansiyel değerinin daha yüksek olması gerekmektedir. Bu değer, boru ile referans elektrodun konulduğu nokta arasındaki mesafeye ve zeminin rezistivitesine göre değişmektedir. Boru yüzeyinde potansiyel değerinin - 850 mV olması için, yer yüzünden ölçülen boru zemin potansiyel değerinin kaç olması gerektiği Şekil-2.23 de grafikler halinde verilmektedir.

Şekil-2.23 Boru/zemin potansiyelinin boru yüzeyi ile referans elektrodun konulmuş olduğu mesafeye ve zemin rezistivitesine göre değişimi

Örneğin, = 5000 Ohm.cm olan bir zemin içinde bulunan bir boruda -850 mV koruma potansiyelini tutturabilmek için, boru yüzeyi ile referans elektrot arasında 50 cm mesafe varsa voltmetrede en az - 1,2 Volt, 100 cm mesafe varsa en az - 1,5 Volt okunmalıdır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



76


2) 300 mV potansiyel kayması Çelik yapının potansiyelinde katodik koruma akımı uygulanırken, statik potansiyelinden (akım uygulamadan önce ölçülen denge potansiyeli) negatif yönde 300 mV bir kayma sağlanmalıdır. Bu kriter de akım altında yapılan ölçüme dayanmış olduğundan IR omik potansiyel düşüşü söz konusudur. Bu kriterin birinci kriterden farkı , statik potansiyelin -550 mV dan daha küçük olması halinde katodik korumanın -850 mV dan daha küçük bir potansiyelde gerçekleşebileceğini kabul etmesidir.

3) 100 mV polarizasyon kayması

Çelik yapıda en az 100 mV değerinde bir polarizasyon sapması sağlanmalıdır. Bu değer yapıya en az dört saat katodik yönde bir akım uygulandıktan sonra ölçülen (off) potansiyel değeri ile yapının akım uygulanmadan önceki denge potansiyeli arasındaki fark alınarak bulunur. Bu ölçümde IR omik düşüşü bulunmaz. Teorik yönden en güvenilir kriter budur.

4) Tafel bölgesi başlama noktası

Katodik korumanın gerçekleşmiş olduğu potansiyel ( E-log i ) grafiği çizilerek Tafel lineer bölgesinin başlamış olduğu noktaya karşı gelen potansiyel olarak belirlenebilir. Bilimsel temeli çok sağlam olan bu kriteri arazi koşullarında uygulamak son derece güçtür.

Pratikte kolaylığı bakımından birinci kriter tercih edilmektedir. Ancak burada IR

omik düşüşünün elimine edilmesi zorunludur. Diğer taraftan bu kriter ancak nötral veya nötrale yakın pH derecelerinde ve yüksek olmayan sıcaklıklarda güvenilir sonuçlar verebilir. Omik düşüş etkisi bulunmayışı nedeniyle - 100 mV ‘luk polarizasyon kayması değeri daha güvenilir bir kriterdir. E-log i ölçümleri ile hem minimum koruma akım ihtiyacı, hem de koruma potansiyeli belirlenebilir. Ancak bir laboratuvar deneyi olan bu deneyi arazide gerçekleştirmek bir çok güçlük yaratır.

Katodik koruma kriterlerinin güvenirliği

Yukarda açıklanan katodik koruma kriterlerinin ne derece güvenilir olduğunu bir örnek üzerinde açıklıyalım. Doygun bakır/bakır sülfat referans elektroduna göre ölçülen statik potansiyeli -500 mV olan bir çelik boruya katodik yönde akım uygulandıktan belli bir süre sonra boru/zemin potansiyeli -850 mV ‘a düşürülmüş olsun. Şekil-2.24

Şekilde, statik potansiyeli Ecor = - 500 mV olan bir boruda doygun bakır/bakır sülfat referans elektrodu (CSE) ile ölçülen (on) ve (off) potansiyel değerleri görülmektedir. Boruya akım uygulandıktan hemen sonra boru/zemin potansiyeli derhal – 750 mV a çıkmıştır. Polarizasyon için bir süre beklendikten sonra, borunun akım altında ölçülen potansiyel değeri Eon = -850 mV değerine ulaşmaktadır. Bu durumda E = Eon - Eo = 350 mV olduğundan 300 mV luk potansiyel kayması da sağlanmış olmaktadır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



77


Şekil-2.24 Katodik koruma potansiyel kriterleri

Ancak akım altında ölçülen bu değerlerde IR = 100 mV luk bir omik potansiyel düşüşü de söz konusudur. Bu nedenle akım altında ölçülen boru/zemin potansiyeli değerleri borunun gerçek potansiyeli değildir. Nitekim, akım kesildikten hemen sonra potansiyel 150 mV düşerek E0ff = 700 mV olmaktadır. O halde borunun polarizasyon kayması E = Eoff – Eo = 700 – 500 = 200 mV dur. Böylece 100 mV luk polarizasyon kaymasının da sağlanmış olduğu anlaşılmaktadır. Yani sözkonusu boru her üç kritere göre de katodik olarak korunmuş olmaktadır. Burada önemli olan akım altında yapılan ölçüm sırasındaki IR omik düşüşünün büyüklüğüdür. Bu değer verilen örnekte olduğu gibi 100 mV civarında tutulabilirse, hangi kriter kullanılırsa kullanılsın pratik olarak güvenilir bir sonuca varılabilmektedir. Ancak daha önce açıklanmış olduğu gibi, boru hatlarında yer yüzünden yapılan potansiyel ölçümlerinde, zeminin rezistivitesine ve boru ile referans eletrod arasındaki mesafeye bağlı olarak IR omik düşüşü 100 mV dan daha yüksek değerlere erişebilir. Bu durum katodik korumanın gerçekleşmiş olduğunu belirleyen en güvenilir kriterin 100 mV luk polarizasyon kayması olduğunu açıkça ortaya koymaktadır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



78


BÖLÜM -3

BORU HATLARININ KATODİK KORUMASI

3.1 GİRİŞ

Boru hatlarına katodik koruma uygulanmasına ilk olarak 1928 yılında R.J. KUHN tarafından Amerika Birleşik Devletlerinde başlanmıştır. 1920’ li yıllarda petrol taşımacılığı önem kazanınca, o gün için yapılabilen en mükemmel kaplamalarla bile korozyonun tam olarak önlenemediği anlaşılmıştır. Uzun boru hatlarında ortaya çıkan delinmeler işletmeleri güç durumda bırakmıştır. Yalnız kaplama bozuklukları değil, boruların taşınması, hendeklere yerleştirilmesi ve ek yerlerinin arazide izolasyonu sırasında yapılan işcilik hataları da korozyona neden olmuştur. Katodik koruma uygulanması ile boru hatlarındaki korozyon olayı, sebebi ne olursa olsun tam olarak önlenebilmiştir. Günümüzde yalnız petrol boru hatlarına değil bütün boru hatlarına katodik koruma uygulanmaktadır.

Kaplamalı boru hatlarına olduğu kadar, çıplak haldeki boru hatlarına da katodik koruma uygulanabilmektedir. Ancak bu durumda hem katodik koruma akım ihtiyacı anormal derecelerde artmakta, hem de uygulamada bazı teknik zorluklar ortaya çıkmaktadır. Kaplama yapılarak maliyet düşürülmektedir. Ancak katodik koruma uygulanacak boru hattına çok pahalı bir şekilde kaplama yapılmasına da gerek yoktur. En ekonomik çözüm orta derecede bir kaplama yapılarak akım ihtiyacı yeterli düzeye düşürüldükten sonra, ayrıca bir de katodik koruma uygulanmasıdır. Katodik korumanın diğer korozyondan korunma yöntemlerine olan bir başka üstünlüğü de, katodik korumanın korozyona uğramakta olan ve fakat henüz delinme aşamasına gelmemiş durumdaki boru hatlarına da uygulanabilmesidir.

Boru hatlarına katodik koruma uygulanmadan önce bazı ön etüdlerin yapılması gerekir. Boru hattının geçeceği bölgede bulunan dere geçişleri, yol geçişleri , doğru akım ile çalışan raylı taşıma sistemleri, yüksek gerilimli elektrik hatları ve yabancı boru hatları ile kesişme noktaları belirlenmelidir. Bu noktalarda interferans etkisini gidermek için daha proje aşamasında özel önlemlerin alınması gerekir. Bunun dışında katodik koruma projesine ön hazırlık olarak, boru hattının içinden geçmekte olduğu zemin cinsi, yeraltı su seviyesi, rezistivite, pH değeri ve redoks potansiyeli gibi zeminin korozifliği hakkında fikir veren özellikleri de belirlenmelidir.

Pratikte katodik koruma uygulamalarında karşılaşılan en önemli sorun, katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesidir. Akım ihtiyacı borunun içinden geçtiği zemin cinsine ve boru kaplama kalitesine bağlı olarak değişir. Bu nedenle akım ihtiyacı için genel değerler vermek doğru olmaz. Proje mühendislerine bir ön fikir vermek amacıyla literatürde bazı ortamlar için akım ihtiyacı değerleri verilmektedir. Bu değerlerin kullanılmasında dikkatli olunmalıdır. Proje mühendisleri benzer ortamları göz önüne

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



79


alarak kendi deneyimleri ile akım ihtiyacını tahmin edebilirler. Ancak en iyisi akım ihtiyacının deneysel olarak belirlenmesidir.

3.2 ÇELİK VE PİK BORULAR

Pik borular 1815, çelik borular da 1900 yılından beri İçme sularını taşımak üzere yeraltında kullanılmaktadır. Başlangıçta yeraltına konulan borulara hiç bir kaplama yapılmamıştır. Bu boruların korozyona daha uzun süre dayanması için yalnızca et kalınlıkları artırılmıştır. Bu boru hatlarından kuru zemin içinde bulunan bazıları günümüze kadar dayanmıştır. İlk zamanlarda korozyon önemsenmemiş ve yeraltına konulan boruların tasarımında yük ve zeminin deformasyonlarına karşı dayanıklı olması yeterli sayılmıştır. Pik borular daha kırılgan ve mukavemeti de daha düşük olduğundan pik boruların et kalınlığı zorunlu olarak çeliğe göre daha kalın seçilmiştir. Bunun doğal sonucu olarak pik borular yeraltında çeliğe göre korozyona daha uzun süre dayanmışlardır. Bu sonuç pratikte pik boruların korozyon dayanıklığının çelik borulardan daha fazla olduğu şeklinde yorumlanmıştır. Pik, font düktil ve çelikten yapılmış boruların yeraltı korozyonu açısından karşılaştırılması amacıyla bir çok araştırma yapılmıştır. Sonuç olarak her üç borunun da yeraltı korozyon hızı yaklaşık olarak birbirine yakın bulunmuştur. Yeraltı korozyonunda boru yüzeyine yapılmış olan kaplama kalitesi birinci etken olarak rol oynamaktadır. Ancak bazı zeminlerde, özellikle farklı havalanma etkisi ile korozyon hızında farklılıklar ortaya çıkmaktadır.

Mühendisler arasında katodik korumanın yalnız çelik boru hatlarına uygulanabileceği, fakat pik veya font düktil borulara uygulanamıyacağı şeklinde bir yanlış görüş vardır. Bu iki boru cinsi arasında korozyon açısından bir fark olmadığı gibi, katodik koruma uygulama açısından da hiç bir fark yoktur. Aradaki fark, her iki boru hattının montajı sırasında ortaya çıkar. Çelik borular bir birine kaynak edilerek monte edildiği halde, pik borulara kaynak yapılamadığı için bu borular plastik veya lastik contalarla mekanik olarak monte edilmektedir. Bu nedenle pik boru hatlarında katodik koruma için zorunlu olan elektrik akımı sürekliliği yoktur. Pratikte bunu sağlamak güçlük yarattığından pik boru hatlarına genellikle katodik koruma uygulanmamaktadır. Günümüzde pik borular yerine daha çok font düktil borular kullanılmaktadır. Boru seçimi hem teknik, hem ekonomik yönden ele alınması gereken bir konudur. Bu nedenle söz konusu boruların temel teknik özelliklerinin bilinmesinde yarar vardır.

Pik borular:

Bu borular gri dökme demirden santrifüj yöntemi ile üretilmektedir. Gri dökme demir içinde ortalama % 3,5 - 5,0 arasında grafit halinde karbon bulunmaktadır. Bu karbon yaprak biçiminde ve uzun lifler halinde metal içine dağılmış durumdadır. Pik boruların kırılgan ve eğilmeye karşı dayanıksız oluşları metal yapısı içine yaprak şeklinde dağılmış olan bu karbondan ileri gelmektedir. Korozyon açısından bakıldığında grafit, demire göre daha soy bir metaldir. Yani demir anot grafit katot olur. Gri dökme demirlerde sıkca raslanan grafitizasyon korozyonu bu galvanik etki sonucu oluşur. Yeraltında meydana gelen korozyon olaylarında katot rolü oynayan grafit lifler çevresinde biriken korozyon ürünleri nedeniyle korozyon hızının gittikçe yavaşladığı görülür. Bu nedenle dökme demirde meydana gelen korozyon çelikten farklı olarak daha geniş yüzeylerde yürür ve üniform bir yapı gösterir. Bu durum pik borulara

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



80


korozyon açısından az da olsa bir üstünlük kazandırır. Korozyonun üniform biçimde yürümesi çukur tipi korozyona göre boru hatları için daha az tehlikelidir.

Font düktil borular:

Font düktilin kimyasal bileşimi gri dökme demir ile aynidir. Ancak font düktil içinde az miktarda mağnezyum bulunur. Mağnezyum font düktil içindeki karbonun lif biçiminde değil, küresel yumrular halinde dağılmasını sağlar. Böylece metalin kırılganlığı azalır ve düktilite özelliği artar. Font düktil, mukavemet bakımından pikden daha üstündür ve çeliğe yaklaşır. Mekanik özellikler açısından çelik ile dökme demir arasında yer alır. Bu nedenle dökme demir borulara göre et kalınlığı daha ince olan boruların üretilmesine imkan sağlar.

Çelik borular:

Yumuşak çelik içinde % 0,1 civarında karbon bulunur. Ayrıca çelik üretimi sırasında karbon ile birlikte silisyum da kısmen uzaklaştırılır. Çelik içinde bulunan az miktardaki karbon da serbest halde değil, demir karbür bileşiği halindedir. Bu nedenle çeliğin mekanik özellikleri dökme demir ve font düktile göre daha iyidir.Ancak korozyon açısından dökme demir, font düktil ve yumuşak çelik arasında önemli bir fark yoktur. Çelik içinde bulunan demir karbür de aynen grafit gibi korozyona uğramaz. Çelik boruların diğerlerine göre en büyük avantajı, kesilme, işlenebilme ve kaynak etme kolaylığıdır . Çelik borular kaynak edilerek daha kolay monte edilebilir. Zemin içindeki deformasyonlara ve oturmalara karşı daha dayanıklıdır.

Plastik Borular:

Metal boru yerine plastik boruların kullanılması ile korozyon sorunu kesin olarak önlenebilmektedir. 15 cm den daha küçük çaplı boru üretiminde termo plastik ve termosetting özellikte bir çok plastik malzeme kullanılmaktadır. En çok kullanılan plastikler polivinil klorür (PVC), polivinil diklorür (PVDC), akrilonitril-bütadien-stren (ABS), polietilen (PE), polipropilen (PP) gibi termoplastiklerdir. Termosetting plastik olarak da cam lifi takviyeli epoksi (GRP) borular üretilmektedir. Özellikle kirli, tuzlu ve endüstriyel atık suların taşınmasında plastik borular tercih edilmektedir. Plastik boruların korozyona dayanıklı oluşları dışında, hafif oluşları, kolay monte edilişleri ve ısı iletimlerinin düşük oluşu gibi avantajları da vardır. Ayrıca iç yüzeylerinin pürüzsüz oluşu nedeniyle sürtünme kayıpları daha azdır. Bazı halde büyük sorunlar yaratan yosunlaşma ve kabuklaşma olayı plastik borularda söz konusu değildir. Plastik boruların en büyük dezavantajı ise, sıcaklık ve basınca dayanımlarının düşük oluşudur. Bunun dışında termal genleşme katsayılarının büyüklüğü, boyutlarının stabil olmayışı, PVC dışındaki plastiklerin yangına dayanıksız oluşları ve yanma sonucu pis kokulu zehirli gazlar çıkarmaları gibi istenilmeyen özellikleri de vardır. Ancak teknoloji hızla ilerlemekte ve her geçen yıl daha üstün özellikte yeni plastik malzemeler bulunmaktadır. Bu nedenle bugün için ekonomik olmayan bazı malzemelerin de kısa süre içinde kullanılır hale gelmesi beklenebilir.

Boru Kaplamaları

Yeraltı boru hatları, çevre zeminin korozif etkilerini azaltmak amacıyla çeşitli malzemelerle kaplanmaktadır. Kaplama yapılmak suretiyle korozyon hızı önemli ölçüde

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



81


azaltılmakla beraber, yalnızca kaplama yapılması boruyu tam olarak korumak için yeterli olmamaktadır. Endüstriyel koşullarda yapılmış en mükemmel kaplamalarda bile daima mikro gözenekler bulunmaktadır. Bu açık noktalarda meydana gelen korozyon olayı büyük katot- küçük anot oluşturması nedeniyle korozyon açısından daha tehlikeli olmaktadır. Borunun kaplamanın bozuk olduğu noktalardan kısa sürede delinmesini önlemek için kaplama yapılmış olan boruya ayrıca bir de katodik koruma uygulanması gerekmektedir. Bu iki katlı önlem teknik açıdan olduğu kadar ekonomik olarak da en uygun çözümü oluşturmaktadır. Endüstride kullanılmakta olan en önemli boru kaplama cinsleri şunlardır:

a) Enamel kaplamalar

Maden kömürü zifti veya asfalt kullanılarak ve içine inert dolgu maddeleri katılarak hazırlanan bitümlü karışımlar sıcak olarak boru yüzeyine yaklaşık 2,5 mm kalınlığında kaplanır. Çoğu zaman üst kısma bir veya iki kat olarak bitüm emdirilmiş cam lifi veya asbest sargı sarılır. Böylece toplam kaplama kalınlığı 6,0 mm ye kadar çıkar. Şekil-3.1

Şekil-3.1 İki kat ve üç kat sargılı enamel kaplamalarb) Mastik Kaplamalar

Asfalt, inert dolgu meddesi ve asbest lifi karışımından oluşan bir kaplamadır. Boru yüzeyine asfalt esaslı bir astar sürüldükten sonra 8 mm- 18 mm kalınlıkta sıcak olarak kaplanır. Bu kaplama hem darbe etkilerine dayanıklı, hem de elastik özelliktedir. Mastik kaplama arazide boru ek yerlerinin kaplanması için son derece uygun bir malzemedir.

c) Epoksi veya poliüretan kaplamalar

Coal tar epoksi veya poliüretan boyalar, fırça ile veya püskürtme ile yaklaşık olarak 350 -500 m kalınlığında uygulanabilir. Epoksi kaplama 175 oC ye kadar dayanıklı olduğundan sıcak akışkan taşıyan boru hatlarında tercih edilir.

d) Bant Sargı ve plastik kaplama

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



82


Genellikle polivinil klorür veya polietilenden yapılmış plastik bantlar iyice temizlenmiş olan boru yüzeyine sarılır. Bantlar kendiliğinden yapışabilir veya tabana bir yapıştırıcı astar sürülerek makina ile sarılır. Şekil-3.2

Şekil-3.2 Boruların plastik bant ile kaplanması

Plastik kaplamalarda, daha önce kum püskürtülerek temizlenmiş olan boru yüzeyi uygun bir astar sürüldükten sonra , erimiş haldeki polietilen veya polipropilen gibi plastik maddeler boru yüzeyine basınçla yapıştırılır. Kaplama kalınlığı boru çapına bağlı olarak 2,5 mm - 3,5 mm olabilir.

d) Beton kaplamalar

Yeraltı boru hatları beton veya harç ile de kaplanabilir. En çok kullanılan yöntem, boru yerine konulduktan sonra, kare kesitli bir kalıp içine alınarak çevresine beton veya harç dökülmek suretiyle yapılan kaplamadır. Kaplama kalınlığı en az 5 cm olmalıdır. Beton karışımı 2 kısım kum +1 kısım çimento olacak şekilde hazırlanabilir. Beton, kalıp içinde boru alt kısımlarına kolayca akabilecek kıvamda olmalıdır. Kalıp söküldükten sonra, geçirimsizliği artırmak için beton dış yüzeyleri uygun bir asfaltik boya ile boyanır. Beton kaplama yapılmış olan bir boru hattına ayrıca katodik koruma uygulanmayabilir.

Kaplamada aranan özellikler

Yeraltı boru hatlarına yapılan kaplamalarda aşağıdaki özellikler aranır. Kaplama elektriksel bakımdan geçirimsiz olmalıdır. Kaliteli kaplamalarda boru

kaplama direnci 10000 Ohm.m2 değerine ulaşabilir. Böyle bir boruda katodik koruma akım ihtiyacı 0,01 mA/m2 den azdır.

Kaplama her çeşit mekanik etkilere karşı dayanıklı olmalı ve boru yüzeyine sağlam şekilde yapışmalıdır.

Kaplamada hiç bir delik veya açıklık kalmamalıdır. Ancak endüstriyel koşullarda yapılmış olan kaplamalarda bu koşulu tam olarak yerine getirebilmek mümkün olmaz. Pratikte boruların taşınması, depolanması ve hendeklere yerleştirilmesi sırasında meydana gelen işcilik hataları da göz önüne alınarak projelendirme hesaplarında yeni bir kaplamada boru yüzeylerinin % 99 kaplanmış ve % 1 açık olduğu kabul edilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



83


Boru kaplama direnci başlangıçta maksimumdur. Ancak yeraltında zamanla eskiyerek bozulabilir. Kaplama bozukluğunun başlıca nedenleri şunlardır:

a) Kaplama malzemesinin homojen olmayışından ileri gelen veya kaplama yapılırken önlenemiyen işcilik hataları,

b) Boruların taşınması, depolanması ve yerine yerleştirilmesi sırasında meydana gelen ezilmeler ve delinmeler,

c) Boru hendek içine konulurken, dolgu malzemesinde bulunan taş, kaya v.b. sert maddelerin etkisi ile meydana gelen hasarlar,

d) Boru hattından taşınan akışkanın sıcaklığının değişmesi nedeniyle meydana gelen termal gerilmeler,

e) Borunun yeraltında çeşitli gerilmeler ve mekanik kuvvetler etkisinde kalması,f) Bazı zeminlerde görülen aşırı rötre (büzülme) olayı nedeni ile boru kaplamasında

sıyrılma meydana gelmesi,g) Zeminde bulunan ayrık otu gibi bazı bitki köklerinin kaplama içine girerek kaplamayı

parçalaması,h) Endüstriyel kirlenme nedeniyle zemin içine karışan bazı organik solventlerin

kaplama üzerine çözücü etki yapması,i) Yeraltında bulunan bazı mikroorganizmaların mikrobiyolojik etkileri,

j) Çevrede başka amaçla çalışan inşaat makinalarının neden olduğu kazalar,k) Katodik koruma yapılmış boru hatlarında aşırı koruma nedeniyle genellikle akım

uygulanan nokta çevresinde meydana gelen soyulmalar.Kaplama Muayenesi

Boru kaplamasında depolama ve taşıma sırasında işcilik hataları sonucu meydana gelen delik, yırtık veya ezik yerlerin belirlenmesi amacıyla boru hattı yeraltına konulmadan önce hendek başında muayene edilir. Kaplamadaki bozuk noktalar , “Holiday Dedector” cihazı ile belirlenir. Şekil- 3.3

Şekil-3.3 Boru kaplamasının muayenesinde kullanılan Holiday dedector cihazı

Bu cihazın yüksek potansiyelde akım uygulayabilen bir çemberi vardır. Boru çapına uygun olan bu çember boru üzerinde hareket ettirilir. Kaplama bozukluğunun bulunduğu noktalarda cihaz ile boru arasında ark meydana gelir. Bu noktalarda cihaz alarm verir. Cihazda uygulanan potansiyel kaplama cinsine bağlıdır. Kalın bitüm kaplamalarda potansiyel 30.000 Volt’a kadar çıkarılır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



84


Kaplama cinsi seçimi

Kaplama seçiminde teknik özellikler yanında maliyet de önemli rol oynar. Kaplama seçiminde aşağıdaki teknik özellikler göz önüne alınır.

Boru hattı taşlık ve kayalık bir bölgeden geçiyorsa, bu boru hattının mekanik dayanıklığı fazla olan çift kat sargılı olarak kaplanması gerekir.

Boru hattı nehir yatağı veya bataklık gibi erişilmesi güç bölgelerden geçiyorsa, boru kesiksiz olarak kaplanmalı ve yeraltına tek parça olarak konulmalıdır. Bu durumda en uygun kaplama cinsi plastik sargılardır.

Boru hattının taşımış olduğu akışkan sıcaklığının yüksek olması halinde sıcaklığa dayanıklı bir kaplama seçilmelidir.

Boru hattının işletme ömrünün küçük olması halinde, en ucuz kaplama cinsi ile yetinilmelidir.

3.3 -ZEMİNLERİN KOROZİFLİK ÖZELLİKLERİ

Zemin heterojen yapıda bir elektrolittir. Ayni mineralojik bileşimde olsa bile zeminler kısa mesafeler içinde özellikle dikey yönde büyük ölçülerde değişiklik gösterebilir. Zeminlerin rutubeti, içinde çözünmüş olarak bulunan tuz yüzdesi , pH derecesi, hava alabilme durumu ve fiziksel olarak sıkışma derecesi yani yoğunluğu korozif özelliğine etki yapar. Bütün bu özelliklerin etkisini ayrı ayrı belirlemek son derece güçtür. Bu nedenle pratikte genellikle zeminlerin yalnız pH derecesi, rezistivitesi ve redoks potansiyeli değerlerinin belirlenmesi ile yetinilir.

Zemin pH derecesi

pH zeminin asitlik derecesi hakkında fikir verir. Zemin pH derecesi pH < 5 ise zeminin asidik , pH > 8 olması halinde de alkali karakterde olduğu kabul edilir. Asidik karakterde zeminler içinde korozyon hızı yüksektir. Çünkü asidik ortamlarda katodik reaksiyon hidrojen çıkışı şeklinde gerçekleşir. Nötrü ve alkali zeminlerde ise, korozyon hızı katot bölgesine oksijen difüzyonu kontrolü altındadır. Kalkerli zeminlerde genellikle pH>8 olur. Bu tip zeminler içinde çözünmüş halde Ca 2+ve Mg2+ gibi toprak alkali metalleri bulunur. Bunlar korozyon olayına doğrudan etki yapmazlar. Ancak metal yüzeyinde çökelerek metali korozyondan koruyucu bir kabuk oluşmasına neden olurlar. pH derecesinin yüksek oluşu bu çökelme olayını kolaylaştırır.

Zemin rezistivitesi

Zemin rezistivitesi, kenarları 1 cm olan bir küp içinde bulunan zeminin karşılıklı iki yüzü arasında ölçülen direnç olarak tanımlanır. () ile gösterilir ve Ohm.cm birimi ile ifade edilir. Zemin rezistivitesi, zeminin koroziflik derecesi hakkında iyi bir fikir verir. Zemin içinde çözünmüş tuzların fazla olması rezistiviteyi düşürür. Rutubet ve sıcaklığın artması halinde de zemin rezistivitesinde azalma görülür. Doğal halde sıkışmış durumda olan zeminlerin rezistivitesi örselenmiş dolgu zeminlere göre daha düşük olur.

Zemin rezistivitesi düştükce zeminin koroziflik özelliği artar. Düşük rezistivite, metal yüzeyinde oluşan korozyon hücrelerinin daha küçük potansiyel farklarında bile

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



85


etkili olmasına ve korozyon akımının artmasına neden olur. Ancak bir zeminin ne derece korozif özellikte olduğunun yalnız rezistivite değeri ile belirlenmesi doğru olmaz. Rezistivite değerine ilave olarak, zemin pH derecesi ve havalanabilme durumunun da göz önüne alınması gerekir.

Katodik koruma etüdlerinde boru hattının geçmiş olduğu zeminlerin rezistivite değerleri tayin edilerek bunlar katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesinde kullanılır. Zemin rezistivitesi ile zeminin koroziflik derecesi arasında bağıntı kurularak bazı pratik sınıflandırmalar yapılmıştır.Türk standardında yer almış olan sınıflandırma Tablo-3.1 de verilmektedir.

Tablo -3.1 Zeminlerin rezistivite değerlerine göre sınıflandırılması

Zemin rezistivitesi ,Ohm.cm

Koroziflik derecesi

< 1000 Çok korozif 1000 < < 3000 Korozif 3000 < <10000 Orta korozif 10000 < Korozif değil

Bu sınıflandırma zeminin koroziflik derecesi hakkında kaba bir fikir vermekle beraber, yeterli ve güvenilir değildir. Çünkü rezistivite dışında kalan zemin özellikleri de korozyon hızına etki yapabilir. Nitekim, bu sınıflandırmaya göre korozif sayılmayan çok yüksek rezistiviteli zeminler içinde de bazı halde korozyon olaylarına raslanmaktadır. Zemin yapısının ve rutubet derecesinin kısa mesafeler içinde değişmesi veya farklı havalanma korozyon hızında beklenmeyen artışlara neden olabilmektedir.

Boru hatları farklı yapıda zeminler içinden geçer. Boru hattı boyunca yer yer yüksek ve düşük rezistiviteli zeminler bulunabilir. Düşük rezistiviteli bölgeler anot, daha yüksek rezistiviteli bölgeler de katot rolü oynar. Zemin rezistivitesinin kısa mesafeler içinde değişmesi, anot-katot arasında etkili korozyon hücreleri oluşturabilir. Bu nedenle zemin rezistivitesinin mutlak değeri ile birlikte değişim oranının da göz önüne alınması gerekir.

Zemin rezistivitesinin ölçülmesi

Arazide boru hattının geçtiği yol boyunca 100-200 m aralıklarla zemin rezistivitesi ölçülür. Zemin cinsi ve yapısının tek düze olduğu bölgelerde rezistivite ölçümü 500-1000 m aralıklarla yapılabilir. Birbirini izleyen iki ölçümde rezistivite değerinde eğer iki kata varan bir değişim görülürse, geriye dönülüp ara noktalarda yeniden ölçüm yapılması uygun olur.

Zemin rezistivitesi ölçümü, alınan zemin numuneleri üzerinde laboratuvarda da yapılabilir. Ancak bu durumda zeminin doğal durumu değişeceğinden, sonuç arazideki gerçek değerinden farklı olacaktır. Laboratuvarda zemin rezistivitesini ölçmek için, iki tabanında metal plakalar bulunan dikdörtgen pirizma biçimli direnç ölçü kutuları kullanılır. Şekil -3.4

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



86


Toprak numunesi direnç kutusu içine zeminin doğal haldeki yoğunluğuna benzer şekilde sıkıştırılarak doldurulur. İki uçtan akım uygulanarak ara yerdeki potansiyel değişimi okunur. Bu ikisinden direnç hesaplanır. Veya doğrudan direnci okuyabilen cihazlar kullanılır. Direnç kutusundan okunan direnç kullanılarak özgül direnç aşağıdaki bağıntı yardımı ile hesaplanır.

Şekil-3.4 Direnç kutusu ile zemin rezistivitesi ölçümü

= R

Burada, : Zemin özgül direnci (rezistivite), Ohm.cm R : Zeminin ölçülen direnci , Ohm L : Ölçü noktaları arasındaki uzaklık, cm W,D : Dikdörtgenin kenar uzunlukları, cm dir.

Zemin rezistivitesinin Wenner dört elektrot yöntemi ile tayini

Arazide belli bir derinliğe kadar olan zemin rezistiviteleri Wenner dört elektrot yöntemi ile doğrudan tayin edilebilir. Bu yöntemde zemine sabit aralıklarla dört elektrot çakılır. Şekil-3.5 Dıştaki elektrotlar ile zemine bir alternatif akım uygulanır. Bu akımın zemin içinde yaratmış olduğu potansiyel farkı içteki iki elektrot arasından ölçülür. Daha sonra Ohm yasası ile direnç hesaplanır. Bu amaçla arazide kullanılan cihazlarda göstergeden doğrudan direnç değeri okunabilir.

Elektrotlar arasındaki mesafe (a cm) iken, cihazın göstergesinden (R Ohm) direnç okunmuş ise, söz konusu zeminin rezistivitesi,

= 2 a R Ohm.cmolarak hesaplanır.

Rezistivite ölçümleri genellikle boru derinliğine kadar olan zemin rezistivite değerini belirlemek amacıyla yapılır. Pratikte bu değer genellikle 150- 200 cm arasındadır. Eğer ölçüm sırasında elektrotlar arasındaki açıklık a = 160 cm alınacak

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



87


olursa, 2 a1000 olacağından cihazdan (Ohm) olarak okunan değerin bin ile çarpımı zemin rezistivitesini verir.

Şekil-3.5 Wenner dört elektrot yöntemi ile zemin rezistivitesi ölçümü a : Elektrotlar arasındaki uzaklık, cm b : Elektrotların zemine batma derinliği , cm

Zemin rezistivitesi, zeminin rutubet yüzdesine bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Rutubetin % 5 den düşük olması halinde rezistivite değeri çok yüksektir. Rutubet % 20 ye kadar arttığında zemin rezistivitesinde büyük düşme görülür. Rutubetin daha fazla artması halinde rezistiviteye olan etkisi gittikce azalır. Zemin rezistivitesinin rutubet yüzdesine göre değişimi Şekil-3.6 de görülmektedir.

Şekil-3.6 Zemin rezistivitesinin rutubet yüzdesine göre değişimi

Zemin rezistivitesi sıcaklığa da bağlıdır. Sıcaklık azaldıkca zemin rezistivitesinde artış olur. Sıcaklık 0 0C ' in altına düştüğünde rezistivitede ani bir artış görülür. Bu durum zemin içinde bulunan serbest suyun donmasından ileri gelir. Bu nedenle arazide yapılan zemin rezistivitesi ölçümlerinde sıcaklığın kaydedilmesi gerekir. 15 oC de ölçülen rezistivite değeri ile t o C deki rezistivite arasında aşağıdaki bağıntı vardır.

t = 15

Burada,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



88


t : t oC deki zemin rezistivitesi, Ohm.cm 15 : 15 oC deki zemin rezistivitesi, Ohm.cm t : Sıcaklık, oC dir.

Örneğin, 15 oC de rezistivite 3000 Ohm.cm olarak ölçülmüş ise, 25oC deki rezistivite değeri, = 3000 ( 40 / 50) = 2400 Ohm.cm dir

Redoks Potansiyeli

Redoks potansiyeli bir zeminin katodik redüksiyon gücü hakkında fikir verir. Zemin içinde bulunan çözünmüş oksijen konsantrasyonu arttıkca redoks potansiyelinde de artış olur. Aksine olarak düşük oksijen içeren anaerobik zeminlerde redoks potansiyeli çok düşüktür. Bu nedenle redoks potansiyeli değerleri zeminlerin koroziflik derecesi, özellikle mikrobiyolojik korozyon hakkında iyi bir fikir verir. Redoks potansiyeli değerleri ile zeminlerin koroziflik derecesi arasındaki bağıntı Tablo- 3.2 de verilmektedir.

TABLO-3.2 Redoks potansiyeli değerlerine göre zeminlerin sınıflandırılması

Redoks potansiyeli, mV

Zeminin korozif özelliği

100 Şiddetli korozif 100 - 200 Korozif 200 - 400 Orta korozif 400 Az korozif

Zeminlerin redoks potansiyeli platin elektrot (yani hidrojen elektrot) ile ölçülür. Deney şöyle yapılır. Platin elektrot söz konusu zemin içine daldırıldıktan sonra, bir doygun bakır/bakır sülfat referans elektrot ile aradaki potansiyel farkı ölçülür ( EP ). Ayrıca bir pH metre ile ayni noktada zeminin pH derecesi de ölçülür. Bu iki değer kullanılarak redoks potansiyeli aşağıdaki bağıntı ile hesap edilir.

Eredoks = Ep + Eref + 60 ( pH - 7)

Burada, Eredoks : Zemin redoks potansiyeli ,mV EP : Pilatin elektrodun ölçülen potansiyeli, mV Eref : Kullanılan referans elektrodun Hidrojen elektroduna göre potansiyeli, mV(Doygun Cu/CuSO4 için 316 mV) dır.

Örneğin, pH = 8 olan bir zeminde platin elektrot ile doygun bakır/bakır sülfat referans elektrodu arasında Ep = -120 mV potansiyel ölçülmüş olsun. Bu zeminin redoks potansiyeli ,

Eredoks = -120 + 316 + 60 (8 - 7 ) = 256 mV bulunur.

3.4 POTANSİYEL ÖLÇÜMLERİ

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



89


Korozyon kontrolü, kaçak akımlar, kaplama bozukluklarının belirlenmesi ve katodik koruma uygulamalarında boru / zemin potansiyeli ölçümleri büyük önem taşır. Bu ölçümler arazide doygun bakır/bakır sülfat referans elektrodu kullanılarak yapılır. Böylece boru ile çevre zemin arasındaki potansiyel farkı belirlenir.

Bakır / bakır sülfat referans elektrodu

Laboratuvarlarda referans elektrot olarak genellikle kalomel elektrot kullanıldığı halde, arazi çalışmalarında doygun bakır/bakır sülfat referans elektrot tercih edilir. Deniz suyu içinde ise, gümüş /gümüş klorür referans elektrodun kullanılması uygundur.

Bakır/ bakır sülfat referans elektrot bir saf bakır çubuğun doygun haldeki bakır sülfat çözeltisi içine daldırılması ile elde edilir. Çözeltinin doygun halde olduğu, elektrot içinde katı halde bakır sülfat kristallerinin bulunması ile anlaşılır. Elektrodun tabanında genellikle ağaçtan yapılmış poröz bir tıpa bulunur. Zemin ile iletkenliği sağlamak için bu ağaç tıpanın suya doymuş halde bulunması gerekir. Şekil-3.7

Şekil-3.7 Doygun bakır/bakır sülfat referans elektroduBoru / zemin potansiyelinin ölçülmesi

Boru/zemin potansiyeli yüksek iç dirençli bir voltmetre veya bir potansiyometre yardımı ile ölçülür. Voltmetrenin (-) ucu boru hattına (+) ucu da referans elektroda bağlanır. Kablonun boru hattına bağlantısı kaynak veya lehim şeklinde olmalıdır. Ancak ölçü kutuları uzağında yapılan ölçümlerde çoğu zaman bu mümkün olmaz. Bu durumda boru yüzeyindeki pas temizlenir ve bağlantı kablosu bir sivri metal uç ile boruya sıkıca bastırılarak ölçüm yapılır. Ölçüm sırasında zemin içinde IR potansiyel düşüşünü önlemek için referans elektrodun boru yüzeyinin çok yakınına konulması gerekir. Fakat

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



90


yer altında bulunan bir boruda bunu sağlamak çok güçtür. Pratikte referans elektrot boru hattının tam üzerine gelecek şekilde yer yüzeyinde açılan bir çukura konulabilir.Şekil-3.8. Eğer zemin kuru ise referans elektrodun zemine tam olarak temasını sağlıyabilmek için zemin su ile ıslatılır. Böylece ölçüm devresi direnci mümkün olduğunca düşürülmüş olur. Buna rağmen, katodik koruma akımı altında ölçülen boru/zemin potansiyeli değerlerinde IR omik düşüşü tam olarak önlenemez

Şekil -3.8 Boru / zemin potansiyelinin ölçülmesi

Eğer boru hattı katodik korumalı ise, akım altında ölçülmüş olan boru/zemin potansiyeli değeri, gerçek boru/zemin potansiyelinden daha negatif olarak bulunur. Çünkü boru yüzeyi ile referans elektrot arasındaki zeminin direnci nedeniyle potansiyelde negatif yönde artış olur. Yani ölçülmüş olan potansiyel farkı içinde bu IR omik potansiyel düşüşü de vardır. Akım uygulanmamış boru hatlarında yapılan boru/zemin potansiyeli ölçümlerinde IR omik düşüşü söz konusu değildir.

Katodik koruma uygulanmış bir boru hattının yüzeyinde boru/zemin potansiyeli en düşük düzeydedir. Katodik korumalı bir boru çevresinde zemin içinde mesafeye göre değişen akım ve potansiyel eğrileri meydana gelir. Şekil-3.9

Şekilde kesik çizgiler ile çizilmiş olan eğriler eş potansiyel eğrileridir. Bunlar boru çevresinde kaplama durumuna ve zeminin rezistivitesine göre değişen bir potansiyel gradiyenti oluşur. Borudan uzaklaştıkça potansiyelde negatif yönde artış olur. Bu durum boru/zemin potansiyeli ölçümlerinde referans elektrodun konulacağı yerin belirlenmesinde sorun yaratır. Doğru bir ölçüm yapabilmek için referans elektrot boruya mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır. Pratikte, referans elektrot için en uygun nokta, yüzeyde borunun tam üzeridir. Sağa veya sola doğru kayıldıkça potansiyelde değişmeler olur. Eğer referans elektrot tam olarak boru yüzeyine konulabilmiş olsaydı boru /zemin potansiyeli - 0,9 Volt olarak okunacaktı. Borunun hemen üzerinde yer yüzünde potansiyel - 1,2 Volt olarak okunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



91


Şekil-3.9 Bir boru hattı çevresinde oluşan akım ve potansiyel dağılımı

Referans elektrodun yüzeyde bir kaç metre uzağa konulması halinde boru /zemin potansiyeli - 1,4 Volt okunacaktır. Bu fark yüksek rezistiviteli zeminlerde daha fazladır. Şekil-3.10 da 3000 Ohm.cm rezistiviteli bir zemin içinde boru ile referans elektrot arasındaki mesafeye bağlı olarak boru/zemin potansiyeli ölçümlerinin değişimi görülmektedir.

Şekil-3.10 Kaplamasız haldeki bir boru ile referans elektrot arasındaki mesafeye bağlı olarak boru/zemin potansiyelindeki değişim

Şekilden görüldüğü üzere, 3000 Ohm.cm rezistiviteli zemin içinde bulunan kaplamasız bir boru yüzeyinde boru/zemin potansiyeli -0,5 V olarak ölçülmüştür. Referans elektrot borudan uzaklaştıkça potansiyel daha negatif değerler almaktadır. Boru ile referans elektrot arasındaki mesafe 6 m olduğunda boru/zemin potansiyeli - 0,7 V ve 12 m olduğunda ise, - 0,8 V okunmaktadır.

Boru/zemin potansiyeli ile kaplama bozukluklarının belirlenmesi

Yeraltında kaplamasız veya kaplamalı halde bulunan boru hatlarında yapılan boru/zemin potansiyeli ölçümlerinden önemli sonuçlar çıkarılabilir. Boru/zemin potansiyeli boru ile zemin arasındaki potansiyel farkını gösterir. Boru metali (-) , zemin (+) yüklüdür. Borunun içinden geçtiği zemin cinsi ve yapısı değiştikçe boru/zemin potansiyelinde de değişme olur. Boru/zemin potansiyelinin daha negatif olduğu bölgeler anot, daha pozitif olduğu bölgeler de katot olur. Böylece boru hattı boyunca boru/zemin potansiyelleri ölçülerek korozyon bölgeleri belirlenebilir.

Şekil-3.11 da iki farklı (A) ve (B) zemini içinden geçen bir kaplamasız boruda boru/zemin potansiyel ölçümleri görülmektedir. Boru /zemin potansiyeli (A) zemini içinde -0,5 Volt, (B) zemini içinde - 0,7 volt ölçülmüştür. Boru hattının (B) zemini içinde

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



92


kalan bölgeleri anot olarak korozyona uğrar. Akım zemin içinde (B) bölgesinden (A) bölgesine akar.

Şekil-3.11 Kaplamasız bir boruda boru/zemin potansiyelinin değişimi

Kaplamalı bir boruda boru/zemin potansiyelleri ölçülmek suretiyle kaplama bozukluklarının bulunduğu bölgeler belirlenebilir. Kaplamanın bozuk olduğu bölgelerde boru/zemin potansiyeli daha negatifdir. Şekil-3.12

Şekil-3.12 Boru hattında kaplama bozukluklarının belirlenmesi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



93


Şekilde boru hattı boyunca belli aralıklarla boru/zemin potansiyeli ölçümleri yapılarak korozyon bölgesinin belirlenmesi görülmektedir. Boru/zemin potansiyelinin- 0,6 V olduğu en negatif potansiyel bölgesinde korozyon meydana gelmektedir. Buna karşılık boru/zemin potansiyelinin -0,45 V olarak ölçülmüş olduğu bölge katodik olarak korunmaktadır. Korumasız haldeki boru hatlarının aksine olarak, katodik koruma uygulanmış olan bir boru hattında kaplama bozukluğunun bulunduğu bölgelerde boru/zemin potansiyelinde pozitif yönde bir artış gözlenir. Şekil-3.13

Şekil-3.13 Katodik korumalı bir boru hattında boru/zemin potansiyelleri

Şekilde katodik korumalı bir boruda boru/zemin potansiyeli değerleri -1,1 Volt ile - 1,2 Volt arasında iken, kaplamanın bozuk olduğu bölgede -0,8 Volt’a düştüğü görülmektedir. Boru/zemin potansiyeli kaplamanın bozuk olduğu bölgede daha pozitif bir değer almıştır. Bunun nedeni, katodik korumanın anot yatağından zemin içine yayılan akımın, boru kaplamasının bozuk olduğu bölgelerden boruya girmesi ve bu bölgelerde boru potansiyelini düşürmesidir.

Kaplama Bozukluklarının Pearson Yöntemi İle Tayini

J.M.Pearson tarafından geliştirilen bir düzenek yardımı ile boru kaplamasının bozuk olduğu bölgelerin arazide otomatik olarak belirlenmesi mümkün olmaktadır. Bu deney, boru hattına yüksek potansiyelli bir alternatif akım uygulanarak bu akımın boru kaplamasının zayıf olduğu noktalarda zeminde yapmış olduğu potansiyel değişiminin izlenmesi ilkesine dayanır. Şekil- 3.14

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



94


Şekil-3.14 Pearson holiday dedektörünün çalışma ilkesi

Bu amaçla boru hattına bir sinyal jeneratörü bağlanır. Boru hattından yaklaşık olarak 100 m uzaklıktaki bir anot yatağı yardımı ile boruya bir alternatif akım uygulanır. Kontrol, boru hattı boyunca yaklaşık olarak 7 - 10 m aralıkla yürüyen iki kişi tarafından yapılır. Bu kişilerin ayakkabılarında çivi elektrotlar vardır. Önde yürüyen adam kulağında bir sinyal verici taşır. Her iki adam birbirine bir kablo ile bağlıdır. Şekil-3.15

Şekil-3.15 Bir boru hattındaki kaplama bozukluklarının Pearson Holiday Dedektörü ile belirlenmesiBoru kaplamasının bozuk olduğu noktaya gelindiğinde sinyalin şiddetinde artış

olur. Sinyal öndeki adam bozuk noktanın üzerinde iken maksimum değere ulaşır. Arkadaki adam ayni noktaya geldiğinde maksimum sinyal tekrar duyulur. Eğer boru hattı üzerinde art arda çok sayıda bozuk nokta varsa, bu noktaların vermiş olduğu sinyalleri bir biri ile karıştırmamak için adamın biri boru üzerinden yürürken diğeri boru hattına yaklaşık 7 m uzaklıkta ve boruya paralel olarak yürür. Böylece yalnız boru hattı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



95


üzerinde yürüyen adamın bulunduğu noktadaki kaplama bozukluğu kesin olarak belirlenmiş olur.

Bu deney benzer şekilde katodik olarak korunmakta olan boru hatlarında da yapılabilir. Bu durumda alternatif akım yerine doğru akım uygulanır. Doğru akım sinyallerini alabilmek için farklı bir amplifiye kullanılması gerekir. Bu ilkeye dayanan ve boru hattı üzerinde hareket eden bir motorlu araç ile sinyalleri otomatik olarak kaydedebilen özel cihazlar geliştirilmiştir.

Statik potansiyel ve On-Off Potansiyelleri

Bir boru hattına hiç akım uygulanmadan önce ölçülen denge potansiyeline statik potansiyel denir. Katodik koruma uygulandıktan sonra boru katodik olarak polarize olur ve boru / zemin potansiyeli negatif yönde artış gösterir. Boru akım altında iken ölçülen potansiyele (Eon), akım kesildikten hemen sonra (yaklaşık beş saniye içinde) ölçülen potansiyel değerine de (Eoff) potansiyeli veya polarizasyon potansiyeli denir. On-Off potansiyelini ölçebilmek için, katodik koruma devresine bir otomatik akım kesici konur. Böylece boru hattına 40 saniye akım uygulanırken 20 saniye akım kesilir. Her iki halde boru/zemin potansiyeli ölçülerek kaydedilir.

Akım altında ölçülen (Eon) potansiyeli üç ayrı potansiyel değerinin toplamından oluşur.

Eon = Eo + Ep + EIR

Burada, Eon : Boru katodik koruma akımı altında iken ölçülen potansiyel, Eo : Denge potansiyeli veya statik potansiyel, EP : Akımın etkisi ile oluşan polarizasyon potansiyeli, EIR : Ölçüm devresindeki omik potansiyel .

Katodik koruma akımı kesildikten hemen sonra yapılan boru/zemin potansiyeli ölçümünde, akım kesilmiş olduğu için omik potansiyel EIR = 0 olur. Polarizasyon potansiyeli akımın etkisi ile oluşmasına rağmen, Ep potansiyeli akımın kesilmesinden sonra kısa bir süre kalır ve daha yavaş olarak kaybolur. Bu durumda akım kesildikten hemen sonra ölçülmüş olan Eoff potansiyeli,

Eoff = Eo + EP

toplamından oluşur.Bu değerler kullanılarak potansiyel ve polarizsyon kayması değerleri şöyle

hesaplanır:Potansiyel kayması = Eon - Eo

Polarizasyon kayması = Eoff - Eo

Boru hattı boyunca potansiyel ölçülmesi

Boru /zemin potansiyeli ölçü kutularının bulunduğu noktalarda yukarda açıklanmış olduğu gibi doğrudan ölçülebilir. Her noktada boruya kablo bağlantısı yapmak mümkün olmadığından boru hattı boyunca boru/zemin potansiyelinin ölçülmesi için aşağıdaki iki yoldan biri uygulanır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



96


1- Uzun kablo yöntemi

Yeteri uzunlukta ve kalın kesitli bir kablo kullanarak, boru/zemin potansiyeli boru hattı boyunca düzgün aralıklarla ölçülebilir. Şekil-3.16

Şekil-3.16 Uzun kablo yöntemi ile boru hattı boyunca potansiyel ölçülmesi

Bu yöntemle bir ölçü kutusundan itibaren, ara yerde trafik veya sabit yapıların engel oluşturmadığı hallerde 1 km mesafeye kadar boru/zemin potansiyeli ölçülebilir. Kablo direncinin potansiyel ölçümleri üzerine etkisi pratikte ihmal edilecek kadar azdır.

2 - Çift elektrot yöntemi :

Bir çok halde fiziksel engeller nedeniyle boru hattı boyunca istenilen uzunlukta kablo çekebilmek mümkün olmaz. Bu durumda iki referans elektrot kullanılarak boru hattı boyunca zemin / zemin potansiyel farklarının ölçülmesi yoluna gidilir. Şekil-3.17

Ölçümler şekilde görüldüğü gibi iki doygun bakır/bakır sülfat referans elektrodu kullanılarak yapılır. İlk olarak bağlantı noktasındaki boru/zemin potansiyeli (A) elektroduna göre ölçülür. İkinci olarak (B) elektrodu önde (A) elektrodu arkada olmak üzere belli aralıktaki zemin / zemin potansiyeli ölçülür. Daha sonraki ölçümlerde daima öndeki elektrot sabit tutulup arkadaki elektrot öne alınarak zemin/zemin potansiyel farkı ölçülerek işareti ile kaydedilir. Böylece bir defa (B-A), bir defa (A-B) potansiyel farkı ölçülmüş olur. Arkadaki elektrodu öne atlatarak yapılan bu ölçüm biçimine “kurbağa atlayışı” denir. Böylece kullanılan referans elektrotların birbirine göre olan farklılığından ileri gelen hata birikimi giderilmiş olur. Elde edilen zemin/zemin potansiyeli değerleri, ölçü kutusu başında yapılmış olan ilk boru/zemin potansiyeli

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



97


değerine eklenerek veya çıkarılarak boru/zemin potansiyelinin mesafeye göre değişimi belirlenmiş olur.

Şekil -3.17 Çift elektrot yöntemi ile boru hattı boyunca potansiyel ölçülmesi

3.5- GALVANİK ANOTLU KATODİK KORUMA Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde korunması istenilen metal yapıya

kendisinden daha negatif potansiyelde bir metal (anot) bağlanarak bir galvanik pil oluşturulur. Böylece metal yapı katot haline getirilir. Şekil-3.18

Şekil-3.18 Bir boru hattının galvanik anotlarla korunması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



98


Galvanik anotlar kendiliklerinden çözünerek aynen bir pil gibi akım üretirler. Anodun çözünmesi sonucu açığa çıkan elektronlar, dış bağlantıdan katoda taşınarak katodik reaksiyon için gerekli olan elektronları sağlar. Galvanik anotların akım kapasiteleri ve akım verimleri bellidir. Katodik koruma devresine belli süre yetecek miktarda ve sayıda galvanik anot bağlanarak korunacak metalin yüzey alanı istenilen süre katot halinde tutulabilir.

3.6 GALVANİK ANOTLAR

Zemin içindeki boru hatlarının katodik korumasında galvanik anot olarak mağnezyum ve çinko metal ve alaşımları kullanılır. Deniz suyu içinde ise daha çok alüminyum anotlar tercih edilir. Galvanik anotların performansı aşağıdaki kriterler ile belirlenir .

1 -Anot Potansiyeli

Galvanik anodun potansiyeli, korunması istenilen metali katodik olarak polarize edecek kadar negatif olmalıdır. Anot ve katot arasındaki potansiyel farkı katodik koruma akımınının geçmesini sağlayan yürütücü kuvvettir. Bu potansiyel farkının katodik koruma devresi direncini yenecek büyüklükte olması gerekir. Düşük potansiyelli anotların yüksek rezistiviteli zeminler içinde kullanılması mümkün olmaz. Demir ve çeliği katodik olarak koruyabilmek için katot potansiyelinin doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre -850 mV ‘ dan daha negatif bir değere düşürülmesi gerekir. Ayrıca katodik koruma devresinde anot yatağının, kabloların ve zeminin direncinin oluşturduğu IR potansiyel düşüşünün karşılanması ve devreden katodik korumaya yetecek kadar bir akımın geçmesi sağlanmalıdır. Bu nedenle anot potansiyelinin büyüklüğü pratikte büyük önem taşır. 2- Anot polarizasyonu

Galvanik anotların üniform biçimde çözünerek düzgün bir akım çıkışı sağlaması istenir. Deniz suyu içinde bu mümkün olmakla beraber, zeminler içinde anodun kısa sürede polarize olduğu görülür. Anotların çözünmesi sonucu ortaya çıkan metal iyonları, anodun yüzeyinde ve çevresinde hidroksit halinde çökelerek anot direncinin artmasına ve potansiyelinin pozitif yöne doğru kaymasına neden olur. Polarizasyon sonucu anot akım çıkışı zamanla azalır. Diğer taraftan anot harcandıkca aktif yüzey alanı da gittikçe küçülür. Anot polarizasyonunu önlemek ve anodun üniform şekilde akım üretmesini sağlamak için galvanik anotlar uygun bir anot yatağı malzemesi içine konulur.

3. Anot akım kapasitesi ve verimi

1 kg anot metalinin üretebildiği A.saat olarak akım miktarına anot akım kapasitesi denir. Pratikte kapasite yerine daha çok bunun tersi, 1 A.yıl akım üretebilen anot kütlesi (kg /A.yıl) değeri kullanılır.

Anot akım kapasitesi = A.saat/kg

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



99


Teorik akım kapasitesi, Faraday yasasına dayanılarak hesap edilir . Gerçek akım kapasitesi bundan daha küçüktür. Gerçek akım kapasitesinin, teorik akım kapasitesine oranı “Anot akım verimi”olarak bilinir.

Anot akım verimi =

Akım verimi anot cinsine ve anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlıdır. Bu verim mağnezyum anotlarda % 50-60, çinko ve alüminyum anotlarda % 90 civarındadır.

4. Anot Ömrü

Anot akım kapasitesi kullanılarak belli kütlede bir anodun akım üretebilme süresi, yani ömrü hesaplanabilir. Bu hesaplamada gerçek akım kapasitesi kullanılmalı veya söz konusu anodun akım verimi ile çarpılmalıdır. Ancak pratikte anot kütlesinin tamamını kullanabilmek mümkün olamaz. Bir galvanik anodun ancak belli bir yüzdesi akım üretmekte kullanılabilir. Kalan kısımdan istenilen şiddette akım çekilemez. Silindir biçimli galvanik anotların genellikle % 85’i kullanıldıktan sonra yenilenmesi gerekir. Anotların akım üretilebilen yüzdesine “kullanma faktörü” denir. Anot ömrünün hesaplanmasında kullanma faktörünün de hesaba katılması gerekir. Galvanik anotların ömrü aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

Anot ömrü (yıl) =

5 - Anot maliyeti

Anotların ekonomik değeri anot malzemesi birim kütlesinin fiatı ile akım kapasitesi birlikte incelenerek belirlenir. Yani anotlardan üretilen 1 A.yıl akımın fiatı esas alınarak anot maliyetleri birbiri ile karşılaştırılır. Bu amaçla anodun gerçek akım kapasitesi A.saat/kg olarak apsiste, anot malzemesi birim fiatı da US$/kg olarak ordinatta olmak üzere 1 A.yıl akımın maliyetini veren grafikler hazırlanmıştır. Şekil-3.19 Örneğin anot metali olarak kullanılan saf mağnezyumun bu günkü (1998) piyasa fiatı 4,1 US$/kg dır. Mağnezyum anotların gerçek akım kapasitesi de 1100 A.saat/kg dır. Buna göre, mağnezyum anotlardan üretilen (1 A.yıl) akımın fiatı grafikten 30 US$ olarak okunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



100


Şekil- 3.19 Çeşitli galvanik anotlardan elde edilen 1 A.yıl akımın maliyeti

Metal fiatları bütün dünyada yıldan yıla artmaktadır. Bunun sonucu olarak anot maliyetlerinde de zamanla artış olmakta ve anotlardan çekilen (1 A.yıl ) akımın değeri de anot metalinin piyasa fiatına bağlı olarak zamanla değişmektedir. Şekil-3.20 de mağnezyum, çinko ve alüminyum anotlardan elde edilen (1 A.yıl) akımın 1966 yılı ile 1983 yılları arası maliyetindeki değişim görülmektedir.

Şekil-3.20 Galvanik anotlardan elde edilen 1 A.yıl akım maliyetinin 1966 ve 1983 yılları arasındaki artışı ( USA fiatları)

Şekilden görüleceği üzere alüminyum anotlardan elde edilen 1 A.yıl akımın maliyeti 1966 yılında 5 US$ iken, 1983 yılında % 60 bir artışla 8 US$ olmuştur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



101


Mağnezyum anotlarda ise, 1 A.yıl akımın maliyeti 1966 yılında 8 US$ olduğu halde 1983 yılına kadar çok büyük bir artış göstererek ( % 250 ) 28 US$ ‘a çıkmıştır.

Mağnezyum Anotlar

Mağnezyum standard elektrot potansiyeli serisinde üst sıralarda bulunur. Yani son derece aktif bir metaldir. Buna rağmen atmosferde ve su içinde dayanıklıdır. Bunun nedeni, mağnezyum yüzeyinde çok ince bir oksit filminin oluşmasıdır. Bu oksit filmi mağnezyum anotların elektrot potansiyelinin beklenenden daha düşük olmasına neden olur. Bu durum saf mağnezyumun galvanik anot olarak kullanılmasını engeller. Mağnezyumun standard elektrot potansiyeli -2,4 Volt olmasına rağmen, deniz suyu içinde doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre - 1,55 Volt potansiyel gösterir. Mağnezyum anot içine az miktarda mangan katılmak suretiyle elektrot potansiyeli -1,75 Volt’a kadar artırılabilir. Yüksek potansiyelli olan bu mağnezyum anotlar yüksek rezistiviteli zeminler ve tatlı sular içinde de kullanılabilirler.

Mağnezyum Anotların Elektrokimyasal Özellikleri

Mağnezyum anotların akım verimi çok düşüktür. Teorik akım kapasitesi 2200 A.saa/kg olduğu halde gerçek akım kapasitesi bunun yarısı kadar yaklaşık 1100 A.saat / kg dır. Akım verimi anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlıdır. Uygun anot yatağı içinde bile mağnezyum anotların akım verimi % 50-60 arasında kalır. Mağnezyum anotların elektrokimyasal özellikleri Tablo -3.3 de verilmektedir.

TABLO -3.3 Mağnezyum anotların elektrokimyasal özellikleri

Anot elektrokimyasal özellikleri

AZ - 63 Mağnezyum anot

Teorik akım kapasitesi 2200 A.saat/kg, 3,94 kg/A.yılAnot akım verimi (*) % 50Gerçek akım kapasitesi 1100 A.saat / kg

7,88 kg / A.yılElektrot potansiyeliDeniz suyu içinde ,doygun Cu/CuSO4) referans elektroduna göre

1,55 V ( YPM(**) için 1,75 V)

Yoğunluk , g/cm3 1,7Çeliğe karşı devre potansiyeli 700 mV (YPM için 900 mV)Akım maliyeti,US$ /A.yıl 30 ( 1998 fiatı)

(*) Anot verimi, anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlıdır. Akım yoğunluğu arttıkca akım verimi de artar. Tabloda verilmiş olan akım verimi 0,03 mA/cm2 akım yoğunluğu içindir.(**) YPM (Yüksek potansiyelli mağnezyum anot): İçinde en az % 0,5 oranında mangan bulunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



102


Mağnezyum anotlar, içinde klorür ve sülfat iyonları bulunmayan sulu çözeltiler içinde çözünerek Mg(OH)2 oluştururlar. Çözünürlüğü çok az olan bu mağnezyum hidroksit anot yüzeyinde çökelir ve anodun pasifleşmesine yol açar. Anot çevresinde klorür veya sülfat iyonları bulunması halinde, bu iyonlarla suda kolay çözünen mağnezyum tuzları meydana gelir. Bu durumda anot yüzeyinde oluşan mağnezyum hidroksit filmi yer yer bozulur ve anot oyuklar halinde çözünür.

Mağnezyum anotlar metal içinde bulunan safsızlıklara karşı da çok duyarlıdır. Demir, nikel, bakır ve silisyum gibi metaller mağnezyum anodun potansiyeline ve akım kapasitesi üzerine zararlı etki yaparlar. Buna karşılık alüminyum ve çinko gibi metaller mağnezyum anodun elektrokimyasal özellikleri üzerine olumlu yönde etki yaparlar. Anot içine az miktarda mangan katılarak demirin zararlı etkisi önlenebilir. Mağnezyum anotların kimyasal bileşimleri Tablo-3.4 de verilmektedir.

Tablo -3.4 Mağnezyum anotların kimyasal bileşimleriElement %

AZ-63 Mağnezyum anot

Yüksek potansiyelli mağnezyum anot (HP)(**)

Alüminyum 5,3 -6,7 0,05 en çok Çinko 2,5 -3,5 0,03 en çok Mangan 0,25 -,40 0,5 - 1,5 (*)

Demir 0,03 en çok 0,03 en çok Nikel 0,003 en çok 0,002 en çok Bakır 0,08 en çok 0,02 en çok Silisyum 0,3 en çok 0,05 en çok

(*) Yüksek potansiyelli mağnezyum anot içindeki mangan yüzdesi alüminyum yüzdesine bağlıdır ve en az ( 0,60 x Al ) + 0,5 kadar olmalıdır.

(**) GALVOMAG patent adı ile üretilen yüksek potansiyelli mağnezyum anotların içinde % 1.25 oranında Mn ve % 0,1 oranında Al bulunmaktadır.

Pratikte saf mağnezyum anot yerine , içinde % 6 civarında alüminyum ve % 3 civarında çinko bulunan AZ-63 denilen mağnezyum alaşımı kullanılır. Bu anodun çeliğe karşı potansiyeli 700 mV dur. Daha yüksek bir potansiyel farkı elde edebilmek için içinde en az % 0,5 oranında mangan içeren özel alaşımlar kullanılır. Böylece elde edilen yüksek potansiyelli (HP) mağnezyum anotlar çeliğe karşı 900 mV potansiyel farkı gösterebilirler.

Mağnezyum anotların akım verimi oldukca düşüktür. Normal koşullarda akım verimleri % 50 civarındadır. Anottan çekilen akım şiddeti arttıkça akım verimi artar. AZ-63 anotların akım verimleri normal halde yüksek potansiyelli anotlardan daha yüksektir. HP mağnezyum anotlardan çekilen akım yoğunluğunun 0,3 mA/cm2 den

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



103


daha az olması halinde, anot verimi % 50 nin de altına düşer. Oysa ayni akım yoğunluğunda AZ-63 anotların akım verimi % 60 dan yüksektir. Şekil -3.21

Şekil-3.21 Mağnezyum anot akım veriminin akım yoğunluğuna göre değişimiMağnezyum anot Boyutları

Mağnezyum anotlar (D) harfi profilinde ve çubuk biçimli olarak üretilir. Anot ekseninde çelik bir iskelet bulunur. Çıplak halde veya anot yatağı dolgu malzemesi ile paketlenmiş olarak satılır. Anotların kütlesi ve boyutları standardize edilmiştir. Türk standardı mağnezyum standart anot boyutları Tablo-3.5 de, mağnezyum anot biçimi ve kablo bağlantısı da Şekil-3.22 de verilmektedir.

Şekil-3.22 Mağnezyum anotlar ve kablo bağlantısı

Türk standardında çeşitli boyut ve kütlede mağnezyum anot bulunmasına rağmen mühendislerimizin bir çoğu eski alışkanlıkları nedeniyle Amerikan standardındaki 9 , 17 ve 32 libre kütlesinde olan standart anotları kullanmaya devam etmektedirler. Pratikte çokca kullanılmakta olan bu anotların boyutları kitabın sonunda EK-7 ve EK-8 de liste halinde verilmektedir.

Tablo-3.5 Türk standardı mağnezyum anotları ( TS-5141)

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



104


TS No

Anot boyutları cm

Çıplak kütlesi kg

Paketlenmiş boyu cm

Paketli kütlesi kg

M- 1 3 x 3 x 97 1,6 110 12,6 M -2 6 x 6 x 47 3,0 55 12,0 M-3 10 x 10 x

305,0 40 14,5

M-4 10 x 10 x 46

8,0 55 19,5

M-5 10 x 10 x 56

10,0 65 24,0

M-6 13 x 13 x 50

15,5 60 32,0

M -7 13 x 13 x 58

17,0 70 36,0

M-8 13 x 13 x 70

20,0 80 41,0

Çinko Anotlar

Katodik koruma amacıyla ilk olarak çinko anot kullanılmıştır. 1824 yılında Sir Henry Davy tarafından gemilerin bakır gövdeleri çinko anotlar ile korunmuştur. Ne yazık ki, bu ilk deneme başarısızlıkla sonuçlanmış ve katodik korumanın tekrar uygulanması için aradan yaklaşık yüz yılın geçmesi gerekmiştir. Çinko anotlar düşük rezistiviteli zeminler içinde ve özellikle deniz yapılarının katodik korumasında galvanik anot olarak halen büyük ölçüde kullanılmaktadır.

Saf çinko anotlarla ile korunan demir metali arasında yaklaşık olarak 250 mV luk bir potansiyel farkı oluşur. Bu fark katodik koruma için yeterlidir. Ancak çinko anot içinde az da olsa demir varsa, bu potansiyel farkı kısa sürede azalır. Bu nedenle anot üretiminde kullanılan çinkonun % 0,0014 ‘ den az demir içermesi gerekir. Demir gibi çinko anot içinde bulunan az miktardaki kurşun ve bakır da zararlı etki yapar. Buna karşılık çinko anot içinde alüminyum ve kadmiyum metallerinin bulunması anodun düzgün biçimde akım üretmesine yardımcı olurlar.

Çinko içinde bulunan az miktardaki demirin zararlı etkisi, çinkodan daha soy metal olan demirin katot rolü oynamasından ileri gelir. Çinko anot yüzeyinde demir ile çinko arasında mikro korozyon hücreleri oluşur. Anot yüzeyinde oluşan bu hücrelerde çözünen çinko, demir yüzeyinde çökelerek anot yüzeyini kaplar. Bu kabuklaşma çinko anodu kısa sürede pasifleştirir. Çinko anot içine yaklaşık % 0,1 oranında alüminyum katılarak, demirin bu zararlı etkisi azaltılabilir. Bu yolla çinko anot içinde bulunan demir yüzdesinin % 0,0030 ‘ e kadar artmasına müsade edilebilir. Alüminyum katkısının demirin zararlı etkisini azaltması şöyle açıklanmaktadır: Alüminyum, çinko anot içinde bulunan demir ile alaşım yaparak demiri bağlamakta ve demirin katodik etkisinini azaltıcı olarak rol oynamaktadır. Diğer taraftan alüminyum katılarak anot yüzeyinde daha yumuşak yapıda bir korozyon ürünü oluşması sağlanmaktadır. Çinko anot içine kadmiyum katılması halinde de alüminyum katkısına benzer şekilde kurşunun zararlı etkileri azaltılmaktadır. Çinko anotların kimyasal bileşimleri Tablo-3.6 da verilmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



105


Tablo-3.6 Çinko anotların kimyasal bileşimleri

Element Zemin içinde kullanılan çinko anotlar, %

Deniz suyu içinde kullanılan MIL-A 18001 anot , %

Alüminyum 0 En çok 0,3Kadmiyum En az 0,004 En çok 0,06Demir En çok 0,0015 En çok 0,003(*)

Kurşun En çok 0,006 En çok 0,006 Bakır En çok 0,005 En çok 0,005Çinko Kalan Kalan

(*) Demirin % 0,003 oranında bulunmasına müsade edebilmek için, anot içinde en az % 0,1 alümiyum ve % 0,025 oranında kadmiyum bulunması gerekir.

Deniz suyu içinde üniform olarak çözünen çinko anotların zemin içinde kullanılması halinde bazı sorunlar ortaya çıkmaktadır. Zemin içinde anodun çözünmesi sonucu ortaya çıkan çinko iyonları çözünerek uzaklaşmamakta ve çinko hidroksit halinde anot yüzeyinde çökelerek anodun zamanla pasifleşmesine neden olmaktadır. Zemin içinde karbonat, fosfat ve silikat gibi iyonların bulunması halinde, bu çökelti anot yüzeyinde daha da sert bir kabuk oluşturmaktadır. Bu nedenle çinko anotların, zemin içinde ve su tablası üstünde anot yatağı dolgusu olmaksızın kullanılması uygun görülmemektedir. Anot yatağı dolgusu içinde sodyum ve kalsiyum sülfat bulunur. Çinko sülfat da çinko klorür gibi suda kolay çözünen bir tuzdur. Bu nedenle zemin içinde çinko anotların pasifleşmesini önlemek için mutlaka anot yatağı dolgusu kullanmak ve anot çevresini sürekli ıslak tutmak gerekmektedir. Deniz suyu içinde çinko anotların pasifleşmesi söz konusu değildir. Bu nedenle zemin ve tatlı sular içinde kullanılacak olan çinko anotlar ile, deniz suyu içinde kullanılacak çinko anot bileşimleri birbirinden biraz farklıdır.

Çinko anotların elektrokimyasal özellikleri

Çinko anotların deniz suyu içinde bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre potansiyelleri -1,10 V civarındadır. Bu potansiyel katodik koruma devresinde çelik yapılar ile en çok 250 mV ‘luk bir devre potansiyeli (driving voltage) oluşturur. Bu fark deniz suyu ve düşük rezistiviteli zeminler içinde katodik koruma için yeterlidir. Ancak 2000 Ohm.cm’ den daha yüksek rezistiviteli zeminlerde ve tatlı sular içinde çinko anotlardan akım çekilmesi güçleşir.

Çinko anotların akım verimi yaklaşık olarak % 90 dır. Akım veriminin yüksek ve fiatının daha düşük olması nedeniyle çinko anotlar mağnezyum anotlara göre daha ekonomiktir. 1 A.yıl akım üretebilmek için 7,88 kg mağnezyum veya 11,84 kg çinko anot kullanılması gerekir. Buna rağmen çinkonun fiatı mağnezyuma göre % 60 daha ucuz olduğundan ayni miktarda akım çinko anotlar ile daha ucuza üretilebilir . Çinko anotların elektrokimyasal özellikleri Tablo- 3.7 de verilmektedir.

Tablo-3.7 Çinko anotların elektrokimyasal özellikleri

Anot elektrokimyasal Çinko anotlar

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



106


özellikleriTeorik akım kapasitesi 820 A.saat /kgAnot akım verimi % 90Gerçek akım kapasitesi (*) 738 A.saat / kg

11,84 kg /A.yılElektrot potansiyeli(Deniz suyu içinde doygun Cu/CuSO4

referans elektroduna göre)

- 1,10 Volt

Yoğunluk , g /cm3 7,1Çeliğe karşı devre potansiyeli 250 mVAkım maliyeti, US$ /A.yıl 18 (1998 fiatı)

(*) Anot akım kapasitesi anottan çekilen akım şiddetine ve sıcaklığa göredeğişir.Tabloda verilen değer 300 mA/m2 akım yoğunluğu içindir.

Çinko anotların akım kapasitesi de mağnezyum anotlarda olduğu gibi anottan çekilen akım yoğunluğu ile artar. Ancak bu artış pratikte önemsenmeyecek kadar azdır. Diğer taraftan sıcaklığın artışı da çinko anotların elektrot potansiyeli ve akım kapasitesinin düşmesine neden olur. Bu durum anodun çözünmesi sonucu oluşan çinko iyonlarının yüksek sıcaklıkta çinko hidroksit olarak anot yüzeyinde jel halinde çökelmesinden ileri gelir. Özellikle 60 oC den daha yüksek sıcaklıklarda çinko anotların akım veriminde büyük ölçüde düşme gözlenmektedir. Akım kapasitesinin anot akım yoğunluğuna bağlılığı Şekil-3.23 de, anot akım kapasitesinin ve potansiyelinin sıcaklığa göre değişimi de Şekil-3.24 de görülmektedir.

Şekil -3.23 Çinko anotların akım kapasitesinin akım yoğunluğuna göre değişimi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



107


Şekil-3.24 Çinko anotların akım kapasitelerinin sıcaklığa göre değişimi

Şekilden görüldüğü üzere sıcaklığın 20 oC den 75 oC e yükselmesi halinde çinko anodun potansiyeli -1,02 V (Ag/AgCl) den -0,92 V ‘ a düşmektedir. Akım kapasitesi ise, 800 A.saat/kg dan yaklaşık olarak 600 A.saat/kg değerine kadar düşmektedir. Bu durum çinko anotların 40oC den daha yüksek sıcaklıklarda kullanılmasının uygun olmıyacağını gösterir.

Çinko anot boyutları

Türk standardlarında (TS-9234) zeminde ve deniz içinde kullanılmak üzere iki tip standart anot yer almaktadır. Bu anotlara ait boyutlar EK-6 ve EK-7 de verilmektedir. Zemin içinde kullanılmak üzere verilen kare pirizma biçimli çinko çubuk anotlar ve anot kablo bağlantısı da Şekil-3.25 de görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



108


Şekil-3.25 Çinko çubuk anotlar ve anot kablo bağlantısı

Alüminyum Anotlar

Alüminyumun standart elektromotor kuvveti serisindeki yerine göre çinkodan daha aktif bir metaldir. Buna rağmen saf alüminyum deniz suyu içinde doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna karşı -900 mV civarında bir potansiyel gösterir. Saf alüminyumun galvanik anot olarak kullanılmasına engel oluşturan bu durum, alüminyum yüzeylerinin ince bir oksit filmi ile kaplanarak pasifleşmesinden ileri gelir. Bu pasifleşme özelliği nedeni ile alüminyum 1950 yıllarına kadar galvanik anot olarak kullanılamamıştır. Başlangıçta alüminyum içine % 3 oranında çinko ve % 0,5 oranında kalay katılarak deniz suyu içindeki akım verimi %50 ye ve potansiyeli de - 1,3 Volt’a kadar çıkarılabilmiştir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



109


1960 lı yıllardan sonra yapılan araştırmalarda alüminyum anot olarak bazı üçlü alaşımlar da denenmiş ve (Al +Zn + Hg) , (Al + Zn + Sn ) , (Al + Zn + In) gibi alaşımların galvanik anot olarak yüksek performans göstermiş oldukları belirlenmiştir. Bu alaşımların elektrot potansiyelleri - 1,05 V ‘ dan daha negatif ve akım verimleri de % 90 civarındadır.

Alüminyum anot bileşiminde bulunan yabancı metaller anot performansını değişik şekillerde etkilemektedir. Bakır ve nikel, alüminyumun potansiyelinin pozitif yöne doğru kaymasına neden olmaktadır. Çinko, mağnezyum ve kadmiyum ise, pasifleşmeyi azaltıcı yönde etki yapmaktadır. Civa, kalay ve indium metalleri alüminyumun sürekli aktif halde kalmasını sağlamaktadır. Anot bileşiminde % 0,03 ile % 0.05 oranında civa bulunması halinde alüminyum anotlar sürekli aktif halde kalmaktadır. Civa katkılı alüminyum anotlar özellikle deniz suyu içinde çok iyi bir performans göstermesine rağmen çevre kirlenmesi açısından zararlı bulunmuştur. Bu nedenle aktivite bakımından ayni etkiyi gösteren indium alaşımlı alüminyum anotlar tercih edilmektedir. Deniz suyu içinde kullanılan indium alaşımlı alüminyum anotların kimyasal bileşimleri Tablo -3.8 de verilmektedir.

TABLO -3.8 Deniz suyu içinde kullanılan alüminyum anotların % bileşimleri

Element

I II III IV

V

VI

Hg 0,03 -

0,05 0,03 -0,05

0,03 -0,05

- - -

In - - - 0,01-0,03

0,01-0,03

0,05

Zn 1,3 -2,7 0,35- 1,0 3,0 - 6,0 4,0- 6,0 2,0 -4,0 5,0 Fe < 0,1 0,13 0,13 0,1 0,12 0,1

3Cu,Ni < 0,005 0,006 0,006 0,005 0,006 0,0

1 Si 0,1 0,11-,21 0,11-

0,21 0,1 0,08-0,2 0,1

Mg ,Mn<

0,01 - - 0,01 - -

Demir pasifleşmeye neden olduğu için alüminyum anotlar içinde demirin % 0,1 den fazla bulunmaması istenir. Dow Chemical Company tarafından yapılan araştırmalarda, alüminyum anot içine yeterli miktarda silisyum katılarak demirin zararlı etkileri tam olarak giderilmiş ve içerisinde % 0,15 ‘e varan oranda demir içeren alüminyum anotlar Galvalum patent ismi ile üretilmiştir. Galvalum -I ve II anotlarının temel bileşenleri Al+Zn+Hg , Galvalum-III anodunun temel bileşenleri de Al + Zn + In + Si elementlerinden oluşmaktadır

Alüminyum anotların elektrokimyasal özellikleri

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



110


Alüminyum anotların elektrot potansiyelleri düşük olmasına rağmen anot akım verimi ve akım kapasitesi çok yüksektir. 1kg alüminyum kullanılarak teorik olarak 2960 A.saat ve deniz suyu içinde uygun koşullarda 2670 A.saat akım üretilebilir. Buna göre alüminyum anotların akım kapasitesi, mağnezyum anotlardan 2,4 ve çinko anotlardan da 3,6 kat daha büyüktür. Alüminyum anotların elektrokimyasal özellikleri Tablo-3.9’da verilmektedir.

Tablo-3.9 Alüminyum anotların elektrokimyasal özellikleri

Elektrokimyasal özellikler Indium alaşımlı alimünyum anot

Teorik akım kapasitesi 2960 A.saat / kg Anot akım verimi %90 Gerçek akım kapasitesi 2670 A.saat / kg

3,5 kg / A.yılElektrot potansiyeli (*)(Deniz suyu içinde doygunCu/CuSO4 referans elektroduna göre)

-1,10 Volt

Yoğunluk , gr/cm3 2,7Çeliğe karşı devre potansiyeli 250 mVAkım maliyeti, US$ / A.yıl 8 (1998 fiatı)

(*) Elektrot potansiyeli elektrolit direncine, sıcaklığa ve anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlı olarak değişir. Tabloda verilen değer 25 Ohm.cm rezistiviteli deniz suyu içinde, 25 Co de ve 300 mA/m2 akım yoğunluğunda ölçülen değerdir

Akım kapasitesinin yüksek oluşu alüminyum anotlara ekonomik olarak büyük avantaj sağlar. Bu avantajına rağmen, pasifleşme özelliği nedeniyle alüminyum anotlar saf halde kullanılamaz. Pasifleşmeyi önlemek için alüminyum içine az miktarda (yaklaşık % 0,01 - 0,03 ) indium katılır. Böylece alüminyum anotların deniz suyu içinde üniform olarak çözünmesi sağlanır.

İndium katkısının alüminyumun aktifliğini artırıcı etkisi şöyle açıklanmaktadır. Başlangıçta anot yüzeyinde indium metali ve alüminyum aşağıdaki reaksiyonlara göre birlikte çözünür.

Al = Al 3+ + 3 e-

In = In3+ + 3 e-

Oluşan indium iyonları alüminyum yüzeyinde toplanarak, metal halindeki alüminyumu iyon haline yükseltger ve kendisi yeniden sıfır değerli metal haline dönüşür.

Al + In3+ = Al3+ + InIndium alüminyumdan daha soy bir metal olduğundan bu reaksiyon

kendiliğinden gerçekleşir. Böylece indium katalitik bir reaksiyon ile sürekli olarak alüminyumun çözünmesini sağlar.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



111


Alüminyum anotlar ancak deniz suyu içinde veya rezistivitesi düşük tuzlu sular içinde kullanılabilmektedir. Elektrolit rezistivitesi 100 Ohm.cm den daha büyük olması halinde, anot potansiyeli -1,0 Voltun altına düşmektedir. Şekil-3.26 da, alüminyum anot potansiyelinin rezistiviteye bağlılığı görülmektedir. Şekilden görüldüğü üzere (Al + Zn + Hg ) alaşımı rezistiviteye karşı daha duyarlıdır. Bu anotların 50 Ohm.cm den daha yüksek rezeistiviteli ortamlarda kullanılması uygun değildir. Buna karşılık (Al + Zn + In + Si )alaşımından oluşan anotlar 500 Ohm.cm ye kadar elektrolitler içinde kullanılabilir kullanılabilir.

Şekil- 3.26 Alüminyum anotların potansiyelinin rezistiviteye göre değişimi

Alüminyum anotların akım kapasitesi anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlıdır. Anot akım çıkışı arttıkça akım kapasitesi de artar. Şekil-3.27 de deniz suyu içinde anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlı olarak akım kapasitesinin değişimi görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



112


Şekil-3.27 Alüminyum anot akım kapasitesinin akım yoğunluğuna göre değişimi

Alüminyum anot boyutları

Deniz içi sabit yapılarda, örneğin iskele ayaklarında, gemilerde, ham petrol depolama tanklarının taban iç yüzeylerinin katodik korunmasında diğer anotlara göre daha ekonomik olması nedeniyle alüminyum anotlar kullanılmaktadır. Kullanım yerinin özel durumuna göre anot biçim ve boyutları değişmektedir. Türk standardı TS-9234 de deniz içi yapılar için verilen alüminyum anot boyutları EK-10 da verilmektedir

Galvanik Anot Performans Deneyleri

Galvanik anotlar kullanılmadan önce kimyasal ve elektrokimyasal özelliklerinin deneysel olarak belirlenmesi gerekir. Böylece galvanik anodun katodik koruma ömrü boyunca öngörülen akım ve potansiyeli sağlayıp sağlıyamıyacağı belirlenmiş olur. Galvanik anotlar üzerinde aşağıdaki deneyler yapılır.

1- Kimyasal bileşim,2- Mekanik dayanım,3- Elektriksel direnç,

4- Elektrokimyasal performans. 1 - Kimyasal bileşim

Anot metalinden alınan bir numune üzerinde, anot performansına zararlı etki yaptığı bilinen yabancı elementlerin yüzdeleri kimyasal analizler ile belirlenir. Bu elementlerin standardlarda öngörülen değerlerden daha fazla bulunmaması gerekir.

2-Mekanik dayanım

Anotların mekanik açıdan en zayıf noktası kablo bağlantılarıdır. Anot kablo bağlantısının dayanımı pratikte aşağıdaki şekilde muayene edilir. Anodun kütlesinin beş katı kadar bir ağırlık ( en çok 100 kg) anot bağlantı kablosuna asılır. Bu yük altında bir dakika bekletildiğinde kabloda hiç bir hasar ve kopma meydana gelmemelidir.

3- Elektriksel direnç

Galvanik anotların iç kısmında, elektriksel iletimi sağlamak için çubuk veya lama biçiminde bir çelik iskelet bulunur. Bu iskelet ile anot metalinin tam olarak kaynaşması gerekir. Aksi halde anot içinde elektriksel direnç oluşur ve bunun sonucu olarak anot akım çıkışı azalır. Kablo bağlantılı veya kablosuz durumda olan anotların direncini ölçmek için Şekil-3.28 de görülen ölçüm düzeneği kullanılır.

Anot metali ile iskelet arasındaki elektriksel direnç şöyle ölçülür: Bir doğru akım kaynağından (akü olabilir) şekilde görülen ölçüm devresine 1 amper şiddetinde bir akım uygulanır. Akım şiddeti bir sürgülü reosta ile ayarlanır. Bu sırada anot metali ile iskelet arasında oluşan potansiyel farkı 0,1mV duyarlıkla ölçülür. Daha sonra akım şiddeti 2, 3, 4 ve 5 Ampere çıkarılarak ayni ölçüm yeniden yapılır. Bu ölçümler

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



113


kullanılarak anot metali - çekirdek geçiş direnci hesaplanır. Anot metali ile iskelet arasındaki direncin 0,01 Ohm’ dan büyük olması istenilmez.

4- Elektrokimyasal Deneyler

Galvanik anotların potansiyel, akım kapasitesi ve akım verimlerinin deneysel olarak belirlenmesi gerekir. Anot potansiyeli temiz bir deniz suyu içinde ( veya ASTM 1141 de verilen sentetik deniz suyu içinde), 20 0C de gümüş/gümüş klorür referans elektroda göre ölçülür. (Doygun bakır/bakır sülfat referans elektroda göre potansiyel değerini bulmak için ölçülen bu potansiyel değerine -70 mV ilave edilir.)

Anot akım verimi

Galvanik anotların akım kapasitesi ve verimininin belirlenmesi için biri “galvanostatik yöntem “, diğeri “serbest akım çıkışı yöntemi” olmak üzere iki deney yöntemi uygulanır.

Şekil-3.28 Anot metali-iskelet arasındaki elektriksel direncin ölçülmesi

Galvanostatik Yöntem

Bu deney, galvanik anottan akım çekilirken meydana gelen kütle kaybının belirlenmesi ilkesine dayanır. Şekil-3.29 da verilen deney düzeneği ile belli miktarda anot metalinin harcanması halinde kaç A.saat akım üretilebileceği belirlenir. Deneyde 1cm çap ve 3 cm boyunda silindir biçimli anot numuneleri kullanılır. Anot yüzeyleri torna ile mekanik olarak temizlenir. Yüzeyde oluşan oksit tabakasını kaldırmak için

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



114


deneyden önce anotlar derişik nitrik asit içine daldırılır. Daha sonra damıtık su ile yıkanır, kurutulur. Anot bağlantı kablosunu takmak için silindir tabanlarının birinde bir vida yuvası açılır. Bu vidaya kablo bağlandıktan sonra bu taban tam olarak izole edilir.

Anotlar bir analitik terazi ile 0,1 mg duyarlıkla tartılır ve kaydedilir. Anotlar yerine bağlandıktan sonra devreden 0,5 - 0,7 mA/ cm2 anot akım yoğunluğunda akım geçirilmeye başlanır. Akımın başlama saati kaydedilir. Akım şiddeti sürgülü reosta yardımı ile ayarlanır. Akımın hep ayni düzeyde kalmasına özen gösterilir. Deneye 5-10 gün devam edilir. Yaklaşık olarak 0,1 A.saat akım geçtikten sonra deneye son verilir. Anotlar çıkarılır, yıkanır, kurutulur ve tartılır. Deney sonunda tartımdan önce anot yüzeyinde biriken korozyon ürünlerinin çok iyi temizlenmesi gerekir. Böylece anot kütle kaybı belirlenir. Ayrıca devreden geçen gerçek akım miktarı kulonmetre ile belirlenir. (Eğer, devreden geçen akım şiddeti sabit tutulabilmiş ise, toplam akım miktarı akım şiddeti zamanla çarpılarak da bulunabilir.) Teorik akım kapasitesi Faraday Yasasına dayanılarak hesaplanır veya tablolardan alınır. Anodun gerçek akım kapasitesi devreden geçen akım miktarı deney süresince anotta meydana gelen kütle kaybına oranlanarak hesaplanır. Gerçek akım kapasitesi, hesapla bulunan teorik akım kapasitesine oranlanarak anot akım verimi bulunur.

Örneğin, bir alüminyumm anodun kütle kaybı m = 0,044 g ölçülmüş olsun. Deney süresince devreden geçen akım miktarı kulonmetreden 0,12 A.saat olarak bulunmuş ise anodun gerçek akım kapasitesi,

Anot akım kapasitesi = 0,12 / 0,044 x10-3 = 2727 A.saat/kg

Alüminyum anotların teorik akım kapasitesinin 2965 A.saat/kg olduğu göz önüne alınarak anot akım verimi hesaplanabilir.

Anot akım verimi = 2727 / 2965 = 0,92 dir

Şekil-3.29 Galvanik anot akım verimi tayini deney düzeneği.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



115


Serbest Akım Çıkışı Yöntemi

Katot/anot yüzey alanı oranı en az 200 olan bir katodik koruma devresi kurulur. Katot olarak yumuşak çelik, elektrolit olarak sentetik deniz suyu kullanılır. Bu yöntemde dıştan akım uygulanmaz. Anot-katot arasındaki driving voltaj ile devreden kendiliğinden akım geçer. Bu deneyde hem potansiyel, hem de akım ölçülür ve zamana göre grafiğe geçirilir. Deneye en az iki hafta devam edilir. Deneyde kullanılan anot başlangıçta ve sonda tartılarak kütle kaybı belirlenir. Deney süresince anottan çekilen akım miktarı, zamana karşı çizilen akım şiddeti eğrisinin altında kalan alan integre edilerek Q = i x t kulon olarak hesaplanır. Bu değer yardımı ile anot akım kapasitesi ve akım verimi yukarda olduğu gibi hesaplanır. Diğer taraftan anot potansiyelinin zamana göre değişimi ile anodun pasifleşme özelliği de belirlenebilir.

3.7 GALVANİK ANOT YATAKLARI

Galvanik anotlar doğrudan zemin içine konulmayıp, direnci azaltmak ve anottan üniform olarak maksimum akım çıkışını sağlamak amacıyla bir anot yatağı dolgusu içine konulur. Çinko ve mağnezyum anotlar için anot yatağı dolgu maddesi bentonit içine alçı (jibs) ve sodyum sülfat katılarak elde edilir. Burada jibsin görevi çözelti içine sürekli sülfat iyonu vererek anot yüzeyinde hidroksit filmi oluşmasını önlemektir. Alçı taşı suda yaklaşık olarak 3 g/l çözünür. Böylece çok uzun süre anot çevresinde rezistivitenin düşmesine yardımcı olur. Sodyum sülfatın çözünürlüğü çok yüksektir. Sodyum sülfat katılarak anot yatağı rezistivitesi 100 Ohm.cm nin altına düşürülebilir. Bentonitin su tutma kapasitesi yüksektir. Bentonit, anot yatağının sürekli rutubetli halde kalmasını sağlar. Mağnezyum ve çinko anotlar için kullanılan anot yatağı dolgusu bileşimleri Tablo -3.12 de verilmektedir. Rezistivitesi yüksek olan zeminlerde anot yatağı içine Tip B’ de olduğu gibi, % 25 ‘ e varan oranlarda sodyum sülfat katılabilir. Böylece anot yatağı rezistivitesi 50 Ohm.cm ‘ ye kadar düşürülür. Eğer zemin rezistivitesi 500 Ohm.cm ‘ den daha düşük ise, bu durumda anot yatağı malzemesine gerek kalmadan mağnezyum anotlar doğrudan zemin içine konulabilir.

Tablo-3.12 Anot yatağı dolgu malzemesi

Dolgu malzemeleri Tip - A Tip -B Jibs (CaSO4.2H2O) , % 70 -75 25-30Bentonit , % 20-25 40-50Sodyum sülfat , % 5 -6 25 -30Anot yatağı rezistivitesi, Ohm.cm 50-100 25-50

Not:Tip-A dolgusu mağnezyum anotlar, Tip-B dolgusu çinko anotlar için uygundur.

Galvanik anotların bir anot yatağı içine konulması şu avantajları sağlar :

Anot yatağı içinde anot üniform olarak çözünür. Bunun sonucu olarak anodun kullanılabilme yüzdesi artar.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



116


Anot yatağı, anot çevresinin sürekli olarak rutubetli kalmasını sağlar. Böylece anot direnci düşürülerek akım çıkışı artırılmış olur.

Anot yatağı kullanılarak, galvanik anotları yüksek rezistiviteli zeminler içinde de kullanabilmek mümkün olur.

Galvanik anot seçimi

Yeraltı boru hatlarının katodik korumasında öncelikle dış akım kaynaklı veya galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinden hangisinin seçileceğine karar verilir. Bu seçimde katodik koruma akım ihtiyacı ile zemin rezistivitesi değerleri göz önüne alınır. Katodik koruma sistem seçimine temel oluşturan grafik Şekil- 3.30 da verilmektedir.

Şekil-3.30 Galvanik anotlu ve dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin uygun olduğu bölgelerin seçimi

Galvanik anotlu korumanın seçilmesi halinde, mağnezyum veya çinko anotlardan hangisinin daha uygun olacağı aşağıdaki kriterler göz önüne alınarak belirlenir. (Zemin içinde alüminyum anotların kullanılması uygun değildir.)

1-Yüksek rezistiviteli zeminler ve tatlı sular içinde mağnezyum anotlar, özellikle HP mağnezyum anotlar tercih edilmelidir. Rezistivitesi 2000 Ohm.cm den daha yüksek olan zeminlerde çinko anotların, rezistivitesi 5000 Ohm.cm den daha yüksek olan zeminlerde de mağnezyum anotların kullanılması halinde anot akım çıkışında ve buna bağlı olarak anot akım veriminde önemli derecede azalmalar olur.

2- Mağnezyum anotlara göre çinko anotların akım verimleri yüksek ve fiyatları da daha ucuzdur. Ancak çinko anotların potansiyeli düşük olduğundan bu anotlar yalnız düşük rezistiviteli zeminler ve tuzlu sular içinde kullanılabilir. 2000 Ohm.cm den daha düşük rezistiviteli zeminler içinde her iki anot cinsi de kullanılabilir. Ayni koşullarda

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



117


mağnezyum anotlardan çekilebilen akım, çinko anotlara göre daha fazladır. Çinko anotlarla katodik korumada korunan yapının potansiyelini çok fazla yükseltebilmek mümkün değildir. Sistem potansiyeli en çok - 1,0 Volt’a kadar artırılabilir. Bu değere erişilince anottan çekilen akım şiddeti kendiliğinden azalır . Bu nedenle çinko anotlar ile hiç bir zaman aşırı koruma söz konusu olmaz. Mağnezyum anotlar boru/zemin potansiyelini gereğinden daha yüksek değerlere ulaştırdığından bir çok halde gereksiz yere fazla akım çekilerek akım israfı yapılmış olur.

3- Ayni büyüklükteki çinko anotların ömrü, mağnezyum anotlara göre daha fazladır. Bu nedenle katodik koruma ömrü uzun olduğu zaman çinko anotlar, kısa olduğu zaman mağnezyum anotlar daha ekonomiktir. Galvanik anotlardan çekilen akım şiddeti, anot - katot arasındaki potansiyel farkı ile anot direncine bağlıdır. Dolayısiyle anot direnci ne kadar azaltılabilirse, anottan çekilen akım şiddeti de o oranda artar. Böyle olunca anot yüzey alanı artırılarak örneğin bir anot yerine eşit kütlede küçük boyutlu iki anot kullanılarak, anot akım çıkışı artırılabilir. Özellikle yüksek rezistiviteli zeminler içinde küçük boyutlu çok sayıda anot kullanılması daha uygundur.

4- Anot seçiminde en önemli faktör akım maliyetidir. 1 A.yıl akım en ucuz olarak alüminyum anotlardan sağlanabilir. Ancak alüminyum anotlar zemin içinde kullanılamaz. İkinci sırayı çinko alır. Daha önce açıklandığı üzere 1 A.yıl akımın maliyeti bu günkü (1998) piyasa fiyatlarına göre, alüminyum anotlar ile 8 US$ , çinko anotlar ile 18 US$ ve mağnezyum anotlar ile de yaklaşık 30 US$ dır.

Galvanik Anotların Montajı

Galvanik anotlar zemin içinde açılmış çukurlara anot yatağı malzemesi ile paketlenmiş olarak konulur veya çukur içine anot konulduktan sonra çevresi anot yatağı malzemesi ile doldurulur. Şekil-3.31’de paket halindeki bir mağnezyum anodun ve çıplak haldeki çinko anodun anot yatağı içine montajı görülmektedir.

Galvanik anotlarda anot yatağı malzemesi olarak daha önce belirtilmiş olduğu üzere bentonit + alçı ‘ dan oluşan bir karışım kullanılır. Paket halindeki mağnezyum anotlar, bir torba içine konulmuş anot yatağı malzemesi içinde bulunur. Bu torba açılmış olan çukura yerleştirilir. Çıplak haldeki çinko anotların kullanılması halinde anotlar açılmış olan çukura konur ve etrafı anot yatağı malzemesi ile sıkıştırılarak doldurulur. Dolgu malzemesi içine % 25 oranında sodyum sülfat da katılr. Böylece anot yatağı rezistivitesi 50 Ohm.cm ‘ ye kadar düşürülebilir.. Her iki halde anot çukuru üzerine su dökülerek anot yatağı malzemesinin ıslanması sağlanır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



118


Şekil-3.31 Paketli ve paketsiz galvanik anot montajı

Paket edilmiş mağnezyum anotlar boru hattından 1,5 - 3,0 m uzaklığa konulmalıdır. Şekil-3.32. Anot boru seviyesinin en az 1 m altında olmalıdır. Kuru haldeki zeminlerde ıslak bölgeye kadar inilmelidir. Şekil-3.33. Böylece daha derine gömülmüş olan anotların meteorolojik olaylardan etkilenmesi önlenmiş olur. Bu anotlar sürekli olarak rutubetli bir zemin içinde kalacaklarından akım çıkışları üniform bir seyir gösterir. Diğer taraftan anodun yabancı inşaat faaliyetlerinden zarar görmesi ihtimali

de azalır.. Şekil- 3.32 Paket halindeki bir mağnezyum anodun bağlanması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



119


Şekil- 3.33 Galvanik anotların boru seviyesi altına yerleştirilmesi

Galvanik anotlar boru hattına bir ölçü kutusu üzerinden şöntlenerek bağlanmalıdır. Böylece ölçü kutusu üzerinden hem anodun hem de boru hattının peryodik olarak kontrolü yapılabilir. Eğer boru hattına birden fazla anodun bir noktadan bağlanması söz konusu ise, bu durumda anotlar paralel bağlanarak bir ana kabloda

toplanır ve ölçü kutusu üzerinden boruya şöntlenerek bağlanır. Şekil-3.34

Şekil-3.34 Çok sayıda galvanik anodun bir noktadan bağlanmasıÇinko anotların montajında anot ile boru hattı arasındaki mesafe için herhangi

bir sınırlamaya gerek yoktur. Anotlar, boru seviyesinin altında kalacak şekilde ve mümkün olduğunca derine yerleştirilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



120


Galvanik anotları yeraltına dikey olduğu gibi, yatay olarak yerleştirmek de mümkündür. Bu amaçla boru hattına paralel veya dikey konumda bir çukur açılarak anot yatağı malzemesinin yarısı, yaklaşık 10 cm kalınlıkta tabana serilir. Bunun üzerine anotlar düzgün aralıklarla yerleştirilir, anot kabloları ana kabloya bağlanır. Daha sonra anot yatağı malzemesinin diğer yarısı anotlar üzerine yerleştirilir. Çukurun üst kısmı kendi doğal toprağı ile doldurulur.

Anot Yatağı Direnci

Yeraltına konulmuş olan bir anodun direnci anot boyutları (çap ve boy) ile söz konusu zeminin rezistivitesine bağlıdır. Tek anot direnci anodun dik veya yatay olarak konulmuş olduğu göz önüne alınarak Dwight formülleri ile hesap edilebilir. Bu formüller L/d > 5 olan silindir biçimli anotlar için kullanılır. Anotların en az anot boyu kadar derine gömülmüş olması gerekir. (Çubuk biçiminde fakat dairesel kesitte olmayan anotlar için efektif çap kullanılır.)

Dikey konumdaki tek anot direnci,

Yatay konumdaki tek anot direnci,

Burada,Rd : Dik olarak yerleştirilen tek anot direnci,Ohm

Ry :Yatay olarak yerleştirilen tek anot direnci,Ohm : Anot yatağı rezistivitesi, Ohm.cm L : Anot boyu,cm (Anot yatağı dahil) d : Anot çapı,cm (Anot yatağı dahil)

Paralel olarak bağlanmış (n) sayıda anodun (s m) aralıklarla bağlanması halinde anot yatağı toplam direnci için de aşağıdaki bağıntı kullanılabilir.

R =

Burada, n : Paralel bağlanmış anot sayısı, s : Anotlar arasındaki mesafe, cm dir.

Bir anot yatağı direnci, akımın metalden anot yatağına ve anot yatağından zemine geçiş dirençleri toplamından oluşur. Bu dirençler ayrı olarak hesaplanmalı ve bu ikisi toplanarak toplam anot yatağı direnci bulunmalıdır. Örneğin 17 lb ‘lik bir paket

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



121


mağnezyum anodun = 1000 Ohm.cm rezistiviteli bir zemin içindeki direnci şöyle hesaplanabilir.

17 lb standard mağnezyum anot boyutları : 8,75 cm x 8,75 cm x 45 cm Efektif çap : = 4,94 cm

17 lb paket mağnezyum anot boyutları : Çap = 16,25 cm, boy = 72,5 cm

Anot iç direnci ,

Riç = = 0,58 Ohm

Anot yatağı direnci,

R = = 5,65 Ohm

Anot yatağı toplam direnci, RA = 5,65 + 0,58 = 6,23 Ohm

Standard tipte paket mağnezyum anotların = 1000 Ohm.cm zemin içindeki dirençleri hesaplanmış ve grafikler halinde verilmiştir. Şekil-3.35 de paralel bağlanmış 17 librelik (n) sayıdaki anottan oluşan anot yatağının, anotlar arasındaki mesafeye göre direncini veren grafikler görülmektedir. Bu grafikler = 1000 Ohm.cm zeminler için verilmiş olmasına rağmen, rezistivitesi farklı olan zeminler için de kullanmak mümkündür. Bu durumda grafikten 1000 Ohm.cm rezistivite için okunan anot yatağı direnci F = /1000 faktörü ile çarpılır. Benzer şekilde 17 lb lik standart mağnezyum anotlar için hazırlanmış olan bu grafikler diğer standart anot tipleri için de kullanabilir. 9 lb lik standart paket mağnezyum anot direncini bulmak için grafikten okunan direnç değeri F = 1,25 faktörü ile, 32 lb lik standard paket mağnezyum anot direncini bulmak için de F = 0,90 faktörü ile çarpılır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



122


Şekil-3.35 17 lb standard paket mağnezyum anot yataklarının = 1000 Ohm.cm rezistiviteli zemin içindeki dirençleri

Örneğin, 5 adet 32 lb lik standart paket mağnezyum anodun, 4,5 m aralıklarla 3000 Ohm.cm rezistiviteli bir zemin içine koymuş olduğumuzu düşünelim. Bu anot yatağının toplam direnci grafik yardımı ile şöyle bulunur: 17 lb lik 5 adet standart paket mağnezyum anotların 4,5 m aralıklar ile = 1000 Ohm.cm zemin içindeki direnci Şekil-3.35 de verilen grafikten 1,4 Ohm olarak okunur. Zemin rezistivitesi = 3000 Ohm.cm olması halinde bu değer R = 3000 / 1000 x 1,4 = 4,2 Ohm olur. 32 lb lik standard paket mağnezyum anotlar kullanılması halinde ise, anot yatağı direnci RA = 0,90 x 4,2 = 3,8 Ohm olarak bulunur.

Paralel bağlanmış (n) anotdan oluşan bu anot yatağının direnci yukarda verilmiş olan formül kullanılarak hesapla da bulunabilir.

R =

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



123


R = = 3,7 Ohm

Anot iç dirençleri de dahil edilerek, R = 3,7 + 0,08 = 3,78 Ohm bulunur

Standart tipte 17 librelik mağnezyum ve 150 cm boyunda çinko çubuk anotların 4,5 m aralıklarla paralel bağlanması halinde 1000 Ohm.cm zemin içinde gösterdikleri direnç Şekil-3.36 da grafik halinde verilmektedir.

Şekil-3.36 Zemin içine dik olarak konulmuş standart mağnezyumve çinko anotların 1000 Ohm.cm rezistiviteli zemin içindeki dirençleri

Daha önce verilmiş olan örnekte ele alınan 4,5 m aralıklarla paralel bağlanmış 17 lb lik 5 adet mağnezyum anodun 1000 Ohm.cm zemin içinde göstermiş olduğu direnç bu grafikten de R = 1.4 Ohm olarak okunur.

Buna benzer olarak standart çinko anotlar için de, zemin rezistivitesine bağlı olarak anot direncini doğrudan veren grafikler hazırlanmıştır. Şekil-3.37. Şekilde, biri (3,5 cm x 3,5 cm x 150 cm) ve diğeri (5 cm x 5 cm x 150 cm) boyutlarında olan iki tip standart çinko anot için dolgulu ve çıplak olarak değişik rezistiviteli zeminler içindeki dirençleri verilmektedir. Bu iki anodun, kesit alanları birbirinden biraz farklı olmakla beraber bu farkın anot direnci üzerine etkisi çok azdır

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



124


Şekil-3.37 Standard çinko anotların değişik zeminler içindeki direnci

Anot yatağı direnci bilindiğinde, anot ile boru arasındaki potansiyel farkı yardımı ile anot akım çıkışları hesaplanabilir. Standart tipte galvanik anotlardan değişik rezistiviteli zeminler içinde çekilebilen maksimum akım şiddeti grafikler halinde hazırlanmıştır.Şekil-3.38

Şekil-3.38 Standard mağnezyum ve çinko anotlardan çeşitli zeminler içinde çekilebilen akım şiddeti

Grafikten görüldüğü üzere 17 lb lik standart bir mağnezyum anottan 3000 Ohm.cm rezistiviteli bir zemin içinde 35 mA, 9 lb’lik mağnezyum anottan 25 mA. 5 lb’lik mağnezyum anottan da 15 mA akım çekilebilmektedir. Eğer 17 lb lik yüksek potansiyelli HP tipi mağnezyum anot kullanılırsa bir anottan 3000 Ohm.cm rezistiviteli

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



125


zemin içinde 50 mA akım çekilebilir Ayni zemin içinde (3,5 cm x 3,5 cm x 150 cm) boyutlarındaki çinko anottan çekilebilen akım şiddeti de 35 mA dir.

Galvanik Anotlu Katodik Koruma Sistemlerinin Projelendirilmesi

Bir katodik koruma sisteminin hem ekonomik olması, hem de yeterli süre güvenli şekilde görevini yerine getirmesi için, projelendirme sırasında muhtemel bütün seçeneklerin göz önüne alınması ve en uygun çözümün bulunması gerekir. Bunu bir örnek üzerinde açıklıyalım.

ÖRNEK: 40 cm çapında ve 10 km uzunluğunda polietilen kaplanmış bir boru hattı 20 yıl süre ile katodik olarak korunacaktır. Zemin rezistivitesi ortalama 3000 Ohm.cm dir. Arazide yapılan deneylerde katodik koruma akım ihtiyacı i = 50A/m2

olarak bulunmuştur.

Proje için gerekli değerlerin hesaplanmasında aşağıdaki yol izlenir:

1- Korunacak yüzey alanı :

A = d L = 3,14 x 0,40 x 10000 = 12560 m2

2- Katodik koruma akım ihtiyacı :

i = 0,050 x 12560 = 628 mA

3- Katodik koruma sistem seçimi :

Zemin rezistivitesi ve katodik koruma akım ihtiyacı göz önüne alınarak Şekil-3.30 da verilen grafik yardımı ile bu boru hattına uygulanacak katodik koruma sistemi belirlenir. Projede zemin rezistivitesi 3000 Ohm.cm ve akım ihtiyacı da 0,628 A olduğuna göre, galvanik anotlu katodik koruma sisteminin daha uygun olacağı bulunur.

4- Galvanik anot cinsi:

Zemin rezistivitesi 2000 Ohm.cm den yüksek olduğu için çinko anotların kullanılması uygun olmaz. Galvanik anot olarak AZ-63 veya yüksek potansiyelli HP mağnezyum anotlar kullanılabilir.

5- Anot direnci :

Söz konusu zemin içine dik olarak yerleştirilmiş olan 17 lb’lik standard paket mağnezyum anodun ( 190 mm x 600 mm ) direnci şöyle hesaplanır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



126


R = = 17,8 Ohm

Anot metalinden anot yatağına geçiş direnci,

Riç = = 1,2 Ohm

Tek anot direnci, Ra = 17,8 + 1,2 = 19,0 Ohm

6-Anot akım çıkışı:

17 lb ‘lik AZ-63 standard mağnezyum anotların her birinden söz konusu zemin içinde çekilebilen maksimum akım şiddeti,

i = 700 / 19,0 = 37 mA

17 lb ‘ lik HP mağnezyum anotların direnci R = 17,6 Ohm dur. Bir anottan çekilebilen maksimum akım şiddeti,

i = 900 / 17,6 = 51 mA dir

7-Anot ömrü :

Galvanik anot ömrü, katodik koruma ömrüne eşdeğerdir.Yukarda seçilmiş olan mağnezyum anotların ömürlerini hesaplıyalım.

37 mA akım çekilmesi halinde 17 lb’lik AZ-63 mağnezyum anot ömrü,

Anot ömrü (yıl) =

Anot ömrü = = 22,5 yıl

51 mA akım çekilmesi halinde 17 lb’lik HP mağnezyum anot ömrü,

Anot ömrü = = 16,3 yıl

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



127


Buradan 17 lb’lik HP mağnezyum anotların yeterli ömrü sağlıyamadığı için uygun olmıyacağı buna karşılık 17 lb’lik standart mağnezyum anotların istenilen ömrü sağlıyabileceği anlaşılmaktadır.

8 -Anot sayısı :

Boru hattını 20 yıl süre ile koruyacak olan minumum anot sayısını belirlemek için aşağıdaki iki koşulun bir arada sağlanması gerekir.

Birinci koşul : Boru hattını katodik olarak koruyabilmek için yeterli akım şiddetinin anotlardan çekilebilmesi için gerekli minimum anot sayısı,

n = 628 / 37 17 adet Katodik koruma için 17 lb’lik AZ-63 standart mağnezyum anotlardan en az 17

adet anot kullanılması gerekir.

İkinci koşul : Katodik koruma ömrü için anot kütlesinin yeterli olması,

Katodik koruma ömrü = = 22,5 yıl

17 adet AZ-63 mağnezyum anot ile boru hattını 22,5 yıl katodik olarak korumak mümkün olabilir.

Gerçekte anotlar hesapla bulunan bu değerlerden daha uzun ömürlüdür. Bunun nedeni katodik koruma akım ihtiyacının zamanla azalmasıdır. Anot bağlantıları yapıldıktan kısa bir süre sonra, katot polarize olarak potansiyelinde negatif yönde artış olur ve anot-katot arasındaki potansiyel farkı (driving voltage) büyük ölçüde azalır. Buna paralel olarak anotlardan çekilen akım şiddetinde de zamanla azalma gözlenir. Sonuç olarak anot ömürleri beklenenden daha uzun sürelidir. Ancak, zamanla boru kaplama direncinde de azalma olacağı ve akım ihtiyacının gittikçe artacağı gözden uzak tutulmamalıdır. Bu durumda da galvanik anotlardan daha fazla akım çekilecek ve anot ömrü kısalacaktır. Bu iki faktörden hangisinin daha fazla etkili olacağı ortam koşullarına bağlıdır. Proje mühendisi tecrübesine dayanarak yeterli anot sayısını belirleyebilir.

9- Anot ömrü - akım ihtiyacı dengesi:

Yukarda yapılan hesaplarla belirlenmiş olan 17 adet 17 lb’lik AZ-63 standart paket mağnezyum anot hem akım çıkışı olarak, hem de kütle olarak her iki koşulu birlikte sağlamıştır. Bu iki koşulu sağlayan anot sayıları çoğu zaman birbirinden farklı olur. Bu durumda zorunlu olarak büyük olan anot sayısı seçilir. Ekonomik açıdan her iki yolla hesaplanmış olan anot sayılarının bir birine yakın olması istenir. Bunu sağlamak için proje aşamasında aşağıdaki yöntemler uygulanır.

Anot ömrünün ön görülen değerden daha fazla olması halinde:

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



128


Daha küçük boyutlu ( tercihan L/d oranı yüksek) anot tipleri kullanılır. Böylece akım şiddeti düşürülmeden toplam anot kütlesi azaltılabilir. Veya AZ-63 tip mağnezyum anotlar yerine HP mağnezyum anotlar kullanılır. Böylece ayni şiddetteki akım daha az sayıda anottan çekilebilir.

Örneğin, projede öngörülen 628 mA akımı n = 628/51 12 adet 17 lb’lik HP

standard mağnezyum anottan çekebilmek mümkündür.

Anot ömrünün ön görülen değerden daha az olması halinde:

Bu durumda anot ömrünü artırabilmek için iki yol önerilebilir. Daha büyük boyutlu (tercihan L/d oranı küçük) anot tipleri kullanılır. Böylece anotlardan çekilen akım şiddeti artırılmadan toplam anot kütlesi artırılmış olur. Veya anotlar boru hattına iki veya daha fazla sayıda gruplar halinde bağlanır. Böylece anot yatağı direnci artırılmış ve buna paralel olarak anotlardan çekilen akım azaltılarak anot ömrü artırılmış olur.

Örneğin, projede 20 yıl olarak ön görülen katodik koruma ömrünü 25 yıla çıkarmak isteyelim. Bu amaçla 17 lb’lik standard anotları ikili gruplar halinde bağladığımızı düşünelim. 2 m aralıklarla paralel bağlanmış iki anottan oluşan bir anot yatağının direnci Şekil -3.35 de verilen grafiğe göre 3,5 Ohm dur. Bu değer 1000 Ohm.cm zemin rezistivitesi içindir. 3000 Ohm.cm rezistiviteli zemin içindeki anot direnci Ra = 3x3,5 = 10,5 Ohm olacaktır. Bu rurumda bir anot yatağından çekilen akım I = 700/10,5 = 66,7 mA dir. Buna göre, katodik koruma için gerekli olan 628 mA akımı sağlıyabilmek için , 628 / 66,7 10 adet anot yatağı, yani 20 adet 17 lb’lik standart paket anot kullanılması gerekecektir. 20 adet anot kullanılması halinde katodik koruma ömrü,

Katodik koruma ömrü = = 26,5 yıl olur.

.10-Anot bağlantıları:

Yukardaki hesaplamalar anotların boruya ayrı ayrı noktalardan tek olarak bağlanması hali içindir. Her anot için ayrı bir çukur açılması, ayrı bir kablo ile ve ayrı bir ölçü kutusu üzerinden boruya bağlanması maliyeti artırıcı olarak rol oynar. Diğer taraftan boru hattı boyunca anot yatağı için çok sayıda uygun yer bulunması da her zaman mümkün olmayabilir. Bu durumda iki veya daha fazla anodun grup halinde bir noktadan ve bir ölçü kutusu üzerinden bağlanması yoluna gidilir. Böylece işcilik ve montaj maliyetinde de azalma sağlanabilir.

Bu hesaplama yönteminden anlaşılacağı üzere, proje tasarımında teknik ve ekonomik faktörlerin çok iyi dengelenmesi gerekir. Proje mühendisi tecrübesine dayanarak çeşitli alternatif çözümler içinden en uygununu seçebilmelidir.

Galvanik anotlarla yapılmış olan bu örnek projeye ait parametreler toplu olarak aşağıda liste halinde verilmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



129


GALVANİK ANOTLU KATODİK KORUMA PROJE PARAMETRELERİ

Parametreler Proje değerleriBoru hattı uzunluğu 10 kmBoru çapı 40 cmKaplama cinsi PolietilenZemin özgül direnci 3000 Ohm.cmAkımihtiyacı (deneyle veya tablodan)

50 A/m2

Korunacak toplam yüzey alanı 12560 m2

Katodik koruma toplam akım ihtiyacı

628 mA

Katodik koruma sistemi Galvanik anotluKatodik koruma ömrü 20 yıl (en az)Galvanik anot cinsi Mağnezyum (AZ-63)Anot sayısı ve boyutu

17 adet 17 lb’lik AZ -63 standart paket anot

Tek anot direnci 19 OhmTek anottan çekilen akım şiddeti 37 MaAnot ömrü 22,5 yılAnot bağlantı kablosu cinsi ve boyu

10 mm2 NYY , 5 m

Ölçü kutusu 17 adet

3.8-DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODIK KORUMA

Bir doğru akım kaynağından alınan yeterli şiddet ve potansiyeldeki doğru akım boru hattına uygulanarak, boru hattı katot haline getirilebilir. Doğru akım genellikle bir şebekeden alınan alternatif akım, bir transformatör-redresör ünitesinden geçirilerek elde edilir. Transformatör redresör ünitesinden çıkan doğru akımın (+) ucu anot yatağına, (-) ucu da korunacak olan boru hattına bağlanır. Şekil- 3.40

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



130


Şekil- 3.40 Bir boru hattının dış akım kaynaklı katodik korunması

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde, galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinden farklı olarak akım ve potansiyel istenildiği kadar artırılabilir. Bu nedenle bir anot yatağı ile çok uzun boru hatları korunabilir. Ancak aşırı korumaya neden olmaması için boru/zemin potansiyelinin akım uygulanan noktada belli bir değerin üzerine çıkarılmaması gerekir. Bir noktadan korunabilen boru uzunluğu, borunun cinsine (çapına ve boru et kalınlığına), kaplama kalitesine ve katodik koruma akım ihtiyacına bağlıdır.

Transformatör - Redresör Üniteleri

Katodik koruma sistemlerinde kullanılan transformatör-redresör üniteleri ile şebekeden alınan tri faze veya monofaze alternatif akım önce bir transformatörden geçirilerek potansiyeli istenilen seviyelere düşürülür. Daha sonra bu düşük potansiyelli alternatif akım bir redresörden geçirilerek doğru akım haline dönüştürülür. Elde edilen doğru akım potansiyelini istenilen düzeye ayarlayabilmek için TR ünitesinde değişik potansiyel kademeleri bulunur. Şekil-3.41

Şekil-3.41 Monofaze ve trifaze alternatif akımı doğru akıma çeviren transformatör-redresör ünitelerinin şematik görünüşü

Alternatif akımı doğru akıma çeviren redresörlerde yarı iletken olarak silisyum veya selenyum diodlar kullanılır. Bu redresörler alternatif akımı yarım dalga veya tam dalga olarak doğru akım haline çevirirler. Şekil-3.42 Silisyum diodlar hem verimleri

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



131


yüksek olduğu, hem de daha az yer kapladıkları için tercih edilmektedir. Silisyum diodların verimi selenyum diodlara göre yaklaşık % 10 daha fazladır.

Şekil -3.42 Alternatif akımı doğru akıma çeviren redresör üniteleri (a) yarım dalga , (b) tam dalga

Bir alternatif akım saniyede 60 kez yön değiştirir. Bu nedenle redresör çıkışındaki doğru akım potansiyelinde sinüzoidal bir dalga meydana gelir. Buna “ripple” denir. Bu dalgalı akım katodik koruma potansiyelinde de kendini gösterir. Ancak bu potansiyel değişimi hem çok küçük, hem de saniyenin yüzde biri kadar kısa sürede gerçekleştiğinden pratikte bir sakınca oluşturmaz. Şekil-3.43

Şekil -3.43 Bir tam dalga redresör ünitesinden beslenen katot potansiyelinde ripple nedeniyle meydana gelen oynamalar.

Şekilde görüldüğü gibi, katodik olarak korunan yapının potansiyeli -1200 ile -1400 mV arasında sürekli değişir. Fakat bu değişim (ripple) ölçü aletlerinde gözlenemez. Voltmetrede sabit bir değer - 1300 mV okunur. Potansiyelde meydana gelen bu dalga hareketi devreden geçen akım şiddetinde de kendini gösterir. Devreden geçen akım da sinüzoidal bir dalgalanma biçimindedir.

Transformatör-redresör ünitelerinde alternatif akım doğru akıma yaklaşık olarak % 60-70 civarında bir verim ile çevrilebilir. Transformatör-redresör verimi şöyle tanımlanır.

Transformatör-redresör verimi = x100

Doğru akım çıkış gücü, doğru akım çıkış voltajı ile potansiyeli çarpılarak Watt cinsinden bulunur. Alternatif akım giriş gücü ise, girişte alternatif akım için konulan wattmetre’den (elektrik saati) ölçülebilir. Örneğin yarım saat içinde 0,2 kW.saat elektrik enerjisi harcanmış ise, alternatif akım giriş gücü = 0,2 kW.saat / 0,5 saat = 0,4 kW = 400 Watt ‘dır. Bu süre içinde transformatör-redresör ünitesinden 15 Volt potansiyelinde 20 Amper doğru akım çekilmiş ise, bu ünitenin doğru akım çıkış gücü = 20 A x 15 V = 300 Watt ‘dır. Bu durumda transformatör redresör verimi = 300 / 400 = 0,75 olacaktır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



132


Transformatör-redresör verimi, üniteden çekilen doğru akım çıkış potansiyeline bağlı olarak değişir. Potansiyel arttıkça verim de artar. 10 Volttan daha düşük potansiyellerde transformatör-redresör verimi % 60 ‘ın altına düşer. Trifaze akım kullanılması halinde verim daha yüksektir. Transformatör-redresör veriminin, doğru akım çıkış potansiyeline bağlılığı Şekil-3.44 de görülmektedir.

Şekil-3.44 Transformatör-redresör veriminin doğru akım çıkış potansiyeline göre değişimi

Sabit Potansiyelli Transformatör-Redresör Üniteleri

Bazı hallerde katodik koruma sistemlerinde sabit potansiyelde doğru akım üreten TR ünitelerinin kullanılması gerekir. Özellikle çevreden kaçak akım olduğunda, veya anot yatağı direncinin mevsimlere bağlı olarak değişmesi halinde, akım ihtiyacında değişiklik olur. Böyle durumlarda TR ünitesi akımı otomatik olarak gerektiği kadar azaltıp - çoğaltmak suretiyle boru/zemin potansiyelinin istenilen düzeyde sabit kalmasını sağlar. Şekil-3.45

Bu amaçla korunmakta olan yapının yakınına bir sabit referans elektrot konur. Referans elektrotdan alınan potansiyel değeri, bir manyetik amplifiye tarafından akımın kontrolünde kullanılır. Eğer potansiyel ayarlanmış olan değerden fazla ise, amplifiye akımı kısa bir süre kesmek suretiyle potansiyelin düşmesini sağlar. Eğer potansiyel düşük ise, transformatör-redresör ünitesinden otomatik olarak daha fazla akım çekilir. Böylece önceden ayarlanmış olan boru/zemin potansiyeli sürekli olarak sabit tutulmuş olur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



133


Şekil-3.45 Potansiyeli sabit tutan transformatör-redresör ünitesi

Transformatör- Redresör Montajı

Transformatör-redresör (rektifiye) kutuları dış etkilerden zarar görmeyecek ve çevre koşullarına (yağış, sıcaklık vb.) dayanıklı olacak şekilde monte edilmelidir. Bunu sağlamak üzere TR kutuları genellikle yerden en az 30 cm yükseklikte bir beton blok üzerine Şekil-3.46, veya bir direk üzerine monte edilir Şekil- 3.47

Direkt üzerine konulması halinde TR ünitesi yerden en az 130 cm yükseklikte olmalıdır. Şebekeden alınan alternatif akım kablosu bir koruyucu boru içinden geçirilmeli ve bu boru direkt üzerine kelepçe ile bağlanmalıdır. Transformatöt-Redresör ünitesi kutusu dışında bir akım kesme şalteri bulunmalıdır. Trasformatör –Redresör üniteleri dış kabini mutlaka topraklanmalıdır. Doğru akım çıkış kablolarının (+) ve (-) kutupları dıştan işaretlenmelidir.

Otomatik tip ve PC tabanlı TR ünitelerinde ayrıca sabit tip bir referans elektrod kablosu çekilmeli ve bu kablo boru hattı yakınındaki referans elektroda bağlanmalıdır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



134


Şekil-3.46 Rektifiye kutusunun beton blok üzerine montajı

Şekil- 3.47 Rektifiye kutusunun direk üzerine montajı

Transformatör-Redresör Ünitesi Teknik Özellikleri

Bir katodik koruma sisteminde kullanılacak olan TR ünitesinin aşağıda verilen teknik özelliklerinin proje aşamasında net olarak belirlenmesi gerekir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



135


Alternatif akım 220 Volt monofaze , 380 Volt trifaze. TR kapasitesi, doğru akım çıkışı, akım şiddeti ve potansiyeli. Hava soğutmalı veya yağ soğutmalı olacağı. Patlamaya karşı dayanıklı (explosion

proof) olduğu. (Korozif atmosferin söz konusu olduğu ortamlarda yağ soğutmalı tipte transformatör-redresör ünitelerinin, rafineri, petrokimya ve yanıcı gazların mevcut olduğu ortamlarda da patlamaya karşı dayanıklı “exproof“TR ünitelerinin kullanılması gerekir.)

TR ünitesinin selenyum veya silikon diodlu olduğu. Maksimum çalışma sıcaklığı. TR kutusu içinde bulunan ampermetre ve voltmetre gibi ölçü aletlerinin, kapasiteleri

ve duyarlık dereceleri. TR kutusunun direk, duvar veya zeminde beton blok üzerine monte edileceği.

Kablo Bağlantıları

Kablolar boruya thermit kaynak yapılarak bağlanır. Bu amaçla boru kaplaması üzerinde dikdörtgen biçimli bir yer açılır ve bu çukur parlak çelik görününceye kadar temizlenir. Şekil-3.48 de görüldüğü gibi thermit kaynak makinasının kalıbı bu çukura konur ve termit tozu ateşlenerek eritilir. Kaynak yapıldıktan sonra çevrede kalan cüruflar temizlenir ve açık olan bölge soğuk tatbikli mastik malzemeler ile tam olarak izole edilir. Yanıcı gaz ve patlama tehlikesinin söz konusu olduğu bölgelerde thermit kaynağının kullanılması tehlike yaratır. Bu durumda kablolar boruya Şekil-3.49 da görüldüğü gibi mekanik olarak bağlanabilir.

Şekil-3.48 Kabloların boruya thermit kaynak ile bağlanması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



136


Şekil-3.49 Kabloların boruya mekanik olarak bağlanması

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde anot bağlantı kabloları yüksek şiddetde doğru akım taşırlar. Potansiyel düşüşünü önlemek için bu kabloların geniş kesitli olması ve bağlantıların direnç oluşturmasının önlenmesi gerekir. Yeraltına gömülü olan bu kablo bağlantılarında bulunan küçük bir delik, hem akım kaçağına neden olur, hem de korozyon sonucu kopma meydana gelebilir. Anot kablo bağlantılarında kaçak olursa, TR ünitesinden anoda uygulanan doğru akım voltajı düşer. Kabloların birbirine ve ring halkasına bağlantısı Şekil-3.50 de görüldüğü gibi yapılır ve bağlantı çevresi yukarda thermit kaynak bölgesinde olduğu gibi çok iyi şekilde izole edilir.

Şekil-3.50 Kablo bağlantıları 3.9 - DIŞ AKIM KAYNAKLI ANOTLAR

Bir katodik koruma devresinden akım geçebilmesi için anot ve katot yüzeylerinde aynı anda ve eşdeğer miktarda kimyasal reaksiyonların yürümesi gerekir. Anot ve katot yüzeylerinde yürüyen kimyasal reaksiyonlar katodik koruma sistemlerinin performansını belirleyen en önemli kriterlerdir.

Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde anot reaksiyonu galvanik anodun çözünmesi şeklinde yürüdüğü halde, dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde anot metali ve elektrolit cinsine bağlı olarak anot yüzeyinde çeşitli reaksiyonlar meydana gelir. Anot reaksiyonu anodun verimine ve ömrüne doğrudan etki yapar. Metal cinsi ne olursa olsun, anotta daima bir oksidasyon reaksiyonu meydana gelir. Anot yüzeyinde hangi oksidasyon reaksiyonunun yürüyebileceğini ortam koşullarına bağlı olarak muhtemel reaksiyonların serbest entalpi değişimleri belirler. Ancak gaz çıkışı reaksiyonlarında metal yüzeyinde aşırı gerilim oluşabilir. Yine bunun gibi anotta meydana gelen bazı kimyasal bileşiklerin anot yüzeyinde çökelmesi ile metal-elektrolit ara yüzeyinde yürümesi beklenen reaksiyonun hızı yavaşlayabilir. Bütün bunlar anot reaksiyonlarını oldukça karışık bir hale dönüştürür.

Anot Reaksiyonları

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



137


Su veya zemin içinde bulunan bir anodun yüzeyinde yürüyen başlıca anot reaksiyonları şunlardır.

1- Metalin oksitlenme reaksiyonu

Örneğin hurda demirin yardımcı anot olarak kullanılmasında olduğu gibi, soy olmayan anot metalleri galvanik anotlara benzer şekilde oksitlenerek metal iyonu halinde çözeltiye geçerler.

Me = Me2+ + 2e-

Oluşan metal iyonları nötral ortamlarda su ile reaksiyona girerek hidroksit haline dönüşebilir.

Me2+ + 2 H2O = Me(OH) 2 + 2H+

Metal hidroksitlerin çözünürlüğü genellikle azdır. Bu nedenle anot yüzeyinde çökelerek kabuk oluştururlar. Bu reaksiyonlar sonucu anot bölgesi asidik bir karakter kazanır. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde demir ve alüminyum gibi soy olmayan metal alaşımları kullanılması halinde anotlar aynen galvanik anotlar gibi çözünerek kısa sürede harcanırlar.

2- Anotta oksijen çıkışı

Anot soy bir metal ise (veya pasifleşmiş ise) anotta suyun ayrışması sonucu oksijen çıkışı meydana gelebilir.

2H2O = 2H+ + 2OH-

2OH - = ½ O 2 + H2 O + 2e -

Toplam reaksiyon, H2O = ½ O2 + 2H+ + 2e-

Bu reaksiyon sonucunda da anot civarında asidik bir ortam oluşur. Tatlı sularda ve zemin içinde hakim anot reaksiyonu yukarda verilen reaksiyonda olduğu gibi oksijen çıkışı şeklindedir.

3- Anottan klor çıkışı

Deniz suyu içinde veya klorür konsantrasyonu yüksek olan diğer tuzlu sular içinde anotta oksijen yerine ( veya onunla birlikte) klor gazı çıkabilir.

2 Cl- = Cl2 + 2e-

Açığa çıkan klor gazı su ile reaksiyona girerek,

Cl 2 + 2 H2O = 2HClO

hipokloröz asidi oluşturur. Bu asit zayıf bir asit olduğundan klor çıkışı halinde anot bölgesinde pH düşüşü çok fazla olmaz.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



138


Anotta oksijen veya klor gazlarından hangisinin çıkacağı elektrolit içinde bulunan klorür konsantrasyonuna ve anot metali üzerinde söz konusu gazların aşırı gerilim değerlerine bağlıdır. Standart elektrot potansiyelleri klor için -1.36 Volt, oksijen için -0.40 Volt'dur. Deniz suyu içinde klorun ayrışma gerilimi -1.39 Volt, oksijenin ayrışma gerilimi -0.81 Volt olmasına rağmen oksijen aşırı geriliminin yüksek oluşu

nedeniyle (demir yüzeyinde 1 mA/cm2 akım yoğunluğunda oksijen aşırı gerilimi 0.70 Volt) deniz suyu içinde çok yüksek olmayan akım yoğunluklarında genellikle anotta klor çıkışı olur.

4- Karbondioksit çıkışı

Zemin içinde kullanılan anotlar genellikle kok tozundan oluşan bir anot yatağı içine konulur. Bu tip anot yataklarında anot reaksiyonu, karbonun karbon dioksite veya karbon monoksite kadar oksitlenmesi şeklindedir.

C+ H2O = CO + 2H+ + 2 e-

C + 2H2O = CO2 + 4H+ +4 e-

Bu reaksiyonlar için kok tozunun ıslak halde olması gerekir. Reaksiyon sonunda anot bölgesi diğer anot reaksiyonlarında olduğu gibi yine asidik bir karakter kazanır.

Anotlardan Beklenen Özellikler

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde çok çeşitli cins ve boyutta anot kullanılmaktadır. Anot seçiminde gözönüne alınacak temel kriterler şöyle özetlenebilir.

Katodik koruma sistemlerinde ilk tesis maliyetinin yaklaşık yarısı anotlara harcanır. Bu nedenle anot metalinin ucuz olması ekonomik açıdan önem taşır.

Anot birim yüzeyinden çekilebilen akım mümkün olduğunca yüksek olmalı ve anot direnci zamanla fazla artış göstermemelidir.

Anottan çekilen birim akım (A.yıl) başına anot kütle kaybı mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Anotlar kendilerinden beklenen süre ve miktarda akım üretebilmelidir.

Bunun dışında anotlar sağlam, hafif ve kimyasal etkilere dayanıklı olmalı ve çevreyi kirletici toksik maddeler yaymamalıdır. Ticari anotlar değerlendirilirken yalnız fiyatı değil, bütün bu teknik özelliklerinin de göz önüne alınması gerekir.

Anot Cinsleri

Endüstride su altında, zemin içinde, deniz suyunda ve değişik kimyasal elektrolitler içinde kullanılmak üzere çeşitli anot tipleri geliştirilmiştir. Projelendirmede uygun bir seçim yapabilmek için başlıca ticari anotların teknik özelliklerinin tam olarak bilinmesı gerekir.

Grafit Anotlar:

Ülkemizde çok fazla kullanılmayan grafit anotlar, ekonomik oluşları nedeniyle deniz suyu, tatlı su ve zemin içinde yardımcı anot olarak kullanılmaktadır. Grafit anot yüzeyinde anot reaksiyonu ile yalnızca gaz çıkışı meydana geldiğinden, grafit anotların yüzeyinde pasif tabaka oluşmaz. Zemin ve tatlı sular içinde bulunan karbon dioksit ve

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



139


oksijen çıkışı meydana gelir. Deniz suyu içinde ise, esas olarak klor gazı oluşur. Yüksek akım yoğunluklarında klor yanında az miktarda oksijen ve karbondioksit gazları da çıkabilir.

Grafit anotlardan tatlı sular içinde 4 A/m2, zemin içinde 10 A/m2, deniz suyu içinde 30 A/m2 den fazla akım çekilmesi sakıncalıdır. Normal halde grafit anotlardan 2,5 - 3,0 A/m2 akım çekilmesi uygundur. Bu durumda anot kütle kaybı 0,5 kg/A.yıl değerinin altında kalır. Yüksek akım yoğunluklarında grafit anot kısa süre içinde parçalanır.

Zemin içinde grafit anotların kok tozu anot yatağı içine konulması uygundur. Böylece anodun üniform olarak harcanması sağlanabilir. Ancak anot reaksiyonu sonucu oluşan gazların anot bölgesinden uzaklaştırılması için özel önlemler alınması gerekir. Çok ince kok tozu veya içine kireç katılmış olan anot yataklarında gaz birikimi olabilir. Bunu önlemek üzere elenmiş kok tozu kullanılması gerekir. Eğer anot yatağı ıslak ise, veya yeraltı su tablası altında kalıyor ise, kok tozu içine bir miktar söndürülmüş kireç katılması, anot reaksiyonu sonucu açığa çıkan asitleri nötürlemek bakımından faydalıdır.

Grafitin elektrot potansiyeli çeliğe göre yaklaşık 1,7 Volt daha pozitiftir. Bu durumda akımsız halde iken grafit katot, çelik anot olacaktır. Grafitin anot haline gelmesi için katodik koruma devresine 1.7 Volt ilave bir potansiyel uygulanması gerekir.

Demir-Silikon Anotlar:

Bileşiminde yaklaşık % 14.4 oranında silisyum içeren dökme demir anotlar (HSI) yardımcı anot olarak pratikte çokca kullanılmaktadır. Bu anotların yüzeyinde kısa sürede sağlam bir silisyum dioksit tabakası oluşur. Bu filim anodun parçalanmasını önler, fakat silisyum dioksit iletken özellikte olduğundan anot direncinin artmasına neden olmaz. Anot yüzeyinde,

Si 4+ + 4H20 = Si(OH)4 + 4H+

reaksiyonu meydana gelir. Burada iletkenliği H+ iyonları sağlar. Bu nedenle anot yüzeyinin tam olarak silisyum dioksit ile kaplanması istenmez. En uygun silisyum yüzdesi %14,35'dir.

Demir silikon anotlar zemin ve tatlı sular içinde oldukça dayanıklıdır. Anot kütle kaybı 20 A/m2 akım yoğunluğunda 0,5-0,75 kg/A.yıl civarındadır. Deniz suyu içinde klor gazı çıkışı nedeniyle, demir silikon anotların yüzeyindeki pasiflik bozulur. Bu durumda anot yüzeylerinde çukur tipi korozyon görülür. Bunu önlemek üzere anot bileşimine az miktarda krom (yaklaşık % 4,5) katılarak kromlu demir silikon anot (HSCI) kullanılır.

Krom yerine % 3 oranında molibden katılması halinde anotları 100oC’e varan yüksek sıcaklıklarda da kullanılabilmek mümkündür. Kromlu ve kromsuz demir-silikon anotların kimyasal bileşimleri şöyledir.

Elementler HSI anotlar,%

HSCI anotlar , %

Silisyum 14,35 14,35

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



140


Krom - 4,50Karbon 0,95 0,95Mangan 0,75 0,75Demir kalan kalan

Türk standardı demir -silikon anot boyutları da Tablo- 3.14 de , demir silikon anotların kablo bağlantı detayı Şekil- 3.51 de verilmektedir.

TABLO-3.14 Türk Standardı demir-silikon anot boyutları (TS-5141)

TS No Kütlesi kg

Çapı mm

Boyu mm

Başlık çapımm

Yüzey alanıcm2

S-1 3 30 500 40 550 S-2 5 30 750 40 820 S-3 6,4 30 1000 40 1100 S-4 5,5 45 500 50 880 S-5 10 30 1500 40 1650 S-6 11 60 500 80 1050 S-7 18 60 900 60 1700 S-8 28 60 1200 80 2650 S-9 43 75 1500 100 3760 S-10 45 100 800 100 1700 S-11 53,6 75 1520 85 3600

Şekil- 3.51 Demir silikon anot kablo bağlantısı

Demir-silikon anotların en büyük dezavantajı anodun ağır ve kırılgan oluşudur. Diğer taraftan anot yatağının kuruması halinde akım çıkışında büyük ölçüde azalma meydana gelir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



141


Gümüş - Kurşun Anotlar :

Bileşiminde %1-2 oranında gümüş içeren kurşun anotlardan deniz suyu içinde ortalama 50-200 A/m2 akım çekilebilir. Bu anotların kütle kaybı başlangıçta 1 kg/A.yıl olmasına rağmen, yaklaşık 1 ay sonra 30-50 g/A.yıl değerine kadar azalır. Bunun nedeni anot yüzeyinde oluşan kurşun peroksit filmidir. Bu bileşik anodun çözünerek harcanmasını önler. Buna karşılık iyi iletken özellikte oluşu nedeniyle anot direncinde zamanla artış görülmez. Fakat anottan 400 A/m2 'den fazla akım çekilecek olursa, peroksit tabakası altında kurşun klorür veya kurşun oksiklorür bileşikleri oluşabilir. Anot yüzeyinde kabarcıklar veya yumrular halinde görülen bu bileşikler iletken olmadıkarı için anot akım çıkışının azalmasına neden olurlar.

Zemin ve tatlı sular içinde kurşun anot yüzeyinde peroksit tabakası oluşmaz. Ayrıca anot çok düşük akım yoğunluğunda çalıştırılırsa, etkili bir peroksit tabakasının oluşması gerçekleşmez. Bu durumlarda anotta kurşun çözünerek iyon halinde çözeltiye geçer. Bu nedenle gümüş kurşun anotlar ancak deniz suyu içinde kullanılabilir. Saf kurşun deniz suyu içinde yüzeyde kurşun klorür oluşması nedeniyle kısa sürede pasifleşir. Bunu önlemek üzere düşük yüzdeli (yaklaşık olarak % 1-2) gümüş-kurşun alaşımı kullanılır. Bu alaşım elektrolit içinde klörür yanında sülfat bulunması halinde bile pasifleşmez. Gümüş-kurşun anotlarda gümüşün rolü, anot yüzeyinde peroksit tabakası oluşumunu kolaylaştırmak içindir. Bu tabaka oluşumu, gümüş oranı %2 ye çıkarılarak veya anot yüzeylerinin grafit tozu ile kaplanması ile çabuklaştırılabilir.

Kurşun hem ucuz, hemde işlenmesi kolay bir metaldir. Son zamanlarda % 1 gümüş + % 6 antimon + %93 kurşun bileşiminde olan anotlar ülkemizde üretilerek sıkca kullanılmağa başlanmıştır. Kurşun anotlar silindirik biçimli olduğu kadar plastik yataklara tutturulan 1,5-2,0 cm kalınlıkta plakalar halinde de kullanılmaktadır. 1,5 cm kalınlıktaki bir anot normal işletme koşullarında 20 yıldan fazla rahatlıkla kullanılabilir.

Platin Kaplanmış Titanyum Anotlar :

Titanyum metali üzerine 5 - 10 m kalınlığında platin kaplanarak yüksek peformanslı anotlar elde edilebilir. Bu anotlardan deniz suyu içinde çok yüksek yoğunluklarda akım çekilebilir. Deniz suyu içinde 1000 A/m2 olan akım çıkışı, zeminde kok tozu anot yatağı içinde 100-300 A/m2 civarındadır. Platin kaplanmış titanyum (veya niobyum) anotların kütle kaybı çok azdır. Deniz suyu içinde kütle kaybı 5-10 mg/A. Yıl ‘ dan daha azdır.

Platin kaplı anotlar klor çıkışına karşı dayanıklı oluşları ve yüksek akım yoğunluğu nedeniyle ideal bir anottur. Ancak bu anotların pahalı oluşları yanında önemli bir dezavantajı daha vardır. Bu anotlar 8 Volt'dan daha yüksek potansiyelde çalıştırılacak olursa platin kaplama bozulabilir. Diğer taraftan transformatör redresör sisteminde frekans oynaması (ripple) halinde de anot kaplamasında yine bozulma meydana gelebilir. Bu durumda anot pasifleşerek kullanılmaz hale gelir.

Metal Oksit Kaplı Titanyum Anotlar :

Titanyum üzerine iletken özellikte metal oksitler kaplanarak hiç pasifleşme göstermeyen anotlar elde edilmiştir. Bu anotlardan en önemlisi nikel-ferrit anotlardır. Bu anotlar NiO+Fe2O3 oksitlerinin uygun bir karışımının, titanyum metali üzerine sinterleşme suretiyle kaplanması yoluyla elde edilmektedir. Bu tip anotlar, anot

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



142


reaksiyonu sonucu klor veya oksijen çıkışından hiç etkilenmemekte ve pH=1 değerine kadar asitlere dayanmaktadır. Bu inert özelliği nedeniyle oksit kaplı titanyum anotların kütle kaybı çok azdır. Deniz suyu içinde 600 A/m 2, zemin içinde kok tozu anot yatağı kullanılarak 100 A/m 2 çekilebilir.

Bu anotların platin kaplı anotlara göre en büyük avantajı yüksek akım yoğunluklarında oksijen ve klor gazları çıkış reaksiyonlarında anot aşırı geriliminin fazla yükselmemesidir. Hem klor hem de oksijen ayrışma gerilimi oksit kaplı titanyum anotlarda daha düşüktür. Her iki anotta da önce klor gazı çıkışı meydana gelir. Ancak yüksek akım yoğunluğunda (yaklaşık 500 A/m2) platin kaplı titanyum anotlar üzerinde oksijen çıkışı da başlar.

Oksit kaplı titanyum anotlarda ayrışma gerilimi akım yoğunluğuna göre çok az artış gösterir. Bu durum uygulanan dış akım potansiyelini fazla artırmadan, anotlardan yüksek akım çekebilme imkanı vermesi bakımından pratikte büyük önem taşır. Böylece daha küçük boyutlu anotlar kullanarak anot yatağını küçültmek mümkün olmaktadır.

Oksit kaplı titanyum anotlar özellikle asitler ve çeşitli aktif kimyasal bileşiklerin bulunduğu elektrolitler içinde diğer anotlara tercih edilmektedir. Çeşitli anot tiplerinin kütle kaybı konusunda bir fikir vermek üzere, deniz suyu içinde 500 A/m2 akım yoğunluğundaki kütle kayıpları Tablo-3.15' de verilmektedir.

TABLO -3.15 Çeşitli anotların kütle kayıpları

Anot Cinsi Kütle kaybı( g/A.yıl)(*)

Platin Kaplı Titanyum Anot

0.01

Oksit kaplı titanyum anotlar% 40 NiO + % 60 Fe2O3

% 10 NiO + % ş0 Fe2O3

0.40 1.56

Gümüş kurşun anot 30Grafit Anot 200Kromlu Demir-Silikon Anot

450

(*) Deniz suyu içinde 500 A/m2 akım yoğunluğunda

3.10 DIŞ AKIM KAYNAKLI ANOT YATAKLARI

Anot yatakları katodik koruma sistemlerinin en önemli ünitesini oluşturur. Proje maliyetinin büyük bir kısmı anot yatağının malzeme ve montajına aittir. Sistemin performansı ve ömrü doğrudan anot yatağına göre belirlenir. Bu nedenle katodik koruma projelerinde anot yatağı yerinin belirlenmesi, kullanılacak anot cinsi ve sayısının tayini ve anot yatağı direncinin hesaplanması büyük önem taşır.

Anot Yatağı Dolgusu

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



143


Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde kullanılan yardımcı anotlar bir anot yatağı içine konur. Anotlar yatak içine yerleştirilirken anot çevresi kok tozu ile doldurulur. Anot yatağı içine konulan kok tozu dolgusu, anot etkin boyutlarını artırarak anot yatağı direncini düşürür ve anot kütle kaybını azaltıcı rol oynar. Anot yatağı dolgu maddesi olarak grafit, petrol koku veya kok kömürü tozu kullanılır. Kok tozunun özellikleri Tablo -3.16 da verilmektedir.

TABLO-3.16 Anot yatağı dolgu maddesi olarak kullanılan kok tozu Kok tozunun özellikleri

Limit değerler

100 Nolu elekten geçen En çok % 5 Maksimum tane çapı 10 mm Rutubet % 10 - % 15 Uçucu organik maddeler En çok % 3 Kül En çok %20 Özgül elektirik direnci 50 - 100 Ohm.cm Yoğunluk 0,7 - 0,8 kg /litre Kütle kaybı En çok 0,1 kg/A.yıl


Katodik koruma sistemlerinde anot yatağı direncinin mümkün olduğunca küçük olmasına çalışılır. Anot yatağı direncinin yüksek oluşu, katodik koruma akımının daha yüksek bir potansiyel ile uygulanmasına neden olur. Yüksek potansiyel akım maliyetini artırır. Anot yatağı direncini azaltmak için aşağıdaki önlemler alınabilir:

Anot çevresine kok tozu konularak anot boyutları artırılır. Anot yatağı düşük rezistiviteli bir zemin içinde açılır. Anot sayısı artırılır. Ancak bu durumda maliyette de artış olur. Paralel bağlanmış anotlar arasındaki mesafe artırılır. Büyük anot yerine ayni kütlede fakat daha küçük boyutlu anotlar kullanılır. Böylece

katodik koruma ömrü değiştirilmeden anot yatağı direnci azaltılmış olur Boy/çap oranı daha büyük olan anotlar tercih edilir. Anot yatağı direncinin kaça düşürülmesinin uygun olacağı söz konusu katodik

koruma sisteminin akım ihtiyacı göz önüne alınarak belirlenir. Eğer akım ihtiyacı küçük ise, bu durumda maliyeti artırıcı önlemlerle anot yatağı direncinin düşürülmesine gerek yoktur. Ekonomik bir çözüm için Şekil -3.52 de verilen grafik kullanılabilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



144


Şekil-3.52 Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde anot yatağı direncinin belirlenmesi

Şekilden görüldüğü üzere, katodik koruma akım ihtiyacının 2 Amperden daha az olması halinde, anot yatağı direnci 5,0 Ohm veya daha fazla seçilebilir. Fakat katodik koruma akım ihtiyacı 5 Amper veya daha fazla ise, bu durumda anot yatağı direncinin R < 2,0 Ohm olması istenir. Örneğin anot yatağından 15 A akım çekilecek ise, grafiğe göre R< 1,6 Ohm olması gerekir. Böylece doğru akım voltajı E < 25 Volt olacaktır. Bu grafik = 10000 Ohm.cm zemin rezistivitesi içindir. Daha küçük zemin rezistiviteleri

için F = faktörü kullanılmalıdır. Buna göre 3000 Ohm.cm rezistiviteli bir zemin

içinde açılacak olan bir anot yatağından eğer 15 A akım çekilecek ise, anot yatağı

direncinin R = 1,6 = 0,88 Ohm’ a düşürülmesi gerekir.

Anot Sayısı

Yukarda açıklanmış olduğu gibi, anot sayısı artırıldıkça direnç düşer, buna karşılık maliyet artar. Bu nedenle projelendirme aşamasında minimum anot sayısının belirlenmesi gerekir. Anot sayısı katodik koruma akım ihtiyacına ve söz konusu olan zeminin rezistivitesine bağlıdır. Zemin rezistivitesi arttıkça, aynı akımı çekebilmek için daha fazla anot kullanmak gerekir. Minimum anot sayısı Şekil-3.53 de verilen grafik yardımı ile belirlenir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



145


Şekil-3.53 Minimum anot sayısının belirlenmesi

Zemin rezistivitesi değeri yardımı ile grafikten (n / i ) oranı belirlenir. Bu değer katodik koruma akım ihtiyacı ile çarpılarak anot sayısı bulunur. Örneğin, 3000 Ohm.cm rezistiviteli bir zemin içinde bulunan bir anot yatağından 20 Amperlik bir akım çekilecek ise, minimum anot sayısı şöyle hesaplanır: Şekil-3.53 de verilen grafikten 3000 Ohm.cm ye karşı gelen (n / i) değeri 0,7 olarak okunur. Buradan minimum anot sayısı n = 0,7 x 20 = 14 adet bulunur.

Tek Anot Direnci

Anot yatağı direncini belirlemek için her şeyden önce zemin içinde bulunan tek anot direncinin hesaplanması gerekir. Anotlar yeraltına dikey veya yatay olarak konulur. Anot direnci, anodun dikey veya yatay konumda bulunmasına göre birbirinden farklıdır. Yeraltına dik olarak konulan anotların direnci yatay olarak konulan anotlara göre daha büyüktür. Tek anot direnci H.B.Dwight formülleri ile hesaplanabilir. Yeraltına dikey ve yatay olarak yerleştirilmiş olan silindir biçimli anotların direncinin hesaplanmasında aşağıdaki bağıntılar kullanılır.

Burada,

Rd : Dik olarak yerleştirilen tek anot direnci,Ohm Ry :Yatay olarak yerleştirilen tek anot direnci,Ohm

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



146

Figure 1 Bir demir silikon anodun yeraltına dik olarak yerleştirilmesi


: Anot yatağı rezistivitesi, Ohm.cm L : Anot boyu,cm (Anot yatağı dahil) d : Anot çapı,cm (Anot yatağı dahil)

Bu bağıntılar L / d > 5 olan silindir biçimli veya çubuk şeklindeki anotlar için

kullanılır. Dairesel kesitli olmayan anotların efektif yarı çapı (r) aşağıdaki şekilde hesaplanır.

r =

Anot Montajı

Anotlar yeraltına en az bir anot boyu derinliğe dikey veya yatay olarak yerleştirilir. Anot çevresi anot yatağı dolgu malzemesi ( genellikle kok tozu ) ile doldurulur. 5 cm çapında ve 150 cm boyunda bir demir silikon anodun yeratına dikey

olarak yerleştirilmesi Şekil-3.54 de görülmektedir.

Şekilden görüldüğü gibi yaklaşık 3 m derinliğinde ve 20 cm çapında bir anot çukuru açılır. Önce çukur tabanına 30 cm kalınlığında kok tozu dolgu maddesi doldurulur. Anot çukura eksenlenerek yerleştirilir ve çevresi kok tozu ile doldurulur. Üst kısma yeniden 30 cm kalınlığında kok tozu konur. Dolgunun boşluksuz olmasına özen gösterilmelidir. Anot kablosu ana kablo hattına bağlanır. Bu bağlantının çevresi çok iyi izole edilmelidir.

Bir demir silikon anodun yeraltına yatay olarak yerleştirilmesi de Şekil-1 de görülmektedir. Anotları yatay olarak yerleştirmek için yaklaşık olarak 1,5 m derinlikte bir anot yatağı çukuru açılır. Bu çukurun tabanına 20 cm kalınlıkta kok tozu serilir. Anotlar bu kok tozu dolgusu üzerine, boru hattına paralel veya dikey olacak konumda yatırılır.

Üst kısma yeniden 20 cm kok tozu konularak sıkıştırılır. Anot kablosu ana kabloya bağlanıp, bağlantı yeri izole edilir.

Şekil-3.55 Bir demir silikon anodun yatay olarak yeraltına konulması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



147


Yukarda tanımlandığı şekilde = 1000 Ohm.cm olan bir zemin içine dik olarak konulan 5 cm çapında ve 150 cm boyunda bir demir silikon anodun direnci şöyle hesaplanır.

R = = 2,60 Ohm

Bu direnç, anot yatağından zemine geçiş direncidir. Buna ek olarak anot metalinden anot dolgusuna geçiş direncinin de (anot iç direnci) hesap edilmesi gerekir.

Riç = = 0,24 Ohm

Anot toplam direnci Rt = 2,60 + 0,24 = 2,84 Ohm bulunur.

Aynı anodun yatay olarak yeraltına konulması halindeki direnci benzer şekilde hesaplanacak olursa, Rt = 2,08 + 0,20 = 2,28 Ohm bulunur.

Sığ Anot Yatakları

Anot yatağı direncini düşürmek ve maliyeti azaltmak için paralel bağlanmış çok sayıda anot, bir anot yatağı içinde bir arada kullanılır. Anotlar yatak içine düzgün aralıklarla yatay olarak veya dikey olarak konulabilir. Şekil-3.56 da dikey olarak konulmuş bir anot yatağı, Şekil -3.57‘de yatay konumda anotlardan oluşan anot yatağı görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



148


Şekil-3.56 Anot yatağı içinde anotların dikey olarak konulması

Şekil-3.57 Paralel bağlanmış yatay anot yatağı


(n) adet anodun birbirinden (s) m aralıklarla paralel olarak bağlanması halinde anot yatağı toplam direnci,

R =

bağıntısı ile hesaplanabilir. Eğer anotlar arasındaki mesafe çok büyük ise,( örneğin s > 10 m ) anotların birbiri üzerine olan interferans etkisi ihmal edilebilir.( Formülde parantez içindeki üçüncü terim sıfır kabul edilebilir.) Bu durumda paralel bağlanmış Ro

direncindeki (n) adet anodun toplam direnci , R = Ro / n bağıntısı ile hesap edilebilir. Ancak anot yatağı için boş arazi bulunsa bile, anotlar arasında bu kadar fazla aralık bırakılması anot kablosu maliyetini ve hafriyatı artırdığı için ekonomik olmaz. Pratikte anotlar arası mesafe genellikle 5 m veya daha küçük olarak seçilir.

Anotların birbiri üzerine olan interferans etkisi, anotlar arasındaki mesafe azaldıkça artış gösterir. Bu nedenle anot yatağı interferans faktörü anotlar arası mesafeye bağlıdır. Bu faktör tablo ve grafikler halinde verilmiştir. Tablo-3.17 ve Şekil -3.58 Tablodan alınan interferans faktörü R = F ( Ro / n) bağıntısı ile anot toplam direncini hesaplamak için kullanılır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



149


Şekil -3.58 Paralel bağlanmış (n) Adet anot için interferans faktörü (Anot boyu = 150 cm Anot çapı = 30 cm Derinlik = 80 cm)

TABLO -3.17 Paralel bağlanmış dikey anotlar için interferans faktörü , Anotlar arasndaki mesafe , m

Anot sayısı, n

s = 1,5 m

s = 3,0 s = 4,5 m s = 6,0 m

5 1,61 1,33 1,22 1,16 8 1,85 1,45 1,30 1,22 10 1,96 1,50 1,34 1,25 12 2,04 1,55 1,36 1,28 14 2,10 1,60 1,40 1,30 16 2,15 1,64 1,42 1,32 18 2,22 1,68 1,45 1,34 20 2,31 1,70 1,46 1,35

Örnek olarak yukarda verilen 5 cm çapında ve 150 cm boyunda olan demir silikon anotlardan 5 adedini s = 4,5 m aralıklarla 1000 Ohm.cm zemin içinde paralel olarak bağlamış olalım. Bu anot yatağının direnci, R = F ( Ro/ n ) bağıntısı ile hesaplanabilir. Buradaki direnç faktörü , Tablo-3.17 den veya Şekil -3.58’ den F =1,22 olarak alınır. 5 cm çap ve 150 cm boyundaki anot direnci, Ro = 2,60 Ohm olarak daha önce hesaplanmıştı. Bu durumda anot yatağı toplam direnci,

R = 1,22 = 0,63 Ohm

bulunur.

Aynı anot yatağının direncini yukarda verilmiş olan formül ile de hesaplıyabiliriz. n = 5 ve s = 4,5 m değerleri yerine konularak,

R =

R = 0,67 Ohm bulunur.

Bu iki yol dışında, anot yatağı direncininin doğrudan okunabildiği özel diyagramlardan da yararlanmak mümkündür. Bu diyagramlar standard tipte anotların, = 1000 Ohm.cm zemin içinde kok tozu dolgulu olarak hazırlanmış anot yatağı direncini, anot sayısı ve anotlar arasındaki açıklığa bağlı olarak grafik halinde vermektedir. Şekil-3.59.

Zemin rezistivitesinin farklı olması halinde grafikten okunan direnç, F = /1000 faktörü ile çarpılarak anot yatağı direnci hesaplanmaktadır. Şekil -3.59 de 5 cm çap ve 150 cm boyunda olan (n) adet demir silikon anotların 20 cm çap ve 210 cm boyunda

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



150


kok tozu anot yatağı içinde paralel olarak bağlanması halindeki anot yatağı direnci verilmektedir.

Şekil-3.59 5 cm çap ve 150 cm boyunda anotlardan oluşan anot yatağı direnci ( = 1000 Ohm.cm zemin içinde ve kok tozu dolgulu olarak)

Örnek olarak, yukarda direncini R = 0,67 Ohm olarak hesaplamış olduğumuz 4,5 m aralıklarla paralel bağlanmış 5 cm çap ve 150 cm boyunda 5 adet demir-silkon anottan oluşan anot yatağı direncini grafikten R = 0,65 Ohm olarak okuyabiliriz.

Sığ Anot Yataklarında Interferans

Anot yatağının yakın çevresinde zemin potansiyelinde artış olur. Eğer anot yatağı yakınında yabancı bir metalik yapı bulunuyorsa, akım bu yapıya girerek bu yapı üzerinde korozyona neden olur. Anot yatağından çevreye akım kaçağının önlenmesi için anot yatağı projelendirilmesinde bazı önlemlerin alınması gerekir. Amaç anot yatağından belli bir uzaklıkta zemin içinde potansiyel değişimini belli bir değerin altında tutabilmektir.

Zemin içindeki potansiyel değişimi anot yatağı yerleşimine göre aynı doğrultuda (x), veya dik doğrultuda (z) birbirinden farklıdır. Zemin içinde potansiyel artışı anot yatağına dik doğrultuda daha yüksektir. L m boyundaki bir anot yatağının, anot yatağından x m uzaklıkta, (veya dik doğrultuda z m uzaklıkta) zemin içindeki

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



151


potansiyeli olan Ex değerinin, anot yatağı üzerinde ölçülen EA değerine oranı Şekil-3.60 ve Şekil-3.61 da grafikler halinde verilmektedir.

Şekil-3.60 Bir sığ anot yatağında , anotlar doğrultusunda x m uzaklıkta potansiyel değişimi. ( Ex : x m uzaklıkta zemin potansiyeli, EA : Anot potansiyeli)

Şekil-3.61 Bir sığ anot yatağında anot yatağına dik doğrultuda zemin

potansiyeli değişimi ( EZ: z m uzaklıktakı potansiyel , EA: Anot potansiyeli)

Örneğin, 10 m uzunluğundaki bir anot yatağından itibaren anotlar doğrultusunda 5 m uzaklıkta Ex/ EA oranı Şekil -3.59 dan % 20 olarak okunmaktadır. Buna göre eğer anot yatağı potansiyeli 10 Volt ise, 5 m uzaklıkta zemin potansiyelindeki değişim 2,0 Volt olacaktır. Buna benzer şekilde aynı anot yatağına dik doğrultuda 5 m uzaklıktaki zeminde potansiyel değişimi için Şekil-3,60 da verilen grafikten EZ/EA = 0,30 okunur ve buna göre zemin potansiyelindeki değişim 3,0 Volt bulunur.

3.11 DERIN KUYU ANOT YATAKLARI

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



152


Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde biri sığ, diğeri derin kuyu olmak üzere iki tip anot yatağı kullanılmaktadır. Yukarda açıklandığı üzere sığ anot yataklarında anotlar yaklaşık 2 m derinlikte kok tozu yatağı içine yatay veya dikey konumda yerleştirilmektedir. Derin kuyu anot yataklarında ise, anotlar yeterli derinlikte (en az 15 m ) bir kuyu içine dikey olarak sallandırılıp, gerekirse kuyu içine kok tozu doldurulmaktadır. Sığ anot yataklarının hem maliyetleri düşük, hem de montajı basit ve kolaydır. Buna rağmen birçok yerde aşağıda belirtilen avantajlarından dolayı derin kuyu anot yatağı tercih edilmektedir.

1- Sığ anot yatağı için geniş bir alana ihtiyaç vardır. Anot yatağı yapılmış bir arazinin başka amaçlarla kullanılması da mümkün değildir. Bu nedenle bir çok yerde anot yatağı yapımı için uygun bir arazinin bulunması mümkün olmamaktadır. Özellikle kent içlerinde boş arazi bulunamadığı için, dere ve kayalık bölgelerde de topoğrafik zorluklar nedeniyle sığ anot yatağı yerine derin kuyu anot yatağı tercih edilmektedir.

2- Zemin rezistivitesinin çok yüksek olması halinde anot yatağı direncini istenilen düzeye düşürebilmek güçleşmektedir. Bu sorun derin kuyu anot yatakları ile daha kolay çözülmektedir. Derin kuyu içindeki anotlar mevsimsel meteorolojik olaylardan da etkilenmemektedir. Diğer taraftan bu anotlar yüzeye yakın bölgede yapılması muhtemel inşaat ve tarımsal etkinliklerden sığ anotlar gibi zarar görmemektedir.

3- Derin kuyu anotlardan daha uniform bir akım dağılımı sağlanabilmekte ve zemin yüzeyinde daha düşük bir potansiyel farkı oluşmaktadır. Bu nedenle derin kuyu anotların çevre metalik yapılar üzerine anodik interferans etkisi daha az olmaktadır.

Bu avantajlar yanında derin kuyu anot yataklarının başlıca dezavantajları da şöyle sıralanabilir.

1- Derin kuyu anot yataklarının yapım ve montaj maliyeti, eşdeğer akım üreten sığ anot yataklarına göre daha yüksektir. Eşdeğer akım çıkışını sağlayan derin kuyu anot yatakları, sığ anot yataklarına göre yaklaşık % 20-25 oranında daha pahalıdır. Anot yatağından çekilecek akım şiddeti ve söz konusu olan zeminin rezistivitesi arttıkça her iki tip anot yatağı arasındaki maliyet farkında azalma olur.

2- Anot yatağı dolgu malzemesi olarak kullanılan kok tozunun kuyu içine, boşluksuz olarak doldurulması oldukça güçtür. Boşluk kalması halinde anot direnci artmaktadır. Diğer taraftan anot reaksiyonları sonucu oluşan gazların dışarı atılması da sorun yaratmaktadır. Kuyu içine ayrı bir havalandırma borusu konularak oluşan gazların uzaklaştırılması yoluna gidilmektedir. Bu önleme rağmen pratikte, anot yatağı içinde gaz birikmesi sonucu direnç artışı ve anot akım çıkışının azalışı olayı ile sık sık karşılaşılmaktadır.

Derin Kuyu Anot Yataklarının Özellikleri

Anot yatağının temel görevi, istenilen şiddette doğru akımı belli bir potansiyel düzeyinde zemin içine yaymaktır. Bunu sağlıyabilmek için anot yatağı direncinin mümkün olduğunca düşük olması ve bunun zamanla artmaması gerekir. Anot yatağı direnci, kuyunun boyuna, çapına, dolgu maddesinin rezistivitesine, anot cinsi ve

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



153


sayısına ve özellikle çevre zeminin özgül elektrik direncine bağlıdır. Bu sonuncu özellik anot yatağı yeri seçilirken mutlaka göz önüne alınmalıdır. Kuyu açılmadan önce söz konusu bölgenin hidrolojisi, litolojisi ve zeminin jeolojik yapısı incelenmelidir. Wenner dört elektrot yöntemi ile ancak belli bir derinliğe kadar (genellikle yüzeydeki toprak tabakasının) anlamlı rezistivite ölçümleri yapılabilir. Derin kuyu çok sayıda jeolojik tabakadan geçebilir. Bu nedenle kuyuyu karakterize eden gerçek rezistivite değeri ancak kuyu açıldıktan sonra elde edilebilir.

Anot yatağı için açılacak olan kuyunun derinliği, çekilecek akım şiddetine yani kuyu içine yerleştirilecek anot sayısı ve büyüklüğüne bağlıdır. Kuyunun yüzeyden itibaren belli bir derinliğe kadar olan bölgesine anot konulması uygun değildir. Anotların yüzeye yakın olarak konulması halinde anot çevresinde aşırı bir potansiyel artışı görülür. Yüzeyde potansiyel artışının 200 mV dan fazla olmaması için, anotların kuyu içine yüzeyden itibaren en az 15 m derinliğe konulması gerekir. Kuyu içinde hiç inaktif bölge bırakmadan yüzeyden itibaren anot konulması halinde, anot yatağı civarında yüzeyde (+) yönde aşırı potansiyel artışları gözlenir. Zemindeki potansiyel değişimi, iki Cu/CuSO4 referans elektrot yardımı ile yüzeyde ölçülebilir.

Yüzeyde oluşan potansiyel değişimi sığ anot yataklarında 5 Volta kadar yükselebilir. Derin kuyu anot yataklarında kuyunun inaktif bölgesi artırılarakyüzeyde oluşan potansiyel artışları azaltılabilir. Inaktif bölge uzunluğuna göre kuyu çevresinde oluşan potansiyel değişimi Şekil -3.62 de görülmektedir.

Şekilden görüldüğü üzere inaktif bölge derinliği t= 10 m iken anot yatağından 10 m uzaklıkta zemindeki potansiyel değişimi 750 mV dur. Anot yatağı çevresinde oluşan potansiyel gradienti, anottan çekilen akım şiddeti ve özellikle zemin rezistivitesine bağlıdır.

Şekil 3.62 Inaktif bölge derinliğinin yüzeydeki potansiyel farkına etkisi ( Inaktif bölge derinliği : (1) t =10 m, (2) t = 50 m)

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



154


Derin Kuyu Tipleri Ve Anotların Montajı

Derin kuyu anot yatakları en az 20 cm çapında açılır. Kuyuların açılmasında hava basınçlı veya sulu sondaj makinaları kullanılır. Şekil- 3.63

Kuyu zemini kendini tutabilecek sertlikte ise ayrıca muhafaza borusu kullanılmasına gerek yoktur. Aksi halde aktif bölgede delikli filtre borusu olmak üzere kuyu içine muhafaza borusu yerleştirilmesi gerekir. Her iki halde, derin kuyunun inaktif bölgesine çelik muhafaza borusu konulması faydalıdır. Anot yerleştirme bölgesinde filtre borusu bulunması halinde anot direncinde artış meydana gelir . Bu bölgedeki muhafaza borusunun delik açıklığı %30 dan az olmamalıdır. Bu durumda bile anot direncinde yaklaşık %25 oranında artış görülür.

Derin kuyunun inaktif bölgesinin uzunluğu anot yatağı direncine etki yapmaz. Anot yatağı direnci kuyu aktif bölgesinin boyuna, çapına, dolgu maddesinin ve çevre zeminin rezistivitesine bağlıdır. Kuyu içine konulan anot cinsi ve sayısı da anot direncine ve polarizasyonuna etki yapar. Özellikle anot reaksiyonu sonucu oluşan gazların dışarı atılamaması halinde anot direncinde büyük artışlar meydana gelir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



155


Şekil- 3.63 Sondaj makinası ile derin kuyuların açılması

Şekil-3.64 de muhafaza borulu derin kuyu anot yatağı, Şekil -3.65 de ise yalnızca inert bölgesinde muhafaza borusu olan derin kuyu anot yatağı şematik olarak görülmektedir. Anot yataklarının içine anotların bağlantı detayları da Şekil- 3.66 da verilmiştir. Delikli gaz çıkışı borusu aynı zamanda taşıyıcı olarak kullanılmıştır. Anotlar üçerli gruplar halinde borulara monte edilmiş ve kuyu içine yerleştirilirken kuyu başında birbirine bağlanmıştır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



156


3.1 Şekil-3.64 Muhafaza borulu bir derin kuyu anot yatağı

Şekil-3.65 Muhafaza borusu olmayan bir derin kuyu anot yatağı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



157


3.1.1 Şekil-3.66 Derin kuyu anot yataklarına anotların montajı

Bir derin kuyu anot yatağının performansı, derin kuyu içine anotların ve dolgu maddelerinin doldurulması işleminden büyük ölçüde etkilenir. Amaç, anotları kuyu içine sağlam şekilde yerleştirmek ve dolgu malzemesinin boşluksuz olmasını sağlamaktır. Anotlar kuyu içine yerleştirilirken aşağıdaki genel kurallara uyulması gerekir.

1-Anotlar kuyu içine, kuyu ekseni merkezlenecek şekilde özel önlemler alınarak yerleştirilmelidir. Bunu sağlamak için en iyisi anotlar önceden bir anot taşıyıcı borusuna bağlanarak bölüm bölüm kuyu içine konulabilir. Zincir şeklinde olmayan tek anotların kablosu ayrı olarak kuyu dışına çıkarılmalı ve bir dağıtım kutusu yoluyla trafo-redresör ünitesine bağlanmalıdır.

2-Anot dolgu malzemesi (kok tozu) kuyu içine yerleştirilirken kemerlenme nedeniyle boşluk kalmamasına özen gösterilmelidir. Bunu sağlamak üzere kuyu içinde bulunan su tam olarak boşaltılmalıdır. Daha sonra kok tozu, deterjan gibi maddeler katılarak akışkan hale getirilip pompa ile kuyu dibinden itibaren doldurulmalıdır. ( 90 kg kok tozu içine 0,5 kg deterjan ve yeteri miktarda su katılarak toplam 100 litre hacminde akışkan kıvamlı bir kok tozu çamuru elde edilebilir.)

3- Derin kuyu anot yatakları içine, gaz çıkışını sağlamak üzere 2-3 cm çapında bir havalandırma borusu konulmalıdır. Bu boru, gazları dışarı atacak kadar büyük, fakat dolgu malzemesinin boru içine dolmasına engel olacak kadar küçük çaplı delikler ile delinmiş olmalıdır. Havalandırma borusu aynı zamanda anot taşıyıcı borusu olarak da kullanılabilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



158


4 -Anot yatağı içinde klor gazı çıkışı söz konusu ise, anot bağlantı kabloları yüksek molekül ağırlıklı polietilen (HMWPE) veya kloro-trifloro etilen (ECTFE) plastikleri ile kaplanmış olmalıdır.

5-Derin kuyu içinde yalnız anot yerleştirilen bölge kok tozu dolgu malzemesi ile doldurulmalıdır. Kuyu içinde anot konulmamış olan üst bölge gaz çıkışını kolaylaştıran temiz çakıl ile doldurulmalıdır.

Işletme ve Bakım

Kok tozu ile doldurulmuş olan derin kuyu anot yataklarında eskiyen anotların yenileri ile değiştirilmesi mümkün değildir. Kuyu ve anotlar ancak başlangıçta belirlenen süre boyunca akım üretebilir.

Derin kuyu anot yataklarında işletme sırasında aşağıdaki arızalar ortaya çıkabilir.

1- Havalandırma borusu delikleri yabancı maddeler ile dolduğu için anot yatağı içinde gaz birikmesi meydana gelir. Bu durumda kuyu dibinden başlamak üzere anotlar yavaş yavaş devre dışı kalır ve anot yatağı akım çıkışı gittikçe azalır.

2- Gaz birikmesine benzer şekilde, anot yatağı dolgu malzemesinin kuruması nedeniyle anot yatağının geçirgenliği azalır ve kuyu üst bölgelerinden başlamak üzere anot direncinde artış görülür. Bu da anot yatağı akım çıkışının azalmasına neden olur.

3- Anot bağlantı kabloları veya ana kablonun bağlantı noktalarında çeşitli nedenlerle kopma olabilir. Bu durumda anot akımında aniden düşme görülür.

Anot yatağında işletme sırasında ortaya çıkan bu arızalar, periyodik kontroller sonucu net olarak belirlenebilir. Arızanın cinsine göre aşağıdaki önlemler alınarak anot yatağı yeniden devreye sokulabilir.

Anot yatağı akım çıkışındaki azalma eğer gaz birikmesi sonucu meydana gelmiş ise, havalandırma borusundan veya bu boru içine daldırılan bir hortum yardımı ile kuyu içine basınçlı hava verilerek gaz birikmesine neden olan tıkanmalar giderilebilir.

Anot yatağı akım çıkışındaki azalma anot dolgu maddesinin kurumasından ileri gelmiş ise, yine havalanma borusu içine hortum sokularak ve anot yatağı içine su enjekte edilerek yatağın rutubetlenmesi ve anodun normal olarak çalışması sağlanır.

Yukarıdaki önlemler ile sonuç alınamıyor ise, anot yatağına verilen akım kesilerek anot reaksiyonları durdurulur. Böylece aşırı gaz çıkışı sonucu oluşan basıncın bir kaç gün içinde düşmesi sağlanır. Daha sonra bu anot yatağı daha düşük bir potansiyel ile yeniden devreye sokulur

Derin Kuyu Anot Yatağı Çevresinde Interferans

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



159


Derin kuyu anot yataklarının çevre yapılar üzerine interferans etkisi sığ anot yataklarına göre daha azdır. Derin kuyu anot yataklarının interferans etkisi anot boyu (L) ile, derin kuyu üst kısmında bırakılan anotsuz inert bölgenin uzunluğu (t) ye bağlıdır. Şekil -3.67 de 30 cm çapında ve L m boyundaki bir derin kuyu anodun inert bölge derinliği t = 0 m , t = 5 m , t = 10 m ve t = 20 m iken, anot yatağından (y) m uzaklıkta zemindeki potansiyel değişimi EY / EA oranları verilmektedir.

Şekil- 3.67 Bir derin kuyu anot yatağında zemin potansiyelininanot boyuna ve inert bölge uzunluğuna bağlılığı

Şekil-3.68 de inert bölge derinliği t = 0,8 m ve t = 10 m olan derin kuyu anot yataklarında anot boyunun 1 m ile 30 m arasında değişmesi halinde, anot yatağından (y) m uzaklıktaki EY/ EA potansiyel oranı verilmektedir.

Örneğin t = 10 m ve L = 20 m iken, derin kuyudan 5 m uzaklıkta Ey / EA oranı % 20 dir. 20 m uzaklıkta bu oran % 14 ‘ e ve 100 m uzaklıkta ise % 5 ‘e düşmektedir. Buna karşılık inert bölge derinliği t = 5 m olduğu zaman, derin kuyudan 5 m uzaklıkta EY / EA oranı % 30 ‘ a çıkmaktadır. Inert bölge derinliği ne olursa olsun, derin kuyudan yaklaşık 100 m uzaklıkta zemin potansiyelindeki değişim artık % 5 in altına düşmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



160


Şekil-3.68 Inert bölgenin t = 0,8 m ve t = 10 m olması halinde zemin potansiyelinin kuyu derinliğine bağlı olarak değişimi

Şekilden görüldüğü üzere, anot boyunun artışı ile zemindeki potansiyel değişimi de artmaktadır.. Örneğin derin kuyudan 10 m uzaklıktaki potansiyel değişimi 30 m boyundaki derin kuyuda % 30 iken, 10 m boyundaki derin kuyuda % 10 civarında kalmaktadır.

Kablo kesitleri

Katodik koruma sistemlerinde potansiyel düşüşünü önlemek için anot bağlantı kablosu dirençlerinin belli bir değerin altında tutulması gerekir. Bu direnç geçen akımın şiddetine bağlı olarak uygun kesitte kablo seçilerek ayarlanır. Ekonomik kablo kesitleri için hazırlanmış olan grafik Şekil-3.69 da görülmektedir.

Şekil-3.69 Katodik koruma akım ihtiyacı ve ömrüne bağlı olarak kablo kesitlerin : Katodik koruma ömrü , yıl

i : Anot yatağından çekilen akım şiddeti, Amper A : Kablo kesit alanı , mm2

R : Bakır kablonun direnci, Ohm

R =

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



161


Şekilde 5 Amperden 60 Ampere kadar çeşitli akım şiddetleri için ekonomik kablo kesitleri verilmektedir. Örneğin akım ihtiyacı 45 Amper olan bir katodik koruma sisteminde anot kablo kesiti, 10 yıl ömür halinde 50 mm2 iken ömrün 20 yıl olması halinde kablonun 70 mm2 olması gerekmektedir.

Kablo kesitleri katodik koruma sistemi toplam direncinin hesaplanmasında kullanılır. Örneğin 50 mm2 kesitli 100 m kablo kullanılmış ise direnç ,

R = 0,017 x L/A = 0,0175 ( 100/ 50) = 0,035 = Ohm olur.

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Proje Örneği

Çapı 40 cm ve et kalınlığı 7mm olan 10 km uzunluğundaki bir çelik boru hattı 20 yıl süre ile katodik olarak korunacaktır. Boru sıcak asfalt kaplamalıdır. Zemin rezistivitesi ortalama 3000 Ohm.cm dir. Yapılan arazi deneylerinde boru akım ihtiyacı 0,5 mA/m2 olarak ölçülmüştür.

Böyle bir boru hattının katodik koruma projesi için sıra ile aşağıdaki değerlerin hesaplanması gerekir.

1 - Korunacak yüzey alanı :

A = d L = 3,14 x 0,40 x 10000 = 12560 m2

2 - Katodik koruma akım ihtiyacı:

i = 0,50 x 12560 = 6,280 Amper

3 - Katodik koruma sistemi seçimi :

Zemin rezistivitesi 3000 Ohm.cm ve katodik koruma akım ihtiyacı 6,28 A dır. Bu değerler göz önüne alınarak uygulanacak katodik korumanın galvanik anotlu veya dış akım kaynaklı olacağı Şekil-3.31 de verilen grafik ile belirlenebilir. Grafiğe göre bu koşullarda yapılacak katodik koruma sisteminin dış akım kaynaklı olması uygundur.

4 - Attenuation sabiti:

40 cm çapında ve 7 mm et kalınlığında olan 1 m uzunluğunda bir çelik borunun elektiriksel iç direnci Şekil-2.8 de verilen nomogramdan r = 20 10-6 Ohm olarak okunur. Akım ihtiyacı 0,5 mA/m2 olduğuna göre, boru kaplama direnci Şekil-2.12 de verilen grafiğe göre 600 Ohm.m2 dir. Buna göre 1 m uzunluğundaki boru parçasının kaplama direnci, R = 600 / 3,14 x 0,4 = 478 Ohm dır. O halde, attenuation sabiti,

a = = = 2 10-4 m-1 bulunur.

5 - Bir noktadan korunabilen maksimum boru uzunluğu:

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



162


Iki uçtan izole edilmiş olan bir boru parçasına bir uçtan akım uygulanması halinde korunabilen maksimum boru uzunluğu , E0 = Eson cosh aL bağıntısı ile hesap edilebilir. Akım uygulanan noktada boru potansiyeli değişiminin E0 = 1,2 Volt ve öteki uçta Eson = 0,3 Volt olduğunu kabul edelim. Bu durumda (L) uzunluğu, 1,2 = 0,3 cosh 2 10-4 x L

L = 27,3 / 2 10-4 = 13650 m Bulunur. Buna göre 10 km uzunluğundaki bu boru parçasını bir uçtan katodik olarak bir T/R ünitesi ile korumak mümkündür. Akım uygulanan noktada Eo=1,2 Volt olması halinde öteki uçtaki potansiyel değişimi,

E0 = Eson cosh aL

1,2 = Eson cosh 2 10-4 x10000

Eson= 0,32 Volt olacaktır.

6 -Anot yatağı direnci :

Şekil-3.52 de verilen grafik ile, belli bir akım ihtiyacında anot yatağı direncinin en çok kaç Ohm olacağı tayin edilebilmektedir. Bu grafiğe göre i = 6,28 A olan bir katodik koruma sisteminde anot yatağı direnci en çok R 2,5 Ohm olmalıdır. Ancak bu değer 10000 Ohm.cm rezistiviteli zeminler içindir. Rezistivitesi 3000 Ohm.cm olan zemin içinde anot yatağı direncini hesaplamak için,

F = = = 0,55

faktörü ile çarpmak gerekir. Buna göre anot yatağı direnci R 0,55x2,5 = 1,4 Ohm olmalıdır.

7- Minimum anot sayısı

Şekil-3,53 de verilen grafik yardımı ile minimum anot sayısı aşağıdaki şekilde tayin edilir. 3000 Ohm.cm rezistivite için grafikten n /i = 0,7 olarak okunur. Bu değer akım ihtiyacı ile çarpılarak minimum anot sayısı n = 0,7 x 6,28 5 adet bulunur.

8 -Anot ömrü:

Anot ömrü en az katodik koruma ömrü kadar olmalıdır. Katodik koruma ömrü 20 yıl olduğuna göre, anotların 20 yıl dayanması gerekir.Buna göre kullanılması gerekli olan minimum anot kütlesi aşağıdaki formül ile hesaplanır.

Anot kütlesi (kg) =

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



163


Demir silikon anotların yıpranma derecesi 0,75 kg/A.yıl, kullanma faktörü de 0,50 dir. Buna göre 20 yıl süre ile katodik korumayı sağlıyacak olan minimum anot kütlesi,

Anot kütlesi = = 188 kg dır.

20 yıl katodik korumayı sağlıyabilmek için toplam anot kütlesinin en az 188 kg olması gerekmektedir. Demir silikon anotların kullanılması ve minimum anot sayısı da 5 olacağına göre, burada iki seçenek söz konusudur. 5 cm çap x150 cm boyunda (23 kg lık) demir silikon anotlardan 8 adet, veya 6 cm çap x150 cm boyunda (33 kg lık) demir silikon anotlardan 6 adet kullanılması halinde 20 yıl ömür sağlanabilir. Bunlar arasındaki seçim anot yatağı direnci hesaplanarak yapılabilir.

9 -Anot yatağı direncinin hesaplanması:

(s) m aralıklarla paralel bağlanmış (n) anottan oluşan bir sığ anot yatağının direnci,

R =

bağıntısı ile hesaplanır. Bu bağıntı ile, anotlar arası mesafeyi 3 m alarak yukardaki anot gruplarnın dirençlerini hesaplıyalım.

Birinci seçenek : 3,0 m aralıklarla 8 adet 5 cm çapında ve 150 cm boyundaki anodun paralel bağlanmasından oluşan anot yatağı direnci,

R = = 1,5 Ohm

Ikinci seçenek: 3,0 m aralıklarla 6 adet 6 cm çapında ve 150 cm boyundaki anotların paralel bağlanmasından oluşan anot yatağı direnci,

R = = 1,9 Ohm

Her iki seçenek de anot yatağı direnci için öngörülen R1,4 Ohm şartını sağlıyamamıştır. Anotlar arası aralığı artırarak anot yatağı direncini düşürmek mümkündür. Bu amaçla 5 cm çap x 150 cm boyundaki 8 anodun 4,5 m aralıklarla paralel bağlanmasından oluşan anot yatağı direncini yeniden hesaplıyalım.

R = = 1,31 Ohm

Anot yatağı direnci,anot sayısı ve anotlar arası mesafeye bağlı olarak Şekil-3.59 da verilen grafik yardımı ile doğrudan elde edilebilir. Bu grafikten 4,5 m aralıklarla yerleştirilen ve 8 adet anotdan oluşan anot yatağının direnci 0,45 Ohm olarak okunmaktadır. Bu değer = 1000 Ohm.cm rezistiviteli zeminler içindir = 3000

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



164


Ohm.cm zeminde anot yatağı direnci R = 0,45 (3000/1000) = 1,35 Ohm bulunur. O halde anot yatağı için 8 adet 5cm çap ve 150 cm boyundaki demir silikon anodun 4,5 m aralıklarla kullanılması hem anot ömrü, hem de anot yatağı direnci bakımından yeterli olmaktadır.

Sığ anot yatağı yerine interferans etkisi daha az olan derin kuyu anot yatağı da kullanılabilir. Anot yatağı direncinin R 1,4 Ohm olması için kuyu aktif boyunun en az kaç metre olacağı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.

R =

Bu bağıntıda , R = 1,4 Ohm , = 3000 , d = 22 cm alınarak derin kuyu aktif bölge uzunluğu L = 17,5 m bulunur. 10 m inaktif bölge ile birlikte 27,5 m boyunda bir derin kuyu açılır. 150 cm boyunda 8 adet demir silikon anot merkezden -merkeze 70 cm aralıklarla kuyu içine yerleştirilir. Demir silikon anotların derin kuyu içine monte edilmesi bazı teknik güçlükler yaratmaktadır. Bu nedenle pratikte derin kuyu anot olarak oksit kaplı titanyum anotlar tercih edilmektedir.

10 -Kablo kesiti :

Kablo kesiti akım şiddetine ve katodik koruma ömrüne bağlıdır. Şekil-3.69 da verilen grafikten, i = 6,28 A ve 20 yıl ömür için 10 mm2 kesitli kablonun uygun olacağı görülmektedir.

11- Transformatör-Redresör çıkış voltajı:

Katodik koruma sistemine uygulanacak doğru akım voltajı, E = IR +1,7 bağıntısı ile hesaplanır. Burada R, katodik koruma devresinin toplam direncidir. Bu toplam direnç, anot yatağı direnci, katot direnci ve kablo direncinin toplamından oluşur. R = Ranot + Rkatot + R kablo

Ranot = 1,35 Ohm

Rkatot = 478/10000 = 0,05 Ohm

Rkablo = 0,0175 x 100 / 10 = 0,18 Ohm

R = 1,35 + 0,05 + 0,18 = 1,58 Ohm

TR doğru akım çıkış voltajı, E = 6,28 x 1,58 + 1,7 12 Volt bulunur

12-Anot yatağı interferansı:

8 anot 4,5 m aralıklarla dik olarak yerleştirilirse anot yatağının toplam boyu L=8x4,5 = 36 m olacaktır. Şekil-3.59 ve 3.60 da verilen grafiklere göre ,anot yatağından 10 m uzaklıktaki zeminde potansiyel değişimi , anot yatağına dik yönde EZ/EA = 0,35 , yani E = 0,35 x 12 =4,2 Volt /10 m dir.

Derin kuyu anot kullanılması halinde anot yatağından y = 10 m uzaklıkta zemin içinde potansiyel değişimi Şekil-3.67 de verilen grafiğe göre EY /EA = 0,22 ve E = 2,6

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



165


Volt olacaktır. Dış akım kaynaklı olarak yapılmış olan bu örnek projeye ait parametreler toplu olarak aşağıda liste halinde verilmektedir.

DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODIK KORUMA PROJE PARAMETRELERI

Parametreler Proje değerleriBoru uzunluğu 10 kmNominal çap 40 cmBoru et kalınlığı 7 mmKaplama cinsi Sıcak asfaltKorunacak toplam yüzey alanı 12560 m2

Akım ihtiyacı ( Deneyle veya tablodan) 0,5 mA/m2 (deneyle)Kaplama direnci R =600 Ohm.m2 Attenuation sabiti a = 2 10-4 m-1

Mümkün koruma uzunluğu 2L 13,8 kmGerekli minimum anot sayısı 5 adetBir anot yatağı ile korunan boru uzunluğu

10 km

Zemin özgül direnci 3000 Ohm.cmAnot cinsi Demir silikonAnot boyutları 5 cm çap x 150 cm boyAnot kütlesi (toplam) 188 kgAnotlar arası uzaklık 4,5 mAnot yatağı boyu 36 mAnot yatağı direnci 1,35 OhmAnot sayısı 8 adetAnot kablosunun uzunluğu 100 mKok tozu kütlesi ( yaklaşık 200 kg/anot) 1600 kgAnot ömrü 20 yılAnot yatağı interferansı 4200 mV/10 mTrafo doğru akım çıkışı 8 ATrafo doğru akım voltajı 12 V

3-12 KATODIK KORUMA SISTEMLERININ KARŞILAŞTIRILMASI

Teorik ilkeleri aynı olan katodik koruma sistemleri uygulamada birbirinden oldukça farklıdır. Her iki sistemin de avantaj ve dezavantajları vardır. Sistem seçiminde katodik koruma akım ihtiyacı ve zemin rezistivitesi belirleyici faktörlerdir. Şekil-3.31 de görüldüğü üzere i > 1 Amper ve < 3000 Ohm.cm olması halinde galvanik anotlu katodik koruma sistemleri daha uygundur. Ancak sistem seçiminde bu genel kural yanında yapının ve çevrenin özel durumundan kaynaklanan diğer faktörlerin de göz önüne alınması gerekir.Galvanik anotlu ve dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin avantaj ve dezavantajları çeşitli parametreler göz önüne alınarak aşağıda liste halinde bir biri ile karşılaştırılmaktadır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



166


KATODIK KORUMA SISTEMLERININ KARŞILAŞTIRILMASI

PARAMETRELER

KARŞILAŞTIRMA

Elektrik enerjisi

Galvanik anotlu katodik koruma : Dış akım kaynağına gerek yoktur. Bu sistem elektrik enerjisinin bulunmadığı yerlerde tek seçenektir.Dış akım kaynaklı katodik koruma:Elektrik akımının bulunmadığı yerlerde uygulanamaz. Şebeke akımından uzak olan bölgelerde jeneratör kullanarak veya güneş enerjisinden yararlanarak elektrik akımı üretilir.

Akım maliyeti

Galvanik anotlu katodik koruma : Galvanik anotlardan üretilen akım, şebekeden alınarak doğru akıma çevrilen elektrik akımından daha pahalıdır. Bu nedenle galvanik anotlu katodik koruma sistemi genellikle akım ihtiyacı küçük olan yerlerde ekonomik olabilir.Dış akım kaynaklı katodik koruma:Elektrik akımı maliyeti galvanik anotlara göre daha ucuzdur. Ancak ilk tesis masrafları galvanik anotlu sisteme göre daha fazladır. Bu nedenle kısa ömürlü ve akım ihtiyacı küçük olan katodik koruma sistemlerinde bir yıllık koruma için gerekli akım maliyeti yüksek olabilir.

Peryodik kontrollar

Galvanik anotlu katodik koruma : Peryodik kontrollarda, dağınık durumda olan her bir anodun ayrı ayrı kontrol edilmesi gerekir. Dış akım kaynaklı katodik koruma: Peryodik kontrollar daha kolaydır. Trafo istasyonu genellikle kolay ulaşılacak bir yerde bulunur. Bütün tesis bir noktadan kontrol edilebilir. Akım ihtiyacı bir noktadan ayarlanabilir.

Zemin rezistivitesi

Galvanik anotlu katodik koruma : Yüksek rezistiviteli zeminler ve tatlı sular içinde uygulanamaz. Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinin genellikle 5000 Ohm.cm rezistiviteye kadar kullanılması uygundur.Dış akım kaynaklı katodik koruma: Rezistivitenin yüksek oluşu engel oluşturmaz. Anot yatağı direncini azaltıcı önlemler alınarak yüksek rezistiviteli zeminler içinde de dış akım kaynaklı katodik koruma uygulanabilir. Kuru zeminlerde derin kuyu anot yatağı ili direnç düşürülebilir.Galvanik anotlu katodik koruma : Uygulanması çok kolaydır. Projede göz önüne alınmayan etkenler nedeniyle akım ihtiyacında artış olursa ,sisteme sonradan yeni anotlar ilave edilerek

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



167


UygulamaKolaylığı

kapasite artırılabilir. Dış akım kaynaklı katodik koruma:Projelendirmeye özen gösterilmesi gerekir. Trafo ünitesinin akım kapasitesi işletme sırasında projede öngörülmüş olan değerlerin dışına çıkarılamaz. Anot yatağı direnci işletme sırasında düşürülemez.

Işletme ve bakım

Galvanik anotlu katodik koruma : Anotlardan biri kullanılamaz hale geldiğinde yalnız bu anot değiştirilerek diğer sağlam anotlarla korumaya devam edilir.Dış akım kaynaklı katodik koruma: Anot yatağında ortaya çıkan bir arızada sistemin toptan sökülerek değiştirilmesi gerekir.

Akım şiddetinin Ayarlanması

Galvanik anotlu katodik koruma : Galvanik anotlardan çekilen akımı ayarlamak mümkün olmaz. Galvanik anotlar katodik koruma için gerekli olan akımı kendiliğinden ayarlar.Yapının akım ihtiyacında artış olursa, potansiyeli düşer, böylece anot - katot arasındaki potansiyel farkında (yürütücü kuvvet) artış olur ve anottan daha fazla akım çekilir. Dış akım kaynaklı katodik koruma:Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde ,akım ihtiyacında her hangi bir değişme olması halinde trafo ünitesinde akım ve potansiyelin yeniden ayarlanması gerekir. Bu işlem el ile (manuel) yapılabildiği gibi, katodik koruma devresine sabit bir referans elektrot konularak otomatik olarak da yapılabilir. Aksi halde yapının akım ihtiyacı arttığında potansiyeli koruma kriteri altına düşebilir. Veya çeşitli nedenlerle yapının akım ihtiyacında azalma söz konusu olursa, aşırı koruma meydana gelebilir.

Interferans etkisi

Galvanik anotlu katodik koruma : Galvanik anotların çevre yapılar üzerine interferans etkisi yoktur.Dış akım kaynaklı katodik koruma:Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde, anot yatağı çevresinde bulunan yabancı metalik yapılara akım kaçağı olabilir. Kaçak akım nedeniyle yabancı yapılar üzerindeki korozyonu önlemek üzere sürekli kontrol edilmesi ve özel önlemler alınması gerekir. Yalnız anot yatağı çevresinde değil, katodik olarak korunmuş boru hattı ile kesişen yabancı boru hatlarında da interferans söz konusu olabilir.

Galvanik anotlu katodik koruma : Galvanik anotların katoda bağlanması sırasında herhangi bir önlem alınmasına gerek yoktur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



168


Bağlantı izolasyonu

Dış akım kaynaklı katodik koruma:Trafo ünitesini anotlara bağlıyan kablonun bağlantı noktaları çok iyi izole edilmelidir. Küçük bir açıklığın bulunması halinde anot bağlantısı kopabilir.

Bağlantı hatası

Galvanik anotlu katodik koruma : Galvanik anotlarda yanlışlıkla ters kutup bağlama tehlikesi yoktur.Dış akım kaynaklı katodik koruma:Trafo ünitesinin (-) ucu katoda (+) ucu da anoda bağlanır. Dalgınlıkla veye yanlışlıkla bunun aksi yapılırsa korunması istenilen yapı kısa süre içinde parçalanır.

.13- KATODIK KORUMA EKONOMISI

Metalik yapılar korozyon nedeni ile işletme ömürlerini tamamlamadan devre dışı kalırlar. Böylece yalnız metal kaybedilmiş olmakla kalmaz bunun yanında işcilik ve önemli ölçülerde enerji de kaybedilmiş olur. Korozyon ekonomisinde bu maddi kayıplarla birlikte çevre kirlenmesi ve insan yaşamına doğrudan etki yapan patlama, yangın gibi maddi değeri belirlenemiyen olayların da göz önüne alınması gerekir. Katodik koruma uygulanmak suretiyle bütün bu korozyon kayıpları önlenmiş olur. Korozyonla mücadelede en etkili bir yöntem olan katodik koruma ayni zamanda en ucuz yöntemdir. Katodik korumanın kaça mal olacağı korunacak olan metal yapının kaplama durumu ve özellikle söz konusu elektrolitin koroziflik derecesine bağlıdır. Ancak bütün hallerde katodik koruma uygulanmak suretiyle, yapının maliyetinde yaklaşık % 2-5 kadar bir artışla işletme ömrü iki katına kadar artırılabilir. Bu nedenle bir yapıya katodik koruma uygulanmasının ekonomik olup olmıyacağının tartışılmasına gerek bile yoktur. Ancak mühendislikte daima yeteri kadar emniyetli ve fakat en ucuz çözümün bulunması gerekir. Bu açıdan bakıldığında katodik korumanın ne getirdiği ve ne götürdüğünün açık olarak belirlenmesi gerekir. Katodik koruma yalnız korozyona uğramakta olan bir yapının işletme ömrünü artırmak amacıyla yapılmaz. Bir çok halde korozyona dayanıklı fakat daha pahalı olan metallerin yerine katodik koruma uygulanarak adi çeliğin ekonomik olarak kullanılması mümkün hale getirilebilir. Her ne olursa olsun, korozyonla mücadelenin temeli ekonomiye dayanır. Amaç korozyon kayıplarını en ucuz şekilde önlemektir. Katodik korumanın ne derece ekonomi sağladığı, katodik koruma yapılmaması halinde ortaya çıkan korozyon kayıpları göz önüne alınarak belirlenebilir. Bir yapıya katodik koruma uygulanmak suretiyle sağlanan başlıca avantajlar şunlar olabilir.

1 - Korozyona daha az dayanıklı fakat ucuz bir metal kullanılabilir.2 - Kaplama kalitesi düşürülerek maliyeti azaltılabilir.3 - Daha ince bir metal kullanılarak, malzeme sarfı azaltılabilir.4 - Yapının servis ömrü birkaç kat artırılabilir.

Bütün bu hallerde katodik koruma uygulamasının ne derece ekonomik olduğu kolaylıkla hesaplanabilir. Ancak katodik koruma uygulanırken de en ekonomik

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



169


çözümün bulunması ve yapının bir yıllık koruma maliyetinin minimuma indirilmesi gerekir.

Katodik Koruma maliyeti

Katodik korumanın kendi maliyetini azaltmak üzere proje aşamasında çeşitli önlemler alınabilir. Bir katodik koruma sisteminin maliyeti , transformatör -redresör ünitesi ve anot maliyeti, montaj, işletme ve bakım masrafları ile işletme süresince kullanılan enerji harcamalarından oluşur. Dış akım kaynaklı ve galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinin maliyetleri birbirinden farklıdır. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde ilk tesis maliyeti yüksek buna karşılık işletme sırasında harcanan elektrik enerjisi daha ucuzdur. Maliyet hesaplarında ilk yatırım masrafları, işletme sırasındakı enerji harcamaları ve bakım-onarım masraflarının bir arada incelenmesi gerekir. Toplam maliyet yerine üniteden elde edilen 1 Amper.yıl akım maliyetleri bir biri ile kıyaslanır.

Katodik koruma maliyetini etkileyen en önemli faktör akım ihtiyacıdır. Akım ihtiyacı ne kadar az ise katodik korumanın hem ilk tesis maliyeti, hem de işletme sırasındaki akım harcamaları o derece azdır. Akım kapasitesi ile ilk tesis maliyetindeki artış Şekil-3.70’ de grafik halinde görülmektedir.

Şekil-3.70 Ilk tesis maliyetinin akım kapasitesine göre değişimi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



170


Şekilde görüldüğü üzere akım kapasitesi arttıkça ilk tesis maliyetinde de artış olmaktadır. Ancak bu artış lineer değildir. Akım kapasitesi küçük olan transformatör-redresör ünitelerinde 1 amper başına düşen ilk tesis maliyeti , yüksek kapasiteli olan transformatör-redresör ünitelerine göre daha pahalıdır. Grafikte belli kapasitedeki ünite maliyetleri geniş bir alan içinde verilmiştir.Bunun nedeni zemin rezistivitesi ve anot yatağı yeri ile ilgili çevresel faktörlerin de maliyete etki yapmasından ileri gelmektedir. Diğer taraftan galvanik anotlu veya dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin kullanılması halinde de maliyet değişmektedir.

Bir katodik koruma ünitesinde 1 Amper.yıl akım başına düşen ilk tesis masrafları

akım kapasitesinin artışı ile gittikçe azalır. Şekil-3.71

Ilk tesis masrafları, etüd-proje + malzeme ve ekipman maliyeti + montaj + müteahhit karı toplamından oluşur. Bunların dışında malzeme ve ekipman maliyeti hariç diğerleri akım kapasitesinin büyük veya küçük oluşuna bağlı değildir. Şekilde görüldüğü gibi akım kapasitesi 5 Amperden daha küçük olan ünitelerde 1 A.yıl akım maliyeti çok yüksektir. Kapasite arttıkça 1 A.yıl başına düşen ilk tesis masrafları yarıya yakın ölçülerde azalmaktadır. Ancak 20 A kapasiteden sonra 1 A.yıl akım maliyetinde artık önemli bir azalma olmamaktadır.

Şekil-3.71 1 Amper akımın ilk tesis maliyetinin akım kapasitesine göre değişimi.

1 A.yıl akımın maliyeti yalnız ünite kapasitesi ile değil, tesisin işletme ömrü ile de değişmektedir. Tesis ömrü arttıkça o tesisten üretilen akım maliyetinde düşme olmaktadır. Çünkü işletme ömrü arttıkça, 1 A.yıl akımın maliyeti üzerindeki ilk tesis masrafları payı gittikçe azalmaktadır. Şekil-3.72 de bir katodik koruma ünitesinin

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



171


başlangıçtaki veya 10 yıl , 20 yıl ve 30 yıl süre ile kullanılması halinde tesiste üretilen 1 A.yıl akım maliyetindeki değişim görülmektedir.

Şekil-3.72 Akım maliyetinin işletme ömrüne bağlılığı Kaplamanın Maliyete Etkisi

Katodik koruma maliyetini azaltmak için akla gelen ilk yol, katodik koruma akım ihtiyacının düşürülmesidir. Kaplama kalitesi artırılarak akım ihtiyacı istenilen düzeye düşürülebilir. Kaplama maliyete iki şekilde etki yapar. Birincisi, kaplama yapılmak suretiyle akım ihtiyacı büyük ölçüde azaltılabilir. Böylece hem ilk tesis maliyeti, hem de işletme masrafları azaltılmış olur. Ikincisi, kaplama yapılarak boru hattının attenuation sabiti küçültülür. Böylece bir noktadan korunabilen boru uzunluğu artırılmış olur. Ancak kaplama için yapılan masraflar ile katodik koruma maliyetinin bir arada ele alınması gerekir. Kaplama kalitesinin artışı ile akım ihtiyacında sağlanan azalma doğru orantılı olmadığından, kaplamanın çok mükemmel olması toplam maliyeti azaltmaz. Minimum maliyet orta kalitede bir kaplama + katodik koruma yapılarak elde edilir. Kaplama ve katodik koruma maliyetlerinin toplam maliyet üzerine etkisi Şekil-3.73 de

görülmektedir.

Şekil-3.73 Kaplama ve katodik koruma maliyetlerinin toplam maliyete etkisi

Yukarda açıklandığı üzere kaplama yapılmak suretiyle boru hattının attenuation sabiti de düşürülür. Bu sabit ne derece küçük ise, bir noktadan korunabilen boru hattı uzunluğu o kadar fazla olur. Böylece tesiste kullanılacak transformatör-redresör sayısı azaltılmış ve katodik koruma ilk tesis maliyeti düşürülmüş olur. Transformatör -redresör üniteleri arasındaki uzaklığın artışı, yani bir T/R ünitesi ile daha uzun bir boru hattının korunabilmesi, 1 km boru hattı başına düşen koruma maliyetinin azalmasına neden olur .

Anot yatağı maliyeti

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



172


Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde anot sayısı arttıkca anot yatağı maliyetinde artış olur. Ancak anot sayısının artırılması ile anot yatağı direnci azalır ve ayni şiddette akım daha düşük kapasiteli bir transformatör-redresör ünitesi ile uygulanabilir. Böylece anot sayısı arttıkca transformatör- redresör ünitesi maliyetinde azalma görülür. Maliyet üzerine ters etki yapan bu iki değişken birlikte göz önünde bulundurularak minimum maliyeti sağlayan anot sayısı Şekil-3.74 ‘ de görüldüğü gibi belirlenebilir.

Şekil-3.74 Anot sayısına bağlı olarak ilk tesis maliyetinin değişimi

Toplam yıllık maliyet

Katodik koruma sistemlerinin ilk tesis maliyetinin yanında , bakım ve onarım harcamaları ile katodik koruma işletmesi süresince harcanan enerji maliyeti de göz önüne alınarak bir yıllık koruma masrafları belirlenir. Amaç bir yıllık toplam koruma maliyetinin minimum olmasıdır. Şekil-3.75 da ilk yatırım maliyeti + bakım giderleri + enerji harcamaları ve anot sayısına göre yıllık toplam maliyetin değişimi görülmektedir.

Şekilde görüldüğü üzere, anot sayısı arttıkca enerji harcaması lineer olarak azalmaktadır. Anot sayısının artışı ile anot yatağı direnci azalmakta böylece ayni şiddette olan bir akımı daha küçük bir voltaj ile uygulayabilmek mümkün olmaktadır. Düşük potansiyelli akım daha ekonomik olduğundan anot sayısının artışı enerji harcamalarını azaltmaktadır. Bakım masraflarında doğal olarak anot sayısı ile birlikte hafif bir artış görülmektedir. Ilk yatırım masrafları ise Şekil -3.75 de görüldüğü gibi belli bir anot sayısında bir minimum değerden geçmektedir. Bu üçünün bir arada ele alınması ile elde edilen bir yıllık toplam koruma maliyeti belli bir anot sayısında minimumdan geçmektedir. Şekilde ele alınan örnekte bir yıllık toplam koruma maliyeti yaklaşık 20 anot ile sağlanabilmektedir .

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



173


Şekil-3.75 Anot sayısına bağlı olarak katodik koruma minimum yıllık maliyetinin belirlenmesi

Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde ekonomi

Daha önce açıklanmış olduğu üzere, galvanik anotlardan sağlanan akım, dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde şebekeden çekilen akıma göre daima daha pahalıdır. Buna rağmen, ilk tesis masraflarının az olması nedeniyle küçük akım ihtiyacı halinde galvanik anotlu katodik koruma sistemleri dış akım kaynaklı katodik korumaya göre daha ekonomiktir. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde ilk tesis masrafı yaklaşık olarak 10-15 yıllık işletmede kullanılan akım masrafına eşdeğerdir. Buna karşılık galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde ilk tesis masrafı az, fakat akım maliyeti yüksektir. Bu durum sistem seçiminde yalnız akım ihtiyacının değil, katodik koruma ömrünün de göz önüne alınmasını gerektirir. Her iki sistemin katodik koruma ömrünün büyüklüğüne göre maliyetlerindeki değişim Şekil-3.76 da görülmektedir

Şekilden görüldüğü üzere, galvanik anotlu katodik koruma tesislerinde ilk tesis masrafı düşük olmasına rağmen, galvanik anotlardan çekilen akım maliyetinin fazlalığı nedeniyle katodik koruma ömrü arttıkça toplam maliyet hızla artmaktadır. Buna karşılık dış akım kaynaklı katodik koruma tesislerinde ilk yatırım masrafları yüksek fakat işletme sırasında harcanan enerji maliyeti düşüktür. Bu nedenle toplam maliyet küçük ömürlü tesislerde galvanik anot lehine, büyük ömürlerde ise dış akım kaynaklı tesisler lehinedir. Şekilde ele alınmış olan tesisde altı yıldan daha düşük ömürlerde galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinin daha ekonomik olduğu görülmektedir. Eğer katodik koruma sisteminin toplam akım ihtiyacı artacak olursa, galvanik anotlu katodik koruma sisteminin ekonomik olduğu altı yılın altına düşecektir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



174


Şekil-3.76 Katodik koruma ömrüne göre galvanik anotlu ve dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin maliyetleri

Burada alternatif akımdan doğru akıma çevrilerek kullanılan şebeke akımının maliyetinin de sabit olmadığı göz önüne alınmalıdır. Şebekeden çekilen dış akımın maliyeti transformatör-redresör verimine, doğru akım çıkış potansiyeline ve şebeke akımının kWsaat bedeline bağlıdır. Örnek olarak, bir dış akım kaynaklı katodik koruma tesisinde 12 Volt dc çıkış potansiyelinde 1 A.yıl akımın maliyetini hesaplıyalım.Transformatör-redresör verimi % 60 ve 1 kWsaat elektirik bedeli de 5 sent olsun. Buna göre 1 A.yıl akım,

= 20 Watt = 0,02 kW

0,02 kW x 24 x 365 = 175 kW.saat

Bu koşullarda 1 Amper akımın 1 yıllık maliyeti, 175 x 0,05 = 8,75 US $ olur. Daha önce belirtilmiş olduğu gibi 1 A.yıl akım mağnezyum anotlar ile yaklaşık 30 US$ , Çinko anotlar ile 20 US$ ‘ a elde edilebilmektedir. Ancak şebeke akımından çekilen akım maliyetinin, doğru akım çıkıp voltajının artışı ile orantılı olarak artacağı gözden uzak tutulmamalıdır.

BÖLÜM-4

YERALTI BORU HATLARI KATODİK KORUMA SİSTEMLERİNİN İŞLETME VE BAKIMI

Katodik koruma sistemleri her ne kadar hiç yardım gerekmeksizin görevlerini otomatik olarak yapabilirlerse de, çevre koşullarının değişmesinden dolayı çeşitli

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



175


arızalar meydana gelebilir. Bu nedenle katodik koruma sistemlerinin peryodik olarak kontrol edilmesi gerekir. Böylece muhtemel arızaların kısa sürede belirlenerek giderilmesi mümkün olabilir. Yeraltı boru hatlarını korozyondan korumak üzere uygulanan katodik koruma sistemleri genellikle 10 -15 yıl ömürle projelendirilir. En mükemmel şekilde hazırlanmış projelerde bile, bu kadar uzun süre içinde boru hattında ve çevre koşullarında baslangıçta göz önüne alınamayan bazı değişmeler meydana gelebilir. Bunlar proje esnasında belirlenen kriterleri değiştirir ve katodik koruma sisteminin yetersiz kalmasına veya tamamen çalışamaz hale gelmesine neden olabilir. Bu kriter değişikliklerinden başka, özellikle dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerindeki elektrik ve elektronik ünitelerinde beklenmedik çalışma arızaları da ortaya çıkabilir.

Katodik koruma sistemlerinde meydana gelen arızaların veya çevre

koşullarındaki değişikliklerin, yerüstü yapılarında olduğu gibi dışardan gözle muayene edilerek farkedilmesi mümkün değildir. Arızalar ancak bilinçli şekilde yapılan ve sürekli kaydedilen peryodik kontrollarla yakalanabilir. Bir katodik koruma sistemi arıza olsun veya olmasın, yılda en az bir defa kontrol edilmelidir. Bu peryodik kontrollerde yapılması gereken işler aşağıda açıklanmaktadır.

Bütün ölçü istasyonlarında boru/zemin potansiyeli ölçülmelidir. Kuşkulu bölgelerde ölçü kutuları arasındaki bölgelerde de çift elektrot veya uzun kablo yöntemi ile potansiyel ölçümleri yapılmalıdır.

Boru hattı boyunca kaplama direnci tayin edilmeli, kaplama bozukluğunun çok fazla olduğu bölgelerde özel önlemler alınmalıdır.

Transformatör-redresör ünitelerinde akım verimleri ölçülmelidir.

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde, anot yatağı direnci tayin edilmelidir.

Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde anot potansiyelleri ve anotlardan çekilen akım şiddeti ölçülmelidir.

Boru hattının başka boru hatları ile kesim noktalarında, boru üzerinden akan akım şiddeti on-off olarak ölçülmelidir.

Keson boru geçişlerinde, borunun ve kesonun potansiyelleri ölçülmelidir. Ara yerde temas olup olmadığı belirlenmelidir.

Eğer boru hattı ile yabancı bir boru arasında interferans akım bağı varsa, bu bağ direncinin yeterli olup olmadığı kontrol edilmelidir.

İzole flanj bağlantılarının etkili şekilde izolasyon yapıp yapmadığı, izole flanj direnci ölçülerek kontrol edilmelidir.

Boru hattı çevresine proje tasarımı aşamasında bulunmayan, örneğin yüksek gerilim hattı, doğru akım ile çalışan raylı taşıt araçları vb., yabancı metalik yapıların sonradan konulup konulmadığı araştırılmalıdır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



176


Arıza olsun veya olmasın, peryodik olarak yapılan bütün bu ölçümler sistematik şekilde dosyalanarak saklanmalıdır. En iyisi bu değerlerin bilgisayara kaydedilmesi ve zamana göre grafiğe alınmasıdır. Böylece, boru kaplamasının eskime durumunu, anotların ömrünü, transformatör -redresör ünitelerinin verimini ve kaçak akımların etki derecesini sürekli olarak kontrol edebilmek mümkün olabilir.

4.1 -ÖLÇÜM İSTASYONLARI

Katodik koruma uygulansın veya uygulanmasın, boru hatlarına belli aralıklarla ölçü istasyonlarının konulması gerekir. Bunlar peryodik olarak boru/zemin potansiyeli ölçümlerinde, kaçak akımların belirlenmesinde ve kaplama bozukluğundan ileri gelen korozyonun kontrolü için kullanılır. Boru hatlarına altı farklı tipte ölçüm istasyonu monte edilir. Bu ölçü istasyonları aşağıdaki amaçlarla kullanılır.

1 - Normal boru/ zemin potansiyeli ölçümleri için, (STP)2 - İzole flanş yalıtım kontrolü için, ( SIF )3 - Boru üzerinden akan akımı ölçmek için, ( ATP )4 - Kesim noktalarında kaçak akımı kontrol için, (EPC )5 - Galvanik anot bağlantılarında akım ve potansiyeli ölçmek için, ( SATP)6 - Keson boru geçişlerinde temas olup olmadığını kontrol için. ( CTP )

1-Normal ölçü kutuları (STP)

Borunun potansiyel değişimlerini ölçmek için, boru hattı boyunca düzgün aralıklarla ölçü kutuları konulur. Bu ölçü kutularında boruya yan yana iki kablo bağlantısı yapılır. Şekil-4.1 Bu kabloların her ikisinden de boru/zemin potansiyeli ölçülebilir. İki kablo bağlantısının amacı, boru hattına herhangi bir nedenle ölçü kutusu üzerinden akım uygulanması gerekirse, uçlardan birinden akım uygulanırken ayni anda diğerinden potansiyel ölçümü yapabilmek içindir.

Şekil- 4.1 Boru/zemin potansiyeli ölçüm istasyonları

2 - İzole flanş ölçü kutuları (SIF)

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



177


Bu ölçü kutuları, izole flanş yalıtım kontrolünü yapmak amacıyla izole flanşın bulunduğu noktalara konulur. İzole flanşın iki yanında bulunan borulara 10 cm aralıklarla ikişer adet kablo bağlanır. İzole flanjın önünde ve arkasında olan bağlantı kablolarını birbirinden ayırabilmek için birinde siyah, diğerinde beyaz renkli kablolar kullanılır. Şekil-4.2. İzole flanş direnci ölçülürken bu dört kablonun ikisi (dıştaki kablolar) akım uygulamak için, diğer ikisi de potansiyel farkını ölçmek amacıyla

kullanılır.

Şekil-4.2 İzole flanş kontrolü ölçüm istasyonu

3 - Boru akımı ölçü kutusu (ATP)

Bu istasyonlar boru üzerinden akan akımın ölçümünde kullanılır. Boru hattına 30 m aralıkla iki kablo bağlantısı yapılır. Ayni noktalara akım uygulayabilmek için 10 cm aralıkla ayrıca birer kablo bağlantısı daha yapılır. Akım yönünün belirlenebilmesi için akım uygulanan kabloların biri siyah diğeri beyaz renk olarak seçilir. Bu kablolar bir ölçü kutusu üzerinde toplanır. Şekil-4.3.

Şekil-4.3 Boru akımı ölçüm istasyonları

4 - Eş potansiyel ölçü kutusu (EPC)

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



178


Boru hattının yabancı bir boru hattı ile kesiştiği noktalarda, boruların birinden

diğerine kaçan akımı kontrol etmek amacıyla kesim noktasına bir ölçü kutusu konulur. Her iki boru hattına farklı renklerde ikişer kablo bağlanır. Bunlardan ikisi iki boru arasındaki potansiyel farkını ölçmek içindir. Diğer ikisi ise, kaçak akımı kontrol amacıyla iki boru arasına konulacak olan interferans bağ direnci konulmak üzere kullanılır. Bu kabloların potansiyel ölçümü için kullanılacak olanlara göre daha kalın kesitli olması gerekir. Şekil- 4.4

Şekil-4.4 Kaçak akım kontrol istasyonu5 - Galvanik anot ölçü kutusu (SATP)

Galvanik anotlar boru hattına doğrudan bağlanmayıp bir ölçü kutusu üzerinden şöntlenerek bağlanır. Şekil-4.5 . Bu istasyonlarda boru hattına iki kablo bağlantısı yapılır. Bunlardan biri anotlardan gelen kabloya bağlanır ve gerektiğinde ara yere direnç konularak anotlardan çekilen akım ayarlanabilir. Diğer kablo, anotlar devrede iken veya devre dışı iken boru/zemin potansiyelini ölçmek için kullanılır.

Şekil-4.5 Galvanik anot ölçü kutusu (a) Anot bağlantısı (b) Şönt bağlantı detayı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



179


6-Keson boru ölçü kutusu ( CTP)

Boru hattının keson boru ile temas edip etmediğini kontrol amacıyla keson boru geçiş noktalarına ölçü kutusu konulur. Bu ölçü kutularında iki kablo ana boruya bir kablo da keson boruya bağlanır. Şekil-4.6 .

Ölçü Kutusu Montajı

Ölçü kutuları kolay ulaşılabilen yerlere monte edilmelidir. Kutular dış etkilere dayanıklı olmalı ve kolayca açılıp kapatılabilmelidir. Ölçü kutusunun yer düzeyinden 1 m yüksekte olması uygundur. Şekil-4.7 Ancak kent caddelerinde borulu ölçü kutularının çeşitli sakıncaları olmaktadır. Bu nedenle çoğu zaman yer yüzeyinde beton blok üzerine oturtulmuş veya yere gömülü ölçü kutuları tercih edilmektedir. Şekil-4.8

Şekil-4.6 Keson boru ölçü kutuları

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



180


Şekil-4.7 Direk üzerine monte edilen ölçü kutusu ( a) Boru taşımalı tip, (b) Ahşap taşımalı tip

Şekil-4.8 Yer üstü ölçü kutuları (a) Beton blok ölçü kutusu , (b) Yere gömülü ölçü kutusu

4.2 - KATODİK KORUMA SİSTEMLERİNDE YAPILAN PERYODİK KONTROLLAR

Yeraltı çelik boru hatlarının katodik koruma kuralları standardize edilmiştir. TS-5141 standardında katodik koruma sistemlerinde yapılması gerekli olan ölçüm ve kontroller aşağıdaki şekilde verilmektedir.

Boru/zemin Potansiyelleri

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



181


Boru hatlarının katodik olarak korunduğunun belirlenmesınde en basit yöntem boru/zemin potansiyelinin ölçülmesidir. Bu potansiyel pratikte asağıdaki şekilde değerlendirilir.

Doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre ölçülmüş olan boru/zemin potansiyelinin -0,850 Volt veya daha negatif olması.

Boru potansiyelinin denge potansiyelinden katodık yönde en az 300 mV sapması. Bu değer boru akım altında iken ölçülen potansiyel ile, boruya hiç akım uygulanmadan önceki denge potansiyelinin farkı alınarak bulunur.

Boruda en az 100 mV polarizasyon kaymasının sağlanmış olması. Polarizasyon kayması boru en az 4 saat polarize edildikten sonra akım kesilerek 10 saniye bekledikten sonra ölçülen Eoff potansiyeli ile denge potansiyeli arasındaki fark alınarak bulunur.

Pratikte kolay olması bakımından bu kriterlerden genellikle birincisi kullanılmaktadır. Bu amaçla boru hattı boyunca bütün ölçü istasyonlarında boru/zemin potansiyelinin peryodik olarak ölçülmesi gerekir. Bu ölçümlerden borunun katodik olarak korunup korunmadığı kesin olarak anlaşılmakla beraber, boru/zemin potansiyelinin herhangi bir bölgede yukarda verilen limit değerden düşük kalması halinde, bunun sebebi hakkında yalnız boru/zemin potansiyeli ile bir fıkir edinilemez. Arızaların nedenlerini belirleyebilmek için boru hattında dığer bazı kontrolların da peryodik olarak yapılması gerekir. Bunlar galvanik anotlu ve dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminde birbirinden farklıdır.

Galvanik Anotlu Katodik Koruma Sistemlerinin Peryodik Kontrolü

Galvanik anotlu katodik koruma sistemleri üzerinde işletmeye alındıkları ilk yıl içinde ayda bir, sonraki yıllarda biri yağışlı mevsimde olmak üzere yılda iki kez aşağıdaki ölçümler ve kontrollar yapılır.

Ölçümler : a) Boru/zemin potansiyelleri, (on)-(off) b) Anot/zemin potansiyeli, (off)

c) Devre potansıyeli (driving voltage)d) Anotlardan çekilen akım şiddeti .

Kontrollar :a) Ölçü kutusu ve bağlantıları,

b) İzole flanşların izolasyonu,c) Varsa kaçak akım bağ dirençleri .

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemlerinde Yapılan Kontrollar

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



182


Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemleri üzerinde işletmeye alındıkları ilk yıl içinde ayda bir, sonraki yıllarda üç ayda bir aşağıdaki ölçüm ve kontroller yapılır.

Ölçümler: a) Boru/zemin potansiyeli ,(on)-(off)

b) T/R ünitesi doğru akım çıkış potansiyeli ve akımı, c) Anot yatağı direnci,

d)Boru hattının yabancı boru hatları ile kesişme noktasında yabancı borunun (on)-(off) potansiyel farkı.

Kontrollar:a) T/R ünitesi içinde bulunan sigorta, buton ve kablo bağlantılarının sağlam olup

olmadığı,b) T/R ünitesi içindeki ölçü aletlerinin çalışıp çalışmadığı,ayarlarının bozuk olup olmadığı,c) lzole flanşların izolasyonu , varsa kaçak akım bağ dirençleri.

Yukarıda yapılan kontroller dışında, dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin en önemli elemanı olan T/R üniteleri yukarda açıklanan peryodik ölçümler yapılırken yılda en az bir kere bakıma alınır. Bu bakım sırasında aşağıdaki işlemler yapılır :

Öncelikle T/R ünıtesi panosu dıştan gözle muayene edilir. Paslanma olup olmadığı, boyasının durumu ve aşırı ısınma yapıp yapmadığı kontrol edilir. Eğer ünite çalısıyor ise, dıştan hafıf bir ses duyulur.

T/R ünitesi kapağı dikkatle açılır. Kutu İçinde, yılan arı ve kertenkele gibi haşaratın bulunup bulunmadığı kontrol ediIir. Daha sonra ünite çalışırken ampermetre ve voltmetre okumaları yapılır.

Dış akım kaynağı şalteri kapatılır. T/R ünitesinin her parçasının bu anda sıcak halde olması gerekir. Elle yoklanarak soğuk kalmış kısımlar belirlenir. Böylece devre dışı kalmış olan cihazlar kolayca anlaşılır. Gereğinden fazla ısınmış olan cihazlar varsa bunlar kaydedilir.

Bütün bağlantılar temizlenir ve sağlamlığı kontrol edilir. Varsa hava soğutma vantilatörü temizlenir. Ölçü aletlerinin ayarı kontrol edilir.

Yağ soğutmalı T/R ünitelerinde yağın seviyesi ve temizliği kontrol edilir. Transformatör yağı berrak ve açık renkli olmalıdır. Bulanık ve koyu renkli ise yağ değiştirilir.

Kablolardan izolasyonu yanık veya bozuk olanlar varsa değiştirilir. Akım kesiciler, düğmeler kontrol edilir. Bozuk olanlar varsa değiştirilir. Boyanması gerekli olan paslanmış parçalar belirlenir.

Sisteme yeniden akım verilerek T/R üniteleri verimi aşağıdaki şekilde kontrol edilir.

T/ R ünitesi verimi = x 100

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



183


Transformatör - redresör ünitesinin verimi normal halde %50-60 arasında olmalıdır. Bu değer zamanla düşer. Verim %25 in altında ise, T/R ünitesininin değiştirilmesi gereklidir.

Yukarda belirtilen ölçümler boru hattı boyunca mesafeye göre ve her ölçü istasyonu içinde yapılır ve alınan değerler zamana göre grafığe geçirilir. Böylece boru hattı boyunca mevcut kritik bölgeler ile her istasyonun zaman içindeki değişimi gözlenir. Her hangi bir arıza söz konusu olduğunda bu değerler aşağıdaki şekilde yorumlanır.

Galvanik Anotlu Katodik Koruma Sistemlerinde Muhtemel Arızalar

Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde karşılaşılan arızalar başlıca iki ana grup altında toplanabilir.

1- Anot akım çıkışı yüksek olduğu halde boru/zemin potansiyelinin yetersiz kalması hali :

Anotlardan yeterli miktarda akım çekildiği halde boru/zemin potansiyelinin -0,850 Volt değerinden daha negatif olmaması hali aşağıdaki nedenlerden ileri gelir.

Boru hattına izole flanş ile ayırma yapılmadan yeni bir branşman ilave edilmiştir. Bu durumda katodik koruma akım ihtiyacı artmış ve boru hattına uygulanan akım yetersiz kalmıştır.

Boru hattını yalıtmak üzere kullanılmış olan izole flanşlar direncini kaybetmiştir. Bu durumda uygulanan akımın bir kısmı yabancı yapıya kaçmaktadır.

Çevrede yeni yapılmış daha negatif potansiyelli bir katodik koruma sistemi vardır. Bu metalik yapıya akım kaçağı söz konusudur.

Boru kaplaması zamanla bozulmuş ve borunun akım ihtiyacında projede öngörülen değerleri aşacak şekilde artış olmuştur.

Boru hattı çevresindeki zeminde, zemin korozif özelliğini artıracak yönde bazı değişmeler olmuştur. Örneğin rutubet artmıştır veya oksıjen dıffüzyon hızı değişmiştir.

2- Anot akım çıkışının azalması veya anottan hiç akım çekilememesi hali :

Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde, boru/zemin potansiyeli arttıkça devre potansiyeli (driving voltage) otomatik olarak azalır. Bunun sonucu olarak anotlardan çekilen akımda zamanla bir miktar azalma olur ve boru potansiyelinin belli bir değere yükselmesinden sonra anotlardan çekilen akım şiddeti sabit bir değere ulaşır. Diğer taraftan anottan akım çekildikce, anot kütlesi ve hacminde azalma olacağından, doğal olarak anot akım çıkışında da zamanla bir azalma meydana gelir. Ancak her iki halde de boru/zemin potansiyeli koruma kriteri üzerinde kalır. Eğer boru/zemin potansiyeli limit değerin altında kalıyorsa bu durum aşağıdaki nedenlerden ileri gelir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



184


Anottan öngörülenden daha fazla akım çekilmiş ve anot beklenenden daha kısa sürede harcanmıştır .

Anot-kablo bağlantısı zayıflamış veya tam olarak kopmuştur. (Son durumda anot/zemin potansiyeli ölçülemez)

Boru ile ölçü kutusu arasındaki bağlantı zayıflamış veya kopmuştur. (Son durumda boru/zemin potansıyeli ölçülemez)

Anot çevresindeki zemin kurumuş ve anot direncinde anormal artış olmuştur. Bu durumda anottan çekilen akımda da azalma gözlenir.

Anot yatağı çevresinde herhangi bir nedenle meydana gelen kirlenme nedeniyle anot akım üretemez hale gelmiştir.

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemlerinde Muhtemel Arızalar

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde karşılaşılan arızalar başlıca dört ana grup altında toplanabılir.

1 -T/R ünitesinde normal potansiyel uygulandığı halde (dc) akım çıkışının beklenenden düşük olması hali:

T/R ünitesinde normal potansiyel uygulandığı halde, (dc) akım çıkışının beklenenden düşük olması bir çok nedene dayanabilir. Bu durumda aşağıdaki ihtimaller söz konusu olabilir.

Anot yatağı direncinin öngörülen değerden yüksek oluşu veya anotların yıpranma nedeniyle dirençlerinin artması.

Anot yatağı çevresindeki kuruma sonucu zemin direncinin artması. Anot yatağına konulan kok tozu içinde gaz birikmesi sonucu anot yatağı

direncinin artması. Bazı anotların kablo bağlantılarında kopukluk veya direnci artırıcı gevşemeler

meydana gelmesi. Boru hattını T/R ünitesine bağlıyan kablolarda kopukluk veya bağlantı

zayıflamasının mevcut olması. (Bağlantıda tam kopukluk söz konusu ise, T/R ünitesine normal potansiyel uygulandığı halde doğru akım çıkışı sıfırdır).

2 - T/R ünitesinde (dc) çıkış potansiyel ve akımınınher ikisinin de düşük olması hali :

T/R ünitesi normal potansiyel kademesinde bulunurken, (dc) akım çıkışı ve potansiyel değerlerinin beklenenden düşük oluşu aşağıdaki nedenlerden ileri gelir.

T/R ünitesinde potansiyel kademesi düşük seçilmiştir. Transformatör ve/veya redresör üniteleri zayıflamış verimleri ve akım çıkışı

düşmüştür. Şebekeden gelen alternatif akımın potansiyeli düşüktür.

3 - T/R ünitesinde dc çıkış akımı ve potansiyeli normal olduğu halde

boru/zemin potansiyelinin yeterli düzeyde olmaması hali:

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



185


Zeminin koroziflik özelliğinde büyük ölçüde artış olmuştur. Orneğin yeraltı suyu yükselmiş veya oksijen difüzyonu artmıştır.

Boru yalıtımında kullanılan izole flanşlar direncini kaybetmiştir. Boru hattına yeni bir parça ilave edilmiş ve boru akım ihtiyacını artırmıştır. Boru hattı yakınına yeni bir boru hattı döşenmiş ve bu koruyucu plaka etkisi

göstermiştir. Boru.kaplaması yıpranmış veya bozulmuş, boru akım ihtiyacı artmıştır.

4 - T/R ünitesinde dc çıkış akımı ve potansiyeli normal olduğu halde, boru/zemin potansiyelinin anormal derecede negatif veya statik haldeki potansiyelinden daha pozitif olması:

T/R ünitesınde (dc) akım çıkışı ve potansıyeli normal olduğu halde, boru/zemin potansiyelinin anormal derecede negatif olması, veya statik haldeki potansiyelinden daha pozitif olması aşağıdaki nedenlerden ileri gelebilir:

Boru hattına normal potansiyel ve şiddette akım uygulandığı halde, boru/zemın potansiyelinin beklenenden daha negatıf potansiyelde olması, çevre katodik koruma sistemlerinden veya başka bir doğru akım kaynağından boru hattına akım kaçağı olduğunu gösterir.

Boru hattına T/R ünitesinden akım uygulandığı zaman, boru/zemin potansiyelinin, statik haldeki potansiyelden daha pozitif bir değer alması, bağlantının ters yapılmış olmasından ileri gelir. Doğru akımın (+) ucu anoda, (-) ucu da katoda bağlanmalıdır. Akım uygulandığında boru/zemin potansiyeli negatif yönde artış göstermelidir. Aksi halde boru anot haline getirilmiş olur.

4.3 - KATODİK KORUMA SİSTEMLERİNDE YAPILAN ÖZEL DENEYLER

Katodik koruma sistemlerinde peryodik olarak yapılması gereken ölçümler dışında sistemdeki arızayı kesin şekilde belirleyebilmek üzere bazı özel deneylerin de yapılması gerekebilir. Bunlardan en önemlileri aşağıda verilmektedir.

Boru Akımının Ölçülmesi

Katodik koruma uygulanmış olsun veya olmasın boru üzerinden akan akımın ölçülmesi gerekir. Bu amaçla pratikte iki yöntem uygulanır. 1) Sıfır dirençli ampermetre ile yapılan doğrudan ölçümler, 2) Akım ve potansiyel ölçümleri ile yapılan tayinler.

Sıfır dirençli ampermetre ile yapılan boru akımı ölçümleri

Sıfır dirençli bir ampermetre ile bir boru hattında akım ölçme düzeneği Şekil-4.9 da, sıfır dirençli ampermetrenin elektriksel bağlantı detayı da Şekil-4.10 da görülmektedir.

Boru üzerinden akan akımın ölçülmesi için boruya bir bataryadan ters yönlü olarak bir (ib) akımı uygulanır. Bu akım voltmetrede okunan potansiyel farkı sıfır

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



186


oluncaya kadar azaltılır veya çoğaltılır. Potansiyel farkının sıfır olduğu anda, uygulanan (ib) akımı ters yönlü olarak boru üzerinden akan (is) akımına eşit olacaktır.

Şekil-4.9 Sıfır dirençli ampermetre ile boru akımının ölçülmesi

Şekil-4.10 Sıfır dirençli ampermetre bağlantı detayı

2 - Akım ve potansiyel ölçümleri ile boru akımının tayini

Bu amaçla Şekil-4.3 de verilen (ATP) ölçü kutuları kullanılır. Veya boru üzerine 30 m aralıkla iki kablo bağlanır ve Şekil-4.11 de görülen düzenek yardımı boru üzerinden akan akımın şiddeti deneysel olarak belirlenir.

Şekil-4.11 İki noktalı ölçüm istasyonlarında boru akımının ölçülmesi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



187


Boru hattında 30 m aralıkla belirlenen iki nokta arasına bir bataryadan belli bir akım uygulanarak bir voltmetre yardımı ile boru hattı üzerinde bu iki nokta arasında oluşan potansiyel farkı okunur. Ohm Yasası yardımı ile devre direnci belirlenir. Borunun uzunluğuna direnci bilindiğine göre voltmetrede okunan değer için bir düzeltme faktörü bulunur. Daha sonra normal ölçümlerde bataryadan akım uygulanmasına gerek kalmaz. Yalnızca iki nokta arasındaki potansiyel farkının 0,1 mV düzeyinde duyarlı olarak okumak yeterlidir. Ohm yasasına göre i = E/R den boru akımı hesaplanır.

Örneğin 60 cm çapında ve 6,3 mm et kalınlığında bir çelik boru hattında 30 m aralıkta ölçülmüş olan potansiyel farkının düzeltme faktörü ile çarpıldıktan sonra 0.25 mV olduğunu düşünelim. Bu borunun uzunluğuna direnci r = 16x10-6 Ohm/m dir . 30 m uzunluğundaki boru direnci, R = 30 x 16 x10-6 = 0,48x10-3 Ohm olacaktır. Buna göre boru akımı , i = 0,25 / 0,48 10-3 =520 mA olarak hesaplanır.

Anot Yatağı Direncinin Ölçülmesi

Anot yatağına T/R ünitesinden (eğer henüz monte edilmemiş ise bir aküden) belli potansiyellerde akım uygulanır. Örneğin, 2,0 volt, 4,0 volt ve 6,0 Volt uygulanarak bu potansiyellere karşı gelen anot akım çıkışı ölçülür. Potansiyel değerleri apsiste, akım şiddeti ordinatta olmak üzere Şekil-4.12 de görüldüğü gibi grafığe geçirilir.

Şekil-4.12 Anot yatağı direncinin ölçülmesi

Elde edilen doğrunun eğimi Ohm ( Volt/Amper) olarak anot yatağının direncini verir. Bu doğrunun denklemi, E = IR + 1,7 şeklindedir. Akımın sıfır olması halinde E = 1.7 Volt potansiyel ölçülür. Bu değer kok tozu dolgulu anot yatağı ile çelık boru arasındaki galvanik potansiyel farkıdır.

İzole flanş direncinın ölçülmesi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



188


İki boru parçası arasına yalıtım amacıyla konulmuş olan izole flanşın elektriksel direncinin zaman zaman kontrol edilmesi gerekir. İzole flanş direnci izole flanşın her iki yanına ohmmetrenin iki ucu değdirilerek ölçülecek olursa, cihazın göstergesinde izole flanş direnci değil, zeminin iletkenliğine bağlı olarak bir kaç Ohm okunur. Bu şekilde ölçülen direnç izolasyon direnci olmayıp iki nokta arasındaki zemin direncidir. İzole flanş direncinin belirlenmesi deneyi, boru hatlarının elektriksel yalıtımı konusu içinde verilecektir.

Kesişen Borularda İnterferans Etkisinin Belirlenmesi

Katodik koruma yapılmış bir boru hattı ile koruma yapılmamış yabancı bir boru hattının kesişme noktasında, yabancı borudan korunan boruya akım kaçağı olur. Bu durumda kesişme noktasında yabancı borunun potansiyelinde pozitif yönde

sapma görülür. Şekil- 4.13

Şekil - 4.13 Katodik koruma yapılmış boru hattı ile kesişen yabancı boruhattında kesişme bölgesindeki potansiyel değşimi.

Yabancı boru hattında kesişme bölgesinde meydana gelen potansiyel değişimi aşağıdaki şekilde ölçülür. Borunun bir ucundan yapılan bağlantı ile bir bakır/bakır sülfat referans elektrodu kullanılarak boru hattı boyunca sabit aralıklarla boru/zemin potansiyelleri ölçülür. Bu değerler mesafeye göre grafığe geçirilir. İnterferans olayı söz konusu ise, yabancı boru potansiyelinde şekilde görüldüğü gibi kesişme noktasında pozitif yönde bir sapma gözlenir. Buna karşılık katodik korumalı borunun potansiyelinde o bölgede negatif yönde bir artış olur. Bu artış boruların kaplama durumuna ve zemin

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



189


rezistivitesine göre değişir. Örneğin yapılan bir ölçümde yabancı borunun potansiyeli akım kesildiğinde -0,68 Volt iken, katodik koruma akımı uygulandığında -0,32 Volt’a düşmüş, buna karşılık katodik korumalı borunun kesişme noktasının uzağında -1,02 V olan potansiyeli yabancı boru hattı ile kesişme bölgesinde -1,98 V’ a yükselmiştir.

Paralel Giden Boru Hatlarında İnterferans Etkisinin Belirlenmesi

Biri katodik olarak korunmuş paralel giden iki boru hattından korumasız boru hattı interferans nedeniyle korozyona uğrayabilir. Akım korumasız borudan korumalı boruya kaçar. Korozyon olayı akımın boruyu terkettiği noktalarda meydana gelir. İki boru arasında kaçak akım olup olmadığının belirlenmesi için aşağıdaki deney yapılır: İki bakır/bakır sülfat referans elektrodu alınarak bunlar paralel giden boru hatlarının tam üzerine gelecek şekilde yerleştirilir. Şekil-4.14.

Şekil-4.14 Paralel giden boru hatlarında interferans etkisinin belirlenmesi.

Katodik koruma devresi (on)-(off) yapılarak iki referans elektrot arasında voltmetrede okunan potansiyel değerleri okunur. Şekilde koyu çizgilerle gösterilen birinci ölçümde referans elektrotlar boruların tam üzerine gelecek şekilde konulmuştur. Bu durumda katodik koruma devresi (on)-(off) yapılarak V(on) ve V(off) ölçümleri yapılır. Buna benzer ölçümler, referans elektrotlar şekilde kesikli çizgilerle görüldüğü gibi korumasız boru yönünde eşit uzaklığa (a) taşınarak yeniden yapılır. Her iki ölçümde de akımsız halde okunan V(off) değerleri arasında bir fark gözlenmez.Fakat katodik korumalı boru hattına akım uygulandığında boru üzerinden ve uzağından ölçülen potansiyel değerleri farklıdır. Bu V(on) değerleri arasındaki fark ne kadar büyük ise, katodik interferans etkisi de o derece fazladır.

Anot Yatağı İnterferans Etkisinin Belirlenmesi

Anot yatağı yakınından geçen yabancı boru hatlarına akım kaçağı olur. Kaçan akımın büyüklüğü, boru hattının kaplama durumuna, anot yatağından uygulanan akımın şiddetine, anot yatağı ile boru hattı arasındaki uzaklığa ve zeminin rezistivitesine bağlıdır. Kaçan akımların boruda ne derece etkili olduğu on-off olarak boru/zemin potansiyelleri ölçülerek belirlenebilir. Şekil-4.15

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



190


Şekil-4.15 Anot yatağından yabancı boru hattına kaçan akımların ölçülmesi

Anot yatağı yakınında kaçak akımların boruya girdiği bölgede yabancı boru potansiyelinde negatif yönde artış olur. Bu artış gittikce azalarak 100-150 m mesafede etkisini kaybeder. Pratikte, E = E on- Eoff farkının 50 mV dan az olması halinde interferans etkisinin olmadığı kabul edilir. Aşağıda anot yatağı yakınından geçen bir boru hattı üzerinde 90 m uzaklığa kadar ölçülmüş olan akımlı ve akımsız haldeki potansiyel değerleri görülmektedir. Her iki borunun kesişme noktasında 560 mV olan potansiyel farkı, kesişme noktasının 90 m uzağında 10 –50 mV değerine düşmüştür.

Ölçüm noktası , m Eon , mV Eoff, mV E ,mV 90 sağ - 690-640 50 60 sağ - 1010 - 690 320 30 sağ - 1200 - 770 430 0- - 1370 - 810 560 30 sol - 1180 - 780 400 60 sol - 990 - 710 280 90 sol - 660 - 650 10

İnterferans Bağ Direncinin Tayini

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



191


Katodik koruma uygulanmış olan boru hattını kesen bir yabancı boru hattı üzerinde muhtemel interferans etkisini önlemek üzere ara yere metalik bir bağ konulur. Böylece zemin içinden geçerek korozyona neden olan kaçak akımların metalik

bağ üzerinden zararsızca geçmesi sağlanmış olur. Ancak metalik bağ üzerinden gereğinden fazla akımın kaçması da istenilmez. Bunu sağlamak için ara yere yeterli büyüklükte bir direnç konularak iki boru arasındaki akım geçişi minimuma indirilir. İnterferans bağ direnci deneysel olarak belirlenebilir: Şekıl-4.16.

Şekil-4.16 İnterferans bağ direncinin tayini

İnterferans bağ direncini belirlemek için, iki boru hattının bir birine en yakın olduğu noktada iki boru arasına bir reosta bağlanır. Başlangıçta reosta en büyük dirence ayarlanarak katodik koruma devresi (off) konumuna getirilir ve her iki boruda boru/zemin potansiyelleri ölçülür. Katodik koruma devresi (on)-(off) yapılarak, koruma yapılmamış olan borunun boru/zemin potansiyeli ölçülür. Eğer interferans söz konusu ise, (on) ve (off) olarak ölçülen bu potansiyel değerleri birbirinden farklıdır. Reosta direnci küçültülerek korunmamış boru üzerinde yeniden (on)- (off) potansiyel ölçümleri yapılır. Ara yerdeki direnç küçüldükçe yabancı boruda ölçülen (on)-(off) potansiyelleri arasındaki fark gittikce azalır. Bu farkın 20 mV'dan daha az olduğu andaki direnç interferans bağ direnci olarak belirlenir. Bu direncin katodik koruma sistemine uygulanan akım şiddetine bağlı olduğu gözden uzak tutulmamalıdır. Ölçümler katodik koruma için gerekli olan akım şiddeti ile yapılmalıdır.

4.4-BORU HATLARINDA ELEKTRİKSEL YALITIM

Katodik koruma uygulanan boru hatları iki uçtan, eğer yan bağlantılar varsa, bağlantı noktalarında elektriksel olarak yalıtılmalıdır. Aksi halde boruya uygulanan akım yabancı yapılara doğru akar ve boru hattını istenilen potansiyel düzeyine çıkarmak güçleşir. İzolasyon boru hattı üzerinde makro galvanik hücrelerin oluşmasını önlemek için de gereklidir. Pompa istasyonu girişinde, depo giriş ve çıkışlarında ve kaçak akımların söz konusu olduğu bölgelerde boru hattı uygun şekilde izole edilmelidir. Boru hattı izolasyonu çeşitli şekillerde yapılmaktadır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



192


İzole flanj takılarak (isolating flange) Şekil -4.17 Monoblok izole conta ile (monobloc isolating joint) Şekil-4.18 İzole bağ yapılarak ( isolating coupling) Şekil-4.19 Plastik bağlantı borusu kullanılarak (isolating spool) Şekil-4.20

Şekil-4.17 İzole flanj bağlantısı

Şekil- 4.18 İzole flanj (yüksek basınçlar için)

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



193


Şekil-4.19 Vidasız izole bağlantı

Şekil-4.20 Plastik boru bağlantısı

İzole flanjlarda akım kaçağı kontrolü

Yeraltında bulunan bir boru hattında izole flanjın iki yanı arasındaki direnç Şekil-4.21 de görüldüğü gibi bir avometre ile ölçüldüğünde direncin bir kaç ohm olduğu görülür. İzole flanj direnci milyonlarca ohm düzeyinde olmasına rağmen ölçülen direncin çok küçük oluşu, boru hattının toprak içinde bulunmasından ve zeminin iletkenliğinden ileri gelir. Özellikle boru kaplaması zayıf ve zemin rezistivitesi küçük ise, bu şekilde ölçülen direnç 1 Ohm’un altına düşebilir. Bu nedenle izole flanjın etkili bir şekilde yalıtım yapıp yapmadığı avometre ile direnç ölçülerek anlaşılamaz. Bu amaçla borular üzerinde potansiyel kontrol deneylerinin yapılması gerekir.

Şekil-4.21 İzole flanj direncinin avometre ile ölçülmesi

Bu deney şöyle yapılır: Bakır/bakır sülfat referans elektrotları ile izole flanjın her iki yanında boru zemin potansiyelleri ölçülür. Bu ölçümler katodik koruma akımı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



194


kesilerek yeniden yapılır. Eğer izole flanj yalıtım görevini tam olarak yerine getiriyorsa, korunan borunun potansiyeli akım varken ve yokken büyük ölçüde değiştiği halde öteki borunun potansiyelinde akımlı ve akımsız halde yapılmış olan ölçümlerde hiç bir değişiklik olmaz. Bu deney ile izole flanjın görevini yapıp yapmadığı net olarak belirlenebilir. Bunun yanında izole flanj interferans olayının söz konusu olup olmadığı da ortaya çıkar . Eğer boru hattına katodik koruma akımı uygulandığında, korunmayan borunun potansiyeli, akımsız hale göre pozitif yöne doğru kayıyorsa, bu durum korunmakta olan borudan akımın zemine girerek oradan öteki boruya geçmekte olduğunu gösterir. Şekil-4.22

İzole flanj interferansı, izole flanjın iki yanı arasındaki potansiyel farkının yüksek oluşundan kaynaklanır. Bu durumda izole flanjda hiç bir arıza yoktur. Ancak katodik olarak korunmayan borunun izole flanj bağlantı noktasında, akımın zemine girdiği bölgede şiddetli korozyon söz konusu olur. İzole flanj bağlantı elemanlarında kısa devre olup olmadığı deneysel olarak Şekil-4.23 de görülen düzenek ile belirlenir. Bu deneyde ilk olarak izole flanjın her iki yanında on-off olarak potansiyel ölçümleri yapılır. Yapılan bu ölçümlerde, akım uygulandığında negatif yönde artış meydana geliyorsa, bu durum izole flanjda kısa devre akım kaçağı olduğunu gösterir. İzole flanjdaki arızanın civataların kılıflarında veya ara yerdeki izolasyon contasında olması tamir açısından büyük önem taşır. Arızanın nerede olduğunu kesin olarak belirlemek üzere Şekil-4.23 de görüldüğü gibi , bir akü yardımı ile izole flanjın iki yanında borulara akım uygulanır. Bu akım altında her vidanın iki ucu arasındaki potansiyel farkı okunur. İzolasyonu sağlam olan vidaların iki ucu arasında hiç bir potansiyel farkı gözlenmez. Eğer vida kılıfının her hangi bir yerinde kısa devre söz konusu ise o vidada iki uç arasında bir potansiyel farkı okunur.

Şekil-4.22 İzole flanj interferansı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



195


Şekil-4.23 İzole flanj vidalarında kısa devrenin belirlenmesi

Keson Boru İçinden Geçiş

Boru hatlarının bir duvar içinden veya bir yol altından geçişinde bir koruyucu boru (keson) içinden geçirilir. Boru hattı ile dış kısımda bulunan keson boru birbirinden izole edilir. Şekil-4.24

Şekil-4.24 Boru hattının bir keson içinden geçirilmesi

Ana boru ile çevresinde bulunan keson borunun birbirine temas etmemesi için ara yere izolatör konur. Keson boru içine su dolmasını önlemek üzere her iki uç izole edilir. Keson boruya havalandırma boruları takılarak, keson içinde su buharlarının yoğunlaşması önlenir. Keson boru ile içinden geçen ana borunun birbirine temas etmesi halinde bu bölgede galvanik korozyon olayı meydana gelir. Eğer ana boru katodik korumalı ise, bu noktada keson borudan ana boruya akım kaçağı olur. Tamponların yıpranması sonucu iki boru bir biri ile temas edebilir. Böyle bir temasın olup olmadığı, eğer temas varsa bu noktanın nerede olduğu deneyle belirlenebilir. Bu amaçla Şekil-4.25 de görülen deney düzeneği kullanılır.

Deney şöyle yapılır: Bir akünün (+) ucu kesona, (-) ucu da ana boruya bağlanarak devreye bir (i) akımı uygulanır. Bu akım şekilde görüldüğü gibi, ana boru ile keson boru arasındaki temas noktasından geçerek devreyi tamamlar. Potansiyel ölçümü için keson borunun iki uç noktası arasına iç direnci yüksek bir voltmetre bağlanır. Eğer boru hattı ile keson arasında hiç temas yoksa, bu durumda voltmetrede potansiyel farkı okunmaz. Aksi halde akımın geçmiş olduğu temas noktası ile keson borunun uç noktası arasında geçen akımın şiddeti ile orantılı olarak bir potansiyel farkı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



196


oluşur. Ayrıca ölçülen potansiyel farkı her iki boru arasındaki temas noktasının uç noktaya olan uzaklığına bağlıdır. Bu durumda ölçülen potansiyel farkını kullanarak temas noktasının yerini belirlemek mümkün olabilir.

Şekil- 4.25 Keson boru ile ana boru arasındaki temas noktasının belirlenmesi

Örneğin, Şekil-4.25 de görülen düzenek ile E = 1,6 mV luk bir potansiyel farkı ölçmüş olalım. Ölçüm yapmış olduğumuz keson borunun boyu 24 m, çapı 45 cm ve et kalınlığı da 9,3 mm olsun. Deney sırasında bataryadan boruya 10 Amper şiddetinde bir akım uygulanmış ise, Ohm kanunu gereğince potansiyel farkına neden olan direnç,

R = E / i = 1,6 10-3 / 10 = 160 10-6 Ohm

olarak bulunur. Bu direnç temas noktası ile keson boru uç noktası arasındaki borunun uzunluğuna direncidir. Keson borunun 1 metresinin uzunluğuna direnci Şekil-2.8’ de verilen nomogramdan r = 11 10-6 Ohm/m olarak okunur. (Boru direncini hesapla da bulmak mümkündür.) Buradan temas noktasının uç noktaya olan uzaklığı , L = 160 10-6 / 11 10-6 = 15 m bulunur.

4.5- KATODİK KORUMA SİSTEMLERİNDE İNTERFERANS

Dış akım kaynaklı bir katodik koruma sisteminde anot yatağı ile katot arasında zemin içinde meydana gelen potansiyel değişimi Şekil- 4.26 da görüldüğü gibidir. Akımın uygulanmış olduğu anot yatağı çevresinde (A noktası) zemin potansiyelinde pozitif yönde bir artış meydana gelir. Anot yatağı çevresindeki potansiyel değişimi, zemin rezistivitesine, anot yatağından çıkan akımın şiddetine ve mesafeye bağlıdır. Zemin potansiyelinde meydana gelen bu değişme anot yatağından uzaklaştıkça gittikçe azalarak belli bir uzaklıkta (B noktası) normale döner. Anot yatağı çevresinde (r) m uzaklıktaki potansiyel değişimi, E = I / 2 r bağıntısı ile hesaplanabilir. Bu bağıntıdan anlaşılacağı üzere yüksek rezistiviteli zeminler içinde anot yatağından kaynaklanan interferans etkisi daha uzak mesafelerde etkili olur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



197


Şekil- 4.26 Anot yatağı ile korunan boru arasında zeminde potansiyelin değişimi

Anot yatağından yeteri kadar uzaklaşıldığında (B ve C noktaları arası) zemin içindeki potansiyel değişimi hemen hemen yok olur. Potansiyel değişimi korunan boru hattı çevresinde (C noktası) bu defa negatif yönde yeniden ortaya çıkar. Katodik olarak korunmakta olan boru çevresinde oluşan bu potansiyel gradiyenti daha dar bölgede hissedilir. Boruya yaklaşıldıkça (D noktası) zemin potansiyelinin negatif yönde arttığı görülür. Korunmakta olan boru hattının çevresinde mesafeye göre değişen bir potansiyel gradienti oluşur.Şekil-4.27

Şekil-4.27 Katodik korumalı bir boru hattı çevresinde oluşan potansiyel gradienti

Gerek anot yatağı bölgesinde, gerekse boru hattı çevresinde oluşan pozitif ve negatif yüklü bu potansiyel alanları içinden geçen yabancı boru hatları veya diğer metalik yapılar katodik korumanın interferans etkisinde kalırlar.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



198


Anodik İnterferans

Yukarda açıklandığı üzere, anot yatağından uygulanan akımın şiddetine bağlı olarak anot yatağı çevresinde bir pozitif potansiyel alanı oluşur. Bu alan içinde bulunan yabancı metalik yapılara anot yatağından akım kaçağı meydana gelir. Akımın yapıya girmiş olduğu bu bölgede herhangi bir korozyon olayı söz konusu olmaz. Ancak bu akım yapı üzerinde hareket ederek, direncin en düşük olduğu bir noktada yapıyı terkeder. Korozyon, akımın yapıyı terkederek zemine girdiği bu bölgelerde görülür. Anot yatağı ve yapının arazideki konumuna ve çevre koşullarına bağlı olarak, anot yatağından kaynaklanan interferansın yeri ve şiddeti farklıdır. Şekil-4.28 de anot yatağının yakınından geçen ve korunmakta olan boru hattına paralel giden bir boru hattında meydana gelen interferans korozyonu olayı görülmektedir. Anot yatağından yabancı boruya giren akım boru hattı boyunca her iki yöne doğru akarak boru kaplamasının en zayıf olduğu bölgelerde boruyu terkederek yeniden korunmakta olan boruya dönmektedir.

Şekil-4.28 Anot yatağı yakınından geçen ve korunan boruya paralel giden yabancı boru hattı üzerinde interferans korozyonu

Şekil-4.29 da da anot yatağı yakınından geçen ve korunmakta olan boru hattı ile kesişen bir boru hattında iki borunun kesişme noktasında ortaya çıkan korozyon görülmektedir. Bu durumda dar bir bölgede şiddetli korozyon olayı gözlenir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



199


Şekil-4.29 Anot yatağı çevresinden geçen ve korunan boru hattı ile kesişenbir boru hattında interferans korozyonu

Anodik İnterferans için alınacak önlemler

Anodik interferans nedeniyle oluşan korozyonu önlemek üzere pratikte başlıca aşağıdaki önlemler alınmaktadır.

1- Henüz tasarım aşamasında, anot yatağının metalik yapılardan uzak tutulmasına çalışılır. Bu uzaklık Şekil-3.52 de verilen grafiklerden alınır veya anottan çekilen akımın şiddetine ve söz konusu zeminin rezistivitesine bağlı olarak E = I / 2r bağıntısı ile aşağıdaki şekilde hesaplanabilir. Örneğin 10 Amper akım çekilen bir anot yatağı çevresinde zemin rezistivitesinin 3000 Ohm.cm olduğunu kabul edelim. Bu anot yatağından 100 m uzaklıkta potansiyel değişimi, E = 10x30 /6,28x100 = 0,48 Volt dur. Anot çevresinden geçen yabancı yapıların bulunduğu noktada zemin potansiyelinin yüksek oluşu kaçak akıma neden olur.

2- Sığ anot yatağı yerine derin kuyu anot yatağı yapılabilir. Böylece anot potansiyel alanı, merkezi yaklaşık 20-30 m derinde olan bir küre biçiminde oluşur. Bu durumda yüzeye yakın olan yapılar üzerine anot interferans etkisi önemli ölçülerde azaltılmış olur.

3- Yabancı yapının anot interferans etki bölgesi içinde kalan kısmına çok iyi kalitede kaplama yapılır. Böylece yapı içine bu bölgeden akım girişi önlenir veya azaltılır.

4-Anot bölgesi içinde kalan yabancı borunun her iki yanına çıplak metal borular veya metal plakalar yerleştirilir. Kalkan görevi yapan bu borular anot yatağının negatif ucuna bağlanır.Şekil-4.30

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



200


Şekil-4.30 Anodik interferansı önlemek üzere metal kalkan kullanılması

Katodik interferans

Katodik koruma yapılmış bir boru hattı, çevresinde bulunan yabancı yapılar üzerinde interferans etkisi yapabilir. Katodik interferans, boru çevresinde silindirik biçimli bir negatif potansiyel düşüşü nedeniyle ortaya çıkar. Bu alan içinde bulunan yabancı yapılardan katodik korumalı boruya akım kaçağı olur ve yabancı boru bu bölgede şiddetli korozyona uğrar. Şekil -4.31 de katodik olarak korunmakta olan bir boru hattının, korumasız haldeki bir yabancı boru hattı ile kesişmesi halinde meydana gelen interferans olayı görülmektedir. İki boru hattının kesişme noktasında yabancı boru hattında şiddetli korozyon olayı gözlenir. Yabancı boru hattı kaplamasız veya zayıf kaplamalı ise korozyon olayı daha şiddetli olur. Kesişme noktasında interferans etkisinde kalan bölgenin uzunluğu, yabancı boru hattı üzerinde potansiyel ölçümleri yapılarak belirlenir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



201


Şekil -4.31 Katodik olarak korunmuş olan bir boru hattını dik olarak kesenbir yabancı boru hattı üzerinde interferans etkisi

Paralel Giden Boru Hatlarında interferans

Katodik olarak korunan boru hattı ile yabancı bir boru hattının birbirine yakın olarak paralel gitmesi halinde, anot yatağından uygulanan akımın bir kısmı yabancı boru hattına girer. Boru üzerindeki korozyon olayı, anot yatağının yabancı boru hattının yakınında veya uzağında olmasına göre farklı bölgelerde gerçekleşir. Şekil-4.32 Şekilde (a) da olduğu gibi anot yatağı boru hattına yakın ise, anot yatağı yakınında bulunan bölgede akım yabancı boruya girerek iki yana doğru uzaklaşır. Yabancı borudaki akım uzak bir noktada yeniden korumalı boruya döner. Yabancı borudaki korozyon olayı uzakta, kaplamanın bozuk veya zemin rezistivitesinin düşük olduğu bir noktada oluşur. (b) de olduğu gibi anot yatağı boru hatlarına yeteri kadar uzak ise, bu durumda anot yatağından uygulanan akım katodik olarak korunan boruya olduğu gibi ,onun paralelinde olan yabancı boruya da girer. Böylece anot yatağı bölgesine kadar yabancı boru hattı üzerinden akarak bu bölgede yeniden korunan boruya döner. Akımın boruyu terkettiği bu bölge korozyona uğrar. Korozyon dar bir bölgede etkili olacağından, yabancı boru bu bölgede şiddetli korozyon etkisinde kalır.

Katodik interferans için alınacak önlemler

Katodik interferans, katot bölgesinde meydana gelen negatif potansiyel alanı nedeniyle oluştuğundan, alınacak önlemler bu potansiyel farkını azaltmaya yöneliktir. Bu amaçla pratikte üç yöntem uygulanır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



202


Şekil- 4.32 Paralel giden boru hatlarında interferans

1- Yabancı boru ile interferansa neden olan katodik korumalı boru, birbirine en yakın olduğu noktada elektronik bir bağ ile bağlanır. Böylece zemin yoluyla kaçan akım, her iki boru arasında metalik iletken yoluyla taşınmış olur. Akım kaçağının potansiyel farkını gidermeye yetecek miktarda olmasına özen gösterilmelidir. Bunu sağlamak için iki yapı arasındaki metalik bağa uygun büyüklükte bir direnç konur. Metalik bağ direnci daha önce açıklandığı şekilde deneysel olarak Şekil -4.15 de görüldüğü gibi ölçülebilir.

2- Birbiri ile kesişen boru hatlarında katodik interferansı önlemek amacıyla, kesim noktası bölgesinde yabancı borunun dış yüzeyleri sağlam bir şekilde kaplanır. Böylece katodik interferans etkisi büyük ölçüde azaltılmış olur. Şekil-4.33

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



203


Şekil-4.33 Kesişen boru hatlarında katodik interferansı önlemek üzere kaplama yapılması

3 -Birbiri ile kesişen biri korumalı diğeri korumasız veya koruma potansiyelleri farklı iki boru hattından , korumasız borunun interferans etkisinde kalan bölgesine yeterli sayıda galvanik anot bağlanır. Böylece yabancı borudan katodik korumalı boruya olan akım kaçağı galvanik anot üzerinden gerçekleşir. Galvanik anodun yüksek potansiyelli olması gerekmez. Genellikle çinko anot yeterli olur. Galvanik anodun her iki yapının tam ortasına konulmasına da gerek yoktur. Korunacak yabancı boruya mümkün olduğunca yakın olmak üzere uygun bir bölgeye konulması yeterli olur. Şekil-

4.34 Şekil-4.34 Yabancı boru ile kesişen noktaya galvanik anot bağlanması

4.6 -STATİK ELEKTRİK VE ÖNLENMESİ

Petrol türevleri ve hidrokarbonlar gibi elektriksel iletkenliği çok küçük olan akışkanların iyi kaplanmış bir boru içinden akışı sırasında, boru metali üzerinde statik elektrik birikebilir. Boru içinden akış hızına bağlı olarak statik elektrik yükü çok kısa bir süre içinde binlerce volt düzeyine ulaşabilir. Biriken bu statik elektriğin şiddeti bir kaç mili amperi geçmez ve bu elektrik yükü kendiliğinden fakat çok yavaş bir hızla atmosfere veya zemine deşarj olur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



204


Statik elektrik birikiminin pratik olarak zararlı boyutlara ulaşabilmesi için, boru içinden akan akışkan debisinin yüksek olması, türbülans yapması ve akışkan ile metal temas yüzeyinin yeteri kadar büyük olması gerekir. Burada önemli olan kriter akışkanın rezistivitesidir. Rezistivitenin 5 1012 Ohm.cm’ den yüksek olması halinde , statik elektiriğin boru üzerinde birikme hızı boşalma hızından daha fazla olacağından etkili bir statik elektirik birikimi söz konusu olabilir. Örneğin hafif petrol ürünlerinin rezistivitesi 1011 Ohm.cm düzeyindedir. Hafif petrol ürünü taşıyan boru hatlarında 1 saniyeden daha az bir süre içinde statik elektirik birikimi gerçekleşebilir.

Bir boru içinden akış sırasında sıvı/metal ara yüzeyinde statik elektiriğin oluşması şu şekilde açıklanmaktadır. Boruya girişte akışkan içinde eşit sayıda (+) ve (-) yüklü iyon bulunur ve akışkan statik elektrik bakımından nötr durumdadır. Hızlı akış halinde, boru metali ile sıvının temas yüzeyinde (-) yükler daha iletken olan metal tarafından adsorbe edilir. Bunun sonucu olarak metal (-) yüklenirken boru içinden akan akışkan da (+) yükle yüklenir. Şekil-4.35. Eğer boru kaplama direnci zayıf ise, boru üzerinde biriken elektrik yükü belli bir değere erişince, zemin içine deşarj olacağından boru üzerinde biriken statik elektriğin potansiyeli fazla yükselemez.

Şekil -4.35 İletkenliği düşük bir akışkanın bir boru içinden akışı sırasında statik elektirik oluşumu

Statik elektirik birikimi belli bir düzeye erişince boşalma ark şeklinde olur. 1500 Volt’a kadar olan boşalmalarda kıvılcım söz konusu olmaz.Çok yüksek potansiyellerde boşalma sırasında boru delinebilir ve yangın tehlikesi söz konusu olur. Bu nedenle petrol ürünleri ve diğer hidrokarbonların taşınmakta olduğu boru hatlarında oluşan statik elektiriğin boşaltılması için özel önlemlerin alınması gerekir.

Ara yerde bir izole flanj bulunmaması halinde boru üzerinde oluşan statik elektrik akaryakıt ile depolama tankına kadar taşınır. Eğer izole flanj varsa boru üzerinde birikir. Bu durumda statik elektriğin kontrollü bir şekilde boşaltılması için izole flanj bağlantılarının olduğu noktalara ark yapıcı cihaz (parafodur) yerleştirilir. Bu cihazların ark etkisini çevreye geçirmemesi ( exproof) olması gerekir. Şekil-4.36

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



205


Şekil-4.36 Statik elektrik için kullanılan parafodur

Petrol ürünlerini taşıyan boru hatlarında, özellikle gemilerden karadaki depolara dolum yapılan tesislerde statik elektrik oluşmasını önlemek için akışkan hızının belli bir değerin üzerine çıkarılmaması gerekir. Dolum tesislerinde boru içinden akan akışkan hızının 0,9 m/s den fazla olmaması gerekir. ( API RP-2003) Bunu sağlamak için belli çaptaki bir boru içinden akan akışkan debisinin limit değerlerin üzerine çıkarılmaması gerekir. Örneğin 10 cm çapında bir boru ile en çok 2,27 m3/dak (600 galon/dak) akışkan taşınabilir.

Petrol ürünleri yalnız boru hatlarında akarken değil, gemilerde taşınırken çalkantı nedeniyle de statik elektrik ile yüklenebilir. Gemilerden boşaltım sırasında da statik elektrik için özel önlemlerin alınması gerekir. Şekil-4.37 de gemi ile iskele arasında statik elektirik yükünün topraklanması görülmektedir. Gemide birikmiş olan statik elektriğin depoya taşınmaması için taşıma borusuna izole flanj konulmalıdır. Akışkanın taşımış olduğu statik elektriği boşaltmak için de ayrıca topraklama yapılması gerekir. Eğer iskele çelikten yapılmış ise, Şekilde (a) da görüldüğü gibi boru iskeleye bağlanarak topraklanabilir. Beton iskelerde (b) de görüldüğü gibi özel topraklama elektrodu konulması gerekir. Statik elektriğin potansiyeli çok yüksek olmasına rağmen akım şiddeti bir kaç mili amperi geçmez. Bu nedenle topraklama için çok ince bir telin kullanılması yeterli olur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



206


Şekil-4.37 Gemilerden akaryakıt boşaltım tesislerinde topraklama

4.7 - YÜKSEK GERİLİM HATLARININ İNTERFERANS ETKİSİ

Yüksek gerilimli elektrik iletim hatları çevresinde, geçen akımın şiddetine bağlı olarak bir potansiyel alanı meydana gelir. Bu alan içinden geçen boru hatlarında boru üzerinde kaçak akımlar oluşur. Boru üzerindeki kaçak akımın şiddeti , boru hattı ile yüksek gerilim hattı arasındaki mesafeye, her iki hattın paralel olarak gitmiş oldukları uzunluğa ve boru kaplama kalitesine bağlıdır.

Boru hattı projesi yapılırken eğer boru hattının geçmekte olduğu bölgede bir yüksek gerilim hattı mevcutsa, bu hatta en çok ne derece yaklaşılabileceği ve en çok ne kadar paralel olarak gidilebileceği kesin şekilde belirlenmiş olmalıdır. Bu amaçla Şekil-4.38 de verilen grafikten yararlanılabilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



207


Şekil-4.38 Boru hatlarının yüksek gerilim hatlarına uzaklığı ve paralel gitme uzunluğuna bağlı olarak zararlı kaçak akım oluşma bölgeleri

Şekilde yüksek gerilim hattı ile boru arasındaki mesafeye bağlı olarak, boru hattının interferans olayından zarar görmiyeçeği maksimum uzaklıklar grafik halinde verilmiştir. Örneğin, yüksek gerilim hattının 10 m uzağından geçen bir boru hattı en çok 30 m , 100 m uzağından geçen boru hattı en çok 900 m yüksek gerilim hattına paralel olarak gidebilir. Yüksek gerilim hattının 1000 m uzağından giden boru hatlarında interferans etkisi görülmez.

Yüksek gerilim hatları, çevresinde bulunan insanlar ve diğer canlılar için de zararlı etki yapabilir. Özellikle yüksek gerilim hatları yakınında çalışmak zorunda olan makina ve işcilerin elektrik hattına yaklaşma mesafeleri de sınırlandırılmıştır.. Bu mesafeler yüksek gerilim hattından taşınmakta olan elektrik akımının voltajına bağlı olarak değişir. Şekil 4.39 ve Tablo 4.1 de yüksek gerilim hattına yatay ve dikey olarak yaklaşılabilen emniyetli mesafeler verilmektedir

Tablo 4.1:Yüksek gerilim hatlarının ölçüleri ve minimum mesafeleri Büyüklük ,m 110 kV 220 kV 380 kV x1 3,2 5,2 8,6 x2 5,1 7,8 12,1 x3 7,0 10,4 15,6 y1 10,0 12,8 17,5 y2 14,5 19,8 29,5 y3 22,0 31,5 48,0aB 6,0 6,75 7,8aS 5,0 5,0 5,0

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



208


Şekil-4.39 Yüksek gerilimli elektrik iletim hatlarında emniyet mesafeleri

Yüksek gerilim hatları , direklerin ayaklarında bulunan topraklamadan zemin içine kaçan akımlar nedeniyle de boru hatları üzerinde interferans yapabilir. Direklerden zemine kaçan akımlar normal olarak ana topraklamaya doğru hareket eder. Ancak yakınında bir boru hattı bulunması halinde bu kaçak akımlar boruya girerek boru üzerinden her iki yöne doğru akar. Şekil -4.40 Boru içine giren alternatif akım boru hattında korozyona neden olmaz. Ancak boru hattının yüksek potansiyel taşımasının çeşitli sakıncaları vardır. Bu nedenle boru hatlarının yüksek gerilim hatları

yakınından gitmesi istenilmez.Şekil-4.40 Direk ayaklarından kaçan akımın boru potansiyeline etkisi

Bazı halde boru inşa edildikten sonra yakınından yüksek gerilim hattı geçebilir. Bu durumda yüksek gerilim hattının zararlı etkilerini gidermek için önlem alınması gerekir. Pratikte etkili olarak kullanılan önlemler şunlardır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



209


1 - Boru hattının, yüksek gerilim hattı ile paralel gittiği veya kesiştiği bölgelerin başlangıç ve bitiş noktalarına birer parafodur konur. Bu parafodurların çalışma gerilimi en az 2,5 kVolt olmalıdır.

2 - Boru hattının yüksek gerilim hattı ile paralel gittiği bölgede, boru hattı ile yüksek gerilim hattı arasına ve boru hattına yakın olarak bir metalik kalkan (veya eski bir boru) konulabilir veya bu iki önlem birlikte alınır. Şekil -4.41

Şekil-4.41 Yüksek gerilim hatlarından oluşan kaçak akımların parafodur

ve metal kalkan kullanılarak önlenmesi

4..8-RAYLI TAŞIT ARAÇLARINDAN OLUŞAN İNTERFERANS

Doğru akım ile çalışan raylı taşıt araçlarından çevre metalik yapılara akım kaçağı olur. Bu araçlar çok yüksek voltaj ile çalışır. Trenlerin hareketi sırasında binlerce amper akım çekilir. Trafo istasyonlarında doğru akımın pozitif ucu treni besleyen ana kabloya, negatif uç raylara bağlanır. Tren raylar üzerinde hareket ettikçe akım raya geçerek trafo istasyonuna döner. Şekil-4.42

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



210


Şekil-4.42 Doğru akım ile çalışan bir yeraltı treninde kaçak akımlar

Şekilde görüldüğü üzere trenin bulunduğu noktada zemin potansiyeli pozitif yönde artar ve raydan zemine akım kaçağı olur. Bu akım çevrede bulunan boru hatlarına girerek trafo istasyonuna doğru boru üzerinden hareket eder. Tren hareket ettikçe kaçak akımların boruya girmiş olduğu bölge değişir. Akımın boruya girmiş olduğu yer önemli değildir. Bu bölgede hiç bir korozyon olayı gözlenmez. Korozyon akımın boruyu terkederek yeniden zemine girdiği bölgede ortaya çıkar.Tren trafo istasyonunda iken ray ve çevredeki zemin normal hale göre daha negatif bir potansiyel gösterir. Tren istasyondan uzaklaştıkca rayın ve çevre zeminin potansiyeli gittikçe pozitif yönde artış gösterir. Trenin trafo istasyonuna olan uzaklığı ile rayın ve zeminin potansiyelinde gözlenen değişim Şekil-4.43 de görülmektedir.

Şekil-4.43 Trenin hareketi sırasında ray ve çevresindeki zeminin trenin trafo istasyonuna olan uzaklığına göre potansiyel değişimi

Boru hattının kaplaması ne derece bozuk ise, kaçak akımların boru hattına girişi o kadar kolay olur. Boru hattı üzerinde izole flanş bulunması veya boru hattının

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



211


yön değiştirerek tren yolundan uzaklaşması boru hattında oluşan korozyon şiddetini azaltmaz. Ancak korozyonun oluştuğu bölge değişebilir.

Trenin boru hattına yakın olan bölgeden her geçişinde boruya kaçak akım girişi olur. Bu noktada boru/zemin potansiyeli negatif yönde artar. Borunun potansiyelindeki artış trenlerin geçiş saatlerine bağlı olarak peryodik bir değişim gösterir. Tren boru hattına yaklaştıkca boru/zemin potansiyeli gittikce artar ve bir maksimumdan geçtikten sonra yeniden azalır. Boru hattı üzerinde bulunan bir ölçüm istasyonunda boru potnsiyelinin zamana göre değişimi Şekil-4.44 de görülmektedir.

Şekil-4.44 Kaçak akım etkisinde kalan bir boru hattında boru/zemin potansiyelinin zamana göre değişimi

Raylı taşıt araçlarında kaçak akım için alınacak önlemler

Doğru akım ile çalışan raylı sistemlerden çevre metalik yapılar üzerine kaçan akımların neden olduğu korozyonun önlenmesi kaçak akımların sürekli olmayışı ve akım şiddetinin kısa süreler içinde değişmesi nedeniyle oldukça zordur. Tren hattını kesen, tren hattına paralel giden veya bir süre paralel gittikten sonra başka yöne doğru uzaklaşan boru hatlarında değişik şiddetlerde korozyon olayı meydana gelir. Boru hattı kaplamasının zayıf oluşu kaçak akımların boru hattına girmesini kolaylaştırır. Alınacak en basit önlem boru kaplamasının iyileştirilmesi ve ray çevresindeki zeminin izole edilmesi suretiyle kaçak akımların çevreye dağılmasının azaltılmasıdır Şekil-4.45

Buna paralel olarak ray direncinin bağlantı noktalarındaki artışı önlenerek de çevre zeminin potansiyeli düşürülebilir. Rayların elektriksel iletkenliği kablo bağlantıları ile sağlanır. Bağlantılardaki gevşeme potansiyelin yükselmesine neden olur ve çevre zemine akım kaçağını artırıcı etki yapar.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



212


Şekil-4.45 Ray çevresindeki zeminde bitümlü kum ile yapılan izolasyon

Tren yoluna paralel giden boru hatlarında alınacak önlemler

Tren yoluna paralel giden boru hatlarında kaçak akımın boru hattına girmiş olduğu bölge trenin hareketi ile sürekli olarak değişir. Bu nedenle kaçak akımların boru hattına girdiği değil, çıkmış olduğu bölgeler kontrol edilebilir. Akım, trafo istasyonu yakınında boru hattını terkeder, korozyon olayı da en şiddetli olarak bu bölgede gözlenir. Bu bölgede akımın zemine çıkışı önlenerek korozyon durdurulabilir. Bunun için boru hattı ile trafo ünitesinin (-) ucu arasına interferans bağı konur. Eğer boru hattı trafo yakınından geçmiyorsa, boru hattı ile ray arasına metalik bir bağ konur. Şekil-4.46

Şekil-4.46 Boru hattı ile trafo arasına kaçak akım bağı konulması

Kaçak akımlar bu metalik bağ üzerinden trafoya döneceğinden korozyon meydana gelmez. Ancak burada kullanılan iletken bağ direncinin belirlenmesi oldukca güçtür. Bu durum raylı sistemlerde kaçak akımın yalnız trenin geçtiği anlarda ortaya çıkması ve akım şiddetinin trenin hareketi ile sürekli değişmesinden ileri gelir. Konulan bağ direncinin akım şiddetine bağlı olarak değişmesi gerekir. Aksi halde trenin hareket etmediği satlarda boru hattına trafodan gereksiz yere akım uygulanmış olur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



213


Tren hattı ile kesişen boru hatlarında kaçak akımın önlenmesi

Bu durumda kaçak akımların boru hattına girmiş olduğu bölge tam olarak bilinir. Bu bölgede boru hattına bir dış akımlı katodik koruma uygulayarak kaçak akımların boru hattına girmesi önlenebilir. Şekil-4.47

Şekil -4.47 Kaçak akımların katodik koruma yapılarak önlenmesi

Yalnız trenin geçtiği saatlarda çalışan ve boruyu katodik olarak koruyan katodik koruma sistemleri tren hattının her iki yanında da yapılmalıdır. Trafoların otomatik potansiyel kontrollü olması gerekir. Yani boru/zemin potansiyeli belli bir değere erişince trafo devreye girmeli ve tren gittikten sonra otomatik olarak devreden çıkmalıdır. Kaçak akım etkisinin maksimum olduğu bölgeye konulan bir sabit referans elektrot ile boru/zemin potansiyeli sürekli olarak kontrol edilerek, referans elektrodun vereceği sinyallere göre trafo otomatik olarak devreye girmelidir.

BÖLÜM -5

DENİZ SUYU İÇİNDE KOROZYON VE KATODİK KORUMA

Deniz suyu içinde hemen hemen bütün elementler değişik oranlarda bulunur. Bunların çoğunun korozyon üzerinde hiç bir etkisi yoktur. Açık denizlerde toplam çözünmüş tuz konsantrasyonu 32 -36 g tuz / kg deniz suyu arasında değişir. Kapalı denizlerde ve tropikal bölgelerde tuzluluk biraz daha yüksektir. Örneğin Ege denizinin tuzluluğu 39 g/kg dır. Buna karşılık Karadeniz ve Baltık denizi gibi bol nehir suları ile beslenen denizlerde tuzluluk çok azalır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



214


Deniz suyu içinde bulunan tuzların yaklaşık % 70 ‘ini sodyum klorür oluşturur. Iyon olarak da en çok klorür iyonu bulunur. Deniz suyu içinde bulunan iyonların kütlesel olarak yaklaşık yarısı klorür iyonudur. Deniz suyunun iyonik bileşimi Tablo-5.1 de verilmektedir. Hangi iyonun hangi tuz halinde bulunduğu kesin olarak söylenemez. Ancak stokiometrik olarak deniz suyu içinde bulunan bileşikler Tablo-5.2 de verildiği gibi kabul edilebilir.

Tablo -5. 1 Deniz suyunun iyonik bileţimi ( d = 1,023 g/cm3)Katyonlar g/kg Anyonlar g/kgNa+ 10,77 Cl- 19,35Mg2+ 1,29 SO4

2- 2,71Ca2+ 0,41 HCO3

- 0,14K+ 0,40 Br- 0,07Sr2+ 0,01 B(OH)3

2- 0,03Toplam 12,88 g Toplam 22,30 g

Tablo-5.2 Deniz suyunun yaklaşık stokiometrik bileşimi Tuz Konsantrasyon,g/

lNaCl 24,53MgCl2 5,20Na2SO4 4,09CaCl2 1,16KCl 0,695NaHCO3 0,201KBr 0,101H3BO3 0,027SrCl2 0,025Diğerleri 0,002

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



215


Deniz suyunun tuzluluk derecesi, 1 kg deniz suyu içinde gram olarak çözünmüş toplam tuz kütlesi olarak tanımlanır. Doğal deniz sularında tuzluluk derecesi su içinde bulunan klorür konsantrasyonu ile orantılıdır. Klorür konsantrasyonu deneysel olarak tayin edilerek aşağıdaki bağıntı yardımıyla hesapla tuzluluk derecesine geçilebilir.

Tuzluluk derecesi ( g / kg ) = 1.80655 x Klorür ( g / kg )

Deniz suyunun tuzluluk derecesi derinliğe göre de değişir. Yüzeyden tabana doğru gidildikçe tuzluluk artar. Ilk 100 m derinlikte tuzluluktaki artış 0,5 g/kg kadardır. Şekil-5.1 de pasifik okyanusunda tuzluluğun, sıcaklığın, pH’ın ve çözünmüş oksijenin derinliğe göre değişimi görülmektedir.

Şekil-5.1 Deniz suyunda tuzluluk, sıcalık, pH ve çözünmüş oksijen konsantrasyonunun derinliğe göre değişimi 5.1- DENİZ SUYUNUN KOROZİF ÖZELLİKLERİ

İletkenliği oldukça yüksek olan deniz suyu, temas ettiği metal yapılar için şiddetli korozif bir ortam oluşturur. İletkenliğin yüksek oluşu korozyon hücrelerinin oluşumunu kolaylaştırır. Diğer taraftan deniz suyu içinde bulunan klorür iyonları

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



216


pasifleşmeyi önliyerek korozyon hızını artırıcı etki yapar. Deniz suyu içinde korozyona etki yapan diğer faktörler şöyle sıralanabilir: Sıcaklık, pH, çözünmüş oksijen konsantrasyonu ve hareket hızı. Bütün bunların yanında metal yapının karakteristik özellikleri de korozyon hızı üzerinde etkili olur. Deniz içi yapısının sabit oluşu ( çelik kazıklar ve deniz altı boruları), yüzer oluşu (dubalar), hareketli oluşu (gemiler) veya taşıyıcı olması (tanklar) hallerinde korozyon etkisi farklıdır.

Rezistivitenin Korozyon Üzerine Etkisi

Deniz suyunun korozyon açısından en önemli özelliği rezistivitesinin çok düşük oluşudur. Deniz suyunun rezistivitesi tuzluluk derecesine bağlı olarak 16-40 Ohm.cm arasında değişir. İletkenlik direncin tersi olarak tanımlanır. Öz iletkenlik ile öz direnç arasında aşağıdaki bağıntı vardır.

= 1/Burada ,

: Öz iletkenlik, mho/cm : Öz direnç ( rezistivite) , Ohm.cm dir

İletkenlik su içinde çözünmüş olan tuzların cinsine ve miktarına bağlıdır. Tuz konsantrasyonu arttıkça iletkenlik artar, rezistivite azalır. Deniz suyunun iletkenliği tatlı sulara göre yaklaşık 250 kat daha fazladır. Diğer taraftan sıcaklık da iletkenlik üzerine etki yapar. Sıcaklığın artışı suyun elektriksel iletkenliğini artırıcı rol oynar. Deniz suyunda çözünmüş toplam tuz konsantrasyonu bilinirse iletkenliği bulunabilir. Bu amaçla tablolar ve grafikler hazırlanmıştır. Yukarda açıklandığı üzere deniz suyunda toplam çözünmüş tuz konsantrasyonu ile krorür konsantrasyonu arasında bağıntı vardır. Bu nedenle tuz konsantrasyonu yerine klorür konsantrasyonu kullanılabilir. Deniz suyu iletkenliğinin tuzluluğa ( klorür yüzdesine ) ve sıcaklığa bağlı olarak değişimi Şekil-5.2’ de verilmektedir. (Deniz suyunun değişik sıcaklıklardaki öz iletkenlik değerleri kitabın sonunda EK-2 de tablo halinde verilmiştir.) Deniz suyunun klorür konsantrasyonu bilinirse, bu tablo ve grafikler yardımı ile deniz suyunun söz konusu sıcaklıktaki iletkenliği bulunabilir. Örneğin tuzluluk derecesi 36 g / kg olan (klorür derecesi 20 g/kg) bir deniz suyunun 20 oC deki öz iletkenliği Ek-2 de verilen tablodan = 49248 mho/cm okunur. O halde rezistivite, öz iletkenlik değerinin tersi alınarak = 1/ 49248 = 1/ 0,049248 Ohm.cm = 20,3 Ohm.cm olarak bulunur.

Tuzluluk derecesi 36 g/kg (Cl- = %o 20 ) olan söz konusu olan deniz suyunun iletkenliği ve rezistivitesi Şekil-5.2 yardımı ile de bulunabilir. Grafikten = 49 x10-3

Ohm/cm ve = 21 Ohm.cm okunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



217


Şekil- 5.2 Deniz suyu rezistivitesi ve iletkenliğinin tuzluluğa

ve sıcaklığa göre değişimi

Deniz suyu rezistivitesi yoğunluğa bağlı olarak da bulunabilir. Yoğunluğun ölçülmesi tuz konsantrasyonunu tayin etmekten daha kolay olduğu için pratikte çoğu zaman bu yöntem tercih edilir. Yoğunluk sıcaklıkla değiştiği için deniz suyu yoğunluğunun hangi sıcaklıkta ölçülmüş olduğunun da belirtilmesi gerekir. Deniz suyu rezistivitesinin yoğunluğa bağlı olarak değişimi Şekil-5.3 de görülmektedir.

Şekil-5.3 Deniz suyu rezistivitesinin yoğunluk ve sıcaklığa bağlılığıÖrneğin, yoğunluğu 1023 g/l olan bir deniz suyunun 20oC deki rezistivitesiŞekil-

5.3 den = 21 Ohm.cm olarak okunur.

pH ın Etkisi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



218


Deniz suyunun pH derecesi normal koşullarda 8,1 ile 8,3 arasında değişir. Bu değer deniz suyu içinde bulunan bikarbonat iyonları ile, atmosferde bulunan karbon dioksitin dengesinden oluşur. Deniz suyu içinde çözünmüş olarak bulunan karbon dioksit deniz içinde yaşayan bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır. Yüzeye yakın bölgede güneş ışınlarının etkisi ile yürüyen bu olay karbon dioksitin azalmasına ve pH derecesinin artmasına neden olur. Derine doğru inildikçe pH derecesinde azalma görülür. Bu durum, çürüyen organik maddelerin çıkardığı karbondioksit ve hidrojen sülfürden ileri gelir. Yüzeyde 8,2 olan pH derecesi yaklaşık 100 m derinlikte 7,6 ya düşmektedir. pH derecesinin derinliğe göre değişimi Şekil-5.1 de görülmektedir .

Deniz suyunun pH derecesinin yüksek olması deniz suyu içinde katodik reaksiyonun hidrojen çıkışı ile değil, çözünmüş oksijen redüksiyonu şeklinde yürümesine neden olur. Yani deniz suyunun pH derecesinin korozyon üzerinde doğrudan bir etkisi görülmez. Fakat, pH > 8 olduğu için oluşan korozyon ürünleri hidroliz olarak metal yüzeyinde çökelebilir. Diğer taraftan katot reaksiyonu sonucu hidroksil iyonları oluşarak katot bölgesinde pH derecesinin daha da yükselmesine neden olur. Bu durumda deniz suyu içinde bulunan Ca2+ ve Mg2+ gibi katyonlar karbonat ve hidroksit halinde çökelerek metal yüzeyinde bir kabuk oluşturur. Bu kabuk deniz suyu içinde yürüyen korozyonun hızının büyük ölçüde azalmasına neden olur. Çelik yüzeyinde oluşan kabuğun kimyasal bileşimi yaklaşık olarak şöyledir.

Kabuğun kimyasal bileşimi Kütlesel % Kalsiyum karbonat .......................... 57 Demir oksit ........................... 19 Kalsiyum sülfat........................ 3 Mağnezyum hidroksit ...................... 3

Silikatlar .......................... 8 Organik bileţikler .......................... 5 Kristal suyu ......................... 5

Katodik koruma uygulanan çelik yüzeylerde oluşan kabuğun hem kimyasal bileşimi, hem de fiziksel yapısı uygulanan dış akım yoğunluğuna bağlıdır. Yüksek akım yoğunluğunda kabuk oluşumu hızlanır ve kabuğun bileşimindeki mağnezyum oranı artar. Bu durumda kabuk daha yumuşak süngerimsi bir yapı gösterir.

Metal yüzeyinde oluşan kabuğun korozyon üzerinde iki önemli etkisi görülür. Birincisi, kabuklaşma nedeniyle metal yüzeyine oksijen difüzyonu büyük ölçülerde azalır. Ikincisi kabuk elektriksel direnci artırır. Bu iki olay katodik koruma uygulamasından sonra akım ihtiyacının zamanla azalmasına ve bir kaç ay içinde yaklaşık üçte birine düşmesine neden olur.

Sıcaklığın Etkisi

Sıcaklık korozyon reaksiyonlarının hızını artırıcı olarak rol oynar. Sıcak denizlerde korozyon hızının soğuk denizlere göre daha fazla olması gerekir. Ancak sıcaklığın oksijenin su içinde çözünürlüğü ve mikroorganizmaların gelişme hızı üzerinde de etkili olduğu görülür. Bu olaylar korozyon hızı üzerine dolaylı etki yapar. Sıcaklığın artışı oksijenin sudaki çözünürlüğünü azaltır ve dolayısile korozyon hızının da azalmasına neden olur. Diğer taraftan sıcaklık arttıkça deniz içinde yaşayan canlıların çeşidi ve gelişme hızı artar. Böylece metal yüzeyinde fouling oluşumu ile koruyucu bir

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



219


kabuklaşma meydana gelir. Kabuklaşma olayı metal yüzeyine olan oksijen difüzyonunu güçleştirir. Bu çelişkili etkiler, sıcaklığın korozyon hızı üzerine etkisi konusunda genel bir hüküm verilmesini güçleştirir.

Coğrafi bölgelere ve mevsimlere göre deniz suyunun sıcaklığı 5-25oC arasında değişir. Mevsimsel değişmeler belli bir derinliğe kadar etkili olur. Yaklaşık 50 m derinlikten sonra meteorolojik olayların artık etkili olmadığı ve deniz suyu sıcaklığının artık 4 -5 oC de sabit kaldığı görülür. Sıcaklığın derinliğe göre değişimi Şekil-5.1 de görülmektedir.

Çözünmüş Oksijenin Etkisi

Deniz suyu içinde bulunan çeliğin korozyon hızı doğrudan çözünmüş oksijen konsantrasyonuna bağlıdır. Deniz suyu içinde yürüyen korozyon olaylarında katot reaksiyonu yalnızca çözünmüş oksijen redüksiyonu ile yürür. Yani korozyon hızı metal yüzeyine oksijen difüzyon hızının kontrolü altındadır. Oksijenin kaynağı atmosferdir. Bu nedenle yüzeyde maksimum olan oksijen konsantrasyonu derinlere gidildikçe azalır. Deniz suyu içinde oksijenin çözünürlük derecesi çözünmüş tuz konsantrasyonuna ve suyun sıcaklığına da bağlıdır. Tablo-5.3

TABLO -5.3 Oksijenin çözünürlüğünün sıcaklık ve tuzluluğa göre değişimi

Sıcaklık, oC Oksijenin sudaki çözünürlüğü, ml / l

% Tuz 0 g/kg 8 g/kg 16 g/kg 24 g/kg 31 g/kg 36 g/kg

0 10,229,709,19 8,70 8,277,995 8,938,498,05 7,64 7,287,04 10 7,897,527,146,796,486,28 15 7,056,726,406,105,835,65 20 6,356,075,795,525,295,14 25 5,775,525,275,044,844,70 30 5,285,064,844,63 4,454,33

Tablodan görüldüğü üzere, deniz suyu içinde çözünmüş oksijen konsantrasyonu sıcaklığın ve tuzluluğun artışı ile azalmaktadır. 5oC de 7 ml/l olan deniz suyu içindeki çözünmüş oksijen , sıcaklığın 25oC olması halinde 4,7 ml/l ye düşmektedir. Oysa ayni sıcaklık derecelerinde saf su içinde oksijen çözünürlüğü 8,9 ml/l ve 5,8 ml/l dir. Diğer tarafdan deniz suyu içinde çözünmüş oksijen konsantrasyonu derinliğe de bağlıdır. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu yüzeyden tabana doğru gittikçe azalarak, ilk 300 m derinlikte yaklaşık yarı değerine kadar düşer. Şekil-5.4

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



220


Şekil-5.4 Çözünmüş oksijen konsantrasyonunun derinliğe göre değişimi

(o) Pasifik okyanusu , (*) Atlantik okyanusu

Yüzeyde maksimum olan çözünmüş oksijen konsantrasyonunun derine doğru

gidildikçe azalması aşağıdaki nedenlerden ileri gelir. Atmosfere yakın olan bölgede su

içinde çözünmüş oksijen ile hava oksijeni denge halindedir. Bu nedenle yüzeyde

oksijen konsantrasyonu maksimumdur. Su içinde çözünmüş oksijenin difüzyon yoluyla

derinlere taşınması son derece yavaştır. Diğer taraftan güneş ışınlarının etkili olduğu

üst bölgede fotosentez olayları ile oksijen üretilir. Daha derin bölgelerde ise artık

çürüme olayları başlar ve çözünmüş oksijen gittikçe azalır.

Daha önce belirtildiği üzere deniz içi korozyonu metal yüzeyine olan oksijen difüzyonunun kontrolü altındadır. Katot bölgesindeki oksijen konsantrasyonu azaldıkça korozyon hızında da azalma olur. Hatta metal yüzeyine oksijen taşınması tam olarak önlendiği zaman korozyon olayı da durur. Deniz içi korozyonunda çözünmüş oksijen konsantrasyonu ile korozyon hızı arasında lineer bir bağıntı vardır. Şekil-5.5 Bu durum deniz içi sabit yapılarında korozyon hızının yüzeye yakın olan bölgelerde daha yüksek tabanda ise, daha düşük olmasına neden olur. Deniz dibinde korozyon hızı son derece düşüktür.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



221


Şekil-5.5 Çözünmüş oksijen konsantrasyonu ile çeliğin korozyon hızı arasındaki bağıntı

Deniz içine çakılmış bir çelik kazığın korozyon hızı, yüzeyden itibaren derine gidildikçe oksijen konsantrasyonun azalması ve kabuklaşma olayı nedeniyle çeşitli bölgelerde büyük farklılıklar gösterir. Deniz içine iskele veya yol yapımı nedeniyle çelik kazıklar çakılır. Bu kazıklar üzerinde, atmosferden deniz dibi zeminine kadar inildiğinde korozyon açısından beş farklı bölge bulunur.Şekil-5.6

Şekil-5.6 Deniz içine çakılmış olan bir çelik kazıkta korozyon bölgeleriI.Bölge: Deniz suyunun ıslatmadığı bu bölge, denize çok yakın oluşu nedeniyle

doygun rutubetli bir deniz atmosferinin etkisi altındadır. Bu nedenle korozyon hızı oldukça yüksektir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



222


II. Bölge : Bu bölge çırpıntı bölgesidir, dalga nedeniyle zaman zaman ıslanır ve kurur. Böylece korozyon için çok uygun bir ortam oluşur. Kazıklarda en şiddetli korozyon olayı bu bölgede oluşur.

III. Bölge: Gel-git etkisi ile uzun süre su altında ve uzun süre atmosferde kalan bu bölgede de korozyon hızı yüksektir. Ancak ıslanma ve kuruma nedeniyle gel-git bölgesinin orta kısmında kabuklaşma olayı görülür. Kabuk oluşumu bu bölgede korozyon hızının azalmasına neden olur.

IV. Bölge : Sürekli olarak deniz suyu içinde kalan üst bölgede, en bol oksijen alabilen bölge olması nedeniyle korozyon hızı yine yüksektir. Bir kaç metre derine inildiğinde, çözünmüş oksijen konsantrasyonunda azalma olacağından korozyon hızı da azalır. Korozyon hızı 2-3 m derinlikten sonra artık değişmez.

V.Bölge : Deniz dibi çamuru içinde kalan bu bölgede, eğer anaerobik bir ortam söz konusu değilse korozyon hızı son derece düşüktür.

Deniz suyu içinde çeliğin korozyon hızı bekleme süresine göre değişir. Ilk ay içinde korozyon hızı çok yüksektir. Zamanla korozyon hızında azalma olur. Çeliğin deniz suyu içinde 4 yıl bekletilmesi halinde yıllık ortalama korozyon hızının zamana göre değişimi Tablo-5.4 de liste halinde verilmektedir.

Tablo-5.4 Korozyon hızının zamana göre değişimi

Deniz suyu içinde bekleme süresi

Ortalama korozyon hızı, mm/yıl

1 ay 0,332 ay 0,253 ay 0,19 6 ay 0,151 yıl 0,132 yıl 0,124 yıl 0,11

Tablodan görüldüğü üzere, deniz suyu içinde bekletilen çeliğin birinci aydaki korozyon hızı 0,33 mm/yıl dır. Korozyon hızı birinci yıl içinde şiddetle azalarak 0,13 mm/yıl değerine düşer. Dört yıl sonunda ortalama yıllık korozyon hızı 0,11 mm/yıl olur. Korozyon hızı on altıncı yılda yaklaşık 0,025 mm/yıl değerine kadar düşer. 16 yılın ortalama korozyon hızı ise 0,08 mm/yıl civarıdadır. Korozyon hızında gözlenen bu azalış, çelik yüzeyinde oluşan kabuklaşmadan ileri gelir.

Hızın Etkisi

Deniz suyunun hareket hızı da korozyon hızı üzerine etkili olur. Bunun başlıca nedeni metal yüzeyine olan oksijen difüzyon hızının artmasıdır. Hareket halinde kabuklaşma olayı da gerçekleşemez ve bu durum metalin polarize olmasını önler. Suyun hareket hızı ile korozyon hızı arasındaki bağıntı şöyledir:

Hareket hızı (mm/s): 0 1,53,0 4,5 6,0 Korozyon hızı (mm/yıl ) : 0,013 0,050 0,074 0,084 0,089

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



223


Bu olay katodik koruma uygulanmış olan gemilerde açık şekilde kendini gösterir. Gemi hareket halinde iken katodik koruma akım ihtiyacı yaklaşık iki kat artar. Gemilerin hareket hızı ile katodik koruma akım ihtiyacı arasındaki bağıntı Şekil-5.7 de görülmektedir.

Şekil-5.7 Gemilerin hareket hızının katodik koruma akım ihtiyacına etkisi

Kirliliğin Etkisi

Deniz suyunun kirlenmesi sonucu tuzluluk derecesinde önemli bir artış görülmez. Deniz suyunun kirlenmesi endüstriyel atıklar nedeniyle ağır metallerle, evsel atıklar ve tarımda kullanılan gübreler nedeniyle nitrat ve fosfat artışı şeklinde oluşur. Diğer taraftan deniz suyu içinde bulunan organik madde miktarında artış meydana gelir. Nitrat ve fosfat ötrifikasyon nedeniyle, organik maddeler de çürüme sonucu deniz suyu içindeki çözünmüş oksijenin azalmasına neden olur. Çürüme olayları bir yandan oksijen harcarken diğer taraftan karbon dioksit ve hidrojen sülfür oluşturur. Böylece deniz suyu pH derecesinde azalma yani asidik yönde artış olur.

Kirlenmiş deniz suyunda oksijen konsantrasyonundaki azalmanın korozyon

hızında bir azalmaya neden olması gerekirken gerçekte bu olmaz. Bunun nedeni oksijensiz ortamlarda, özellikle paslanmaz çeliklerde mikrobiyolojik korozyonun daha şiddetli olarak ortaya çıkmasıdır. Deniz diplerinde oluşan anaerobik çürümeler sonucu çok yüksek derecede bazı halde 50 ppm’e ulaşan hidrojen sülfür oluşur. Bu ortam mikrobiyolojik korozyon için son derece uygundur.

5.2 -DENİZ İÇİ YAPILARININ KATODİK KORUMASI

Deniz suyunun şiddetli korozif özelliği nedeniyle deniz içi çelik yapıların korozyonunu boya uygulayarak kesin şekilde önliyebilmek mümkün olmaz. Boya tabakasının bozuk olduğu bölgelerde şiddetli korozyon olayı başlar. Diğer taraftan boyaların belli bir ömrü vardır. Gemiler gibi kuru havuza alınabilen yapılarda boyanın tamiri veya yenilenmesi mümkün olmakla beraber, deniz içi kazıkları gibi sabit yapılarda yeni bir boya uygulaması yapılamaz. Deniz suyu ile temas eden sabit ve hareketli bütün çelik yapılarda korozyonu önlemek için en etkili yöntem katodik

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



224


korumadır. Deniz suyunun rezistivitesi çok düşük olduğu için deniz suyu içinde hem galvanik anotlu hem de dış akım kaynaklı katodik koruma uygulanabilir.

Katodik Koruma Akım Ihtiyacı

Durgun haldeki bir deniz suyu içine daldırılmış olan bir çeliğin katodik koruma akım ihtiyacı yaklaşık olarak 150 mA/m2 civarındadır. Hareketli denizlerde ve yüzeye yakın olan bölgelerde bu değer 300-350 mA/m2 ye kadar ulaşabilir. Ancak katodik koruma uygulamasından bir süre sonra kabuklaşma ve polarizasyon nedeniyle akım ihtiyacı gittikçe azalarak başlangıç değerinin üçte birine kadar düşer. Kaplama yapılarak akım ihtiyacı önemli ölçülerde azaltılabilir. Deniz içi sabit yapılarında katodik koruma akım ihtiyacı Tablo -5.5 de verilmektedir.

Tablo-5.5 Deniz içi sabit yapıların katodik koruma akım ihtiyacı , mA/m2

Ortam Çıplak çelik yapı Kaplanmış çelik yapıBaşlangıçta Polarizasyon sonrası

Başlangıçta Polarizasyonsonrası

Hareketli deniz suyu

300-350 70 -100 30-5010 -15

Durgun deniz suyu

150-250 40 -70 10 -305 - 10

Deniz dibi zemini 40-5010 -15 5 -10 1 - 5

Katodik Koruma Kriterleri

Deniz içi yapılarında katodik koruma kriteri olarak -850 mV kriteri uygulanır. Deniz suyunun rezistivitesi çok düşük olduğundan ölçümlerde söz konusu olan omik potansiyel düşüşü deniz suyu içinde pratik olarak bir sakınca yaratmayacak kadar azdır. Ancak deniz suyu içinde bakır/bakır sülfat referans elektrodunun kullanılması klorür iyonları ile kirlenmesi nedeniyle uygun olmaz. Referans elektrot olarak deniz suyu içinde gümüş/gümüş klorür elektrot veya saf çinko kullanılır. Çelik yapıların standart gümüş/gümüş klorür elektroduna göre koruma potansiyeli - 0,760 Volt ‘ dur. Bazı halde doğrudan deniz suyuna daldırılan Ag/AgCl elektrodu da referans elektrot olarak kullanılır. Bu elektrot için koruma potansiyelinin - 0,800 Volt alınması gerekir. Pratikte saf çinko metali de referans elektrod olarak kullanılmaktadır. Çinkonun deniz suyu içindeki potansiyeli tuzluluk ve suyun hareketiyle değişmez. Bu özellikleri nedeniyle çinko deniz suyu içinde referans elektrot olarak kullanılmaya elverişlidir. Çinkonun deniz suyu içindeki potansiyeli doygun bakır/bakır sülfat referans elektroduna göre - 1,100 V dur . Bu durumda koruma potansiyeli +0,25 Volt olur.

Deniz Içinde Kullanılan Galvanik Anotlar

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



225


Deniz içi yapılarının katodik korumasında genellikle özel biçimli alüminyum ve çinko anotlar kullanılır. Şekil-5.8 da değişik tipte alüminyum anotların yapıya bağlanış şekilleri, Şekil-5.9’da yamuk biçimli bir alüminyum anot görülmektedir.

Şekil-5.8 Deniz içi sabit yapılara galvanik anotların bağlantı şekilleri

Şekil-5.9 Yamuk biçimli alüminyum anotGemilerde sürtünmeye neden olmaması amacı ile yassı biçimli özel tip anotlar

kullanılır. Gemilerde kullanılan çinko ve alüminyum anot biçimleri Şekil-5.10 de görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



226


Şekil-5.10 Gemilerde kullanılan alüminyum ve çinko anotlar

5.3 - ISKELE AYAKLARININ KATODIK KORUMASI

Deniz içi sabit yapıların en önemlisi köprü, rıhtım veya iskele ayağı olarak deniz içine çakılmış olan çelik kazıklardır. Bu kazıkların büyük bir kısmı deniz dibi zemini içine çakılmış durumdadır. Iskele ayaklarında korozyon açısından en tehlikeli bölge, deniz suyu seviyesinde bulunan 1,0 m lik çırpıntı bölgesidir. Bu bölgenin atmosferde kalan kısmının katodik olarak korunması mümkün olmadığından bu bölgenin etkili bir şekilde kaplanarak korunması gerekir. Deniz suyu ve deniz dibi zemini içinde kalan bölgeler katodik olarak korunabilir.Iskele ayaklarının katodik koruması hem galvanik anotlu, hem de dış akım kaynaklı olarak yapılabilir. Sistem seçiminde ekonomik faktörler göz önüne alınır. Aşağıda biri dış akım kaynaklı diğeri galvanik anotlu olarak yapılmış iki örnek proje verilmektedir.

Iskele Ayaklarının Dış Akım Kaynaklı Olarak Korunması

9 m eninde ve 60 m uzunluğunda bir iskelede 20 adet H-profil kazık bulunmaktadır. Kazıklar dörtlü gruplar halinde çapraz olarak çakılmış ve dört kazık birbirine bağlanmıştır. Kazıkların toplam boyu 27,6 m dir. Bunun 15 m lik bölümü deniz dibi zemini içine çakılmış durumdadır. Kazıkların 9 m lik bölümü deniz suyu içinde, 1.0 m lik bölümü gel-git bölgesinde ve 2,5 m lik kısım da su seviyesi üzerinde atmosferde kalmaktadır. Deniz suyunun rezistivitesi 30 Ohm.cm ' dir. Kazıklar 250 m kalınlığında vinil boya ile boyanmıştır. Bu kazıklara 20 yıl süreli olarak dış akım kaynaklı katodik koruma uygulanacaktır. NOT : 1 m uzunluğundaki H-profil kazığın yüzey alanı 2,44 m2 dir.Şekil-5.11

Şekil-5.11 H profil çelik iskele ayaklarına katodik koruma uygulanması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



227


İlk önce çelik kazıkların korunacak yüzey alanının hesaplanması gerekir. Kazıkların atmosferde kalan ve deniz suyu ile ıslanmayan bölgesine katodik koruma uygulanamaz. Deniz suyu ile ıslanan yüzeyler akım ihtiyacı açısından üç grupta toplanabilir.1 - Gel-git bölgesi,2 - Deniz suyu içinde kalan bölge,3 - Deniz dibi zemini içinde kalan bölge.

Gel - git bölgesi yüzey alanı :

A = L. n a = 1,0x 20x 2,44 = 49 m2

Deniz suyu içinde kalan bölgenin yüzey alanı :

Kazık yüzey alanı,

A1 = L n a = 9x 20x 2,44 = 439 m2

Çapraz bağlantı elemanları yüzey alanı, A2 = L n a = 9 x 10 x 2,44 = 220 m2

A = A1 + A2 = 439 + 220 = 659 m2

Deniz dibi zemini içinde kalan bölgenin yüzey alanı:

A = L n a = 15x 20x 2,44 = 732 m2

Katodik Koruma Akım Ihtiyacı,

Kazıklar vinil boya ile kaplanmış durumdadır. Kazıkların deniz içine çakılması sırasında yalnızca zemin içine giren bölgelerde boyanın bozulması söz konusu olabilir. Üst kısımlarda boya tabakasının sağlam kaldığı kabul edilebilir. Bu nedenle gel-git bölgesinde ve deniz içinde kalan bölgede kaplamanın en çok % 5 oranında bozulmuş olduğu düşünülerek çıplak ve kaplamalı yüzeyler için akım ihtiyacının ayrı ayrı hesaplanması gerekir.

1 - Gel - git bölgesi için gerekli akım ihtiyacı :

Çıplak Yüzeyler için, i1 = 0,05 x 49 x 350 = 0,858 A

Kaplamalı yüzeyler için, i2 = 0,95 x 49 x 50 = 2,327 A.

Gel-git bölgesi için toplam akım ihtiyacı,i t = 0,858 + 2,327 = 3,185 A.

Gel-git bölgesinde kabuklaşma ve polarizasyon söz konusu olmadığı için, katodik koruma süresince bu akımın sabit kaldığı kabul edilebilir.

2- Deniz suyu içinde kalan yüzeyler için gerekli akım ihtiyacı :

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



228


Bu bölgede de kaplama bozukluğunun % 5 olduğu kabul edilebilir. Buna göre kazıkların başlangıçtaki akım ihtiyacı şöyle hesaplanır.

Çıplak yüzeyler için,i1 = 659 x 0,05x 250 = 8,238 A.

Kaplamalı yüzeyler için, i2 = 659 x 0,95 x 30 = 18,781 A.

Deniz içinde kalan yüzeylerin başlangıçta toplam akım ihtiyacı,

i b = i1 + i2 = 8,238 + 18,781 = 27,019 A.

Polarize olduktan sonraki akım ihtiyaçları da şöyledir :

Çıplak yüzeyler için, i1 = 659 x 0,05 x 70 = 2,306 A.Kaplamalı yüzeyler için, i2 = 659 x 0,95 x 10 = 6,260 A.

Deniz içinde kalan yüzeylerin polarizasyondan sonra toplam akım ihtiyacı,

ip = 2,306 + 6,260 = 8,566 A.

3- Deniz dibi zemini içinde kalan bölgeler için akım ihtiyacı :

Vinil boya ile yapılmış kaplamanın kazıkların yeraltına çakılması sırasında % 60 oranında bozulmuş olduğu kabul edilebilir. Buna göre akım ihtiyacı şöyle hesaplanır.

Çıplak yüzeyler için, i1 = 732 x 0,60x 50 = 21,960 A.

Kaplamalı yüzeyler için, i2 = 732 x 0,40 x 10 = 2,928 A.

Deniz dibi zemini içinde kalan yüzeylerin başlangıçta toplam akım ihtiyacı, ib = 21,960 + 2,928 = 24,888 A.

Polarizasyondan sonraki akım ihtiyacı,

Çıplak yüzeyler için, i1 = 732 x 0,60 x 15 = 6,588 A. Kaplamalı yüzeyler için, i2 = 732 x 0,40 x 5 = 1,464 A.

Deniz dibi zemini içinde kalan yüzeylerin polarizasyondan sonra toplam akım ihtiyacı, ip = 6,588 + 1,464 = 8,052 A.

Toplam akım ihtiyacı:

Iskelede bulunan 20 kazık için başlangıçtaki katodik koruma toplam akım ihtiyacı, i t = 3,185 + 27,019 + 24,888 = 55,092 A.

Polarize olduktan sonra katodik koruma akım ihtiyacı,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



229


ip = 3,185 + 8,566 + 8,052 = 19,803 A.

bulunur. Bu değerler katodik korumanın ilk yılları içindir. Katodik koruma ömrü 20 yıldır. Kazıklar üzerine yapılmış olan kaplama zamanla yıpranarak 20 yıl içinde direncini gittikçe kaybeder. Bu durumda kazıkların akım ihtiyacında zamanla artış görülür. Ortalama bir akım ihtiyacı değeri belirlemek üzere, kazıkların 20 yıl sonundaki akım ihtiyaçlarını yeniden hesaplayalım. Kaplama bozukluğunun gel - git bölgesinde yılda yaklaşık % 2 oranında, deniz suyu içinde yılda yaklaşık % 1 oranında ve deniz dibi zemini içinde kalan bölgede de yılda yaklaşık % 0,5 oranında gerçekleşmesi beklenebilir. Buna göre bu bölgelerin 20 yıl sonundaki akım ihtiyaçları şöyle olacaktır.

1- Gel - git bölgesinin 20 yıl sonunda akım ihtiyacı akım ihtiyacı : 20 yıl sonunda kaplamadaki yıpranma 20 x 0,02 = 0,40 olacaktır. Yani 20 yıl sonunda çıplak yüzeyler 0,05 + 0,40 = 0,45, kaplamalı yüzeyler ise 0,55 oranındadır.

Yirmi yıl sonunda akım ihtiyacı,

Çıplak yüzeyler için i1 = 49 x 0,45x 350 = 7,717 A.

Kaplamalı yüzeyler için, i2 = 49 x 0,55x 50 = 1,347 A.

Gel - git bölgesi için toplam akım ihtiyacı, ip = 7,717 + 1,347 = 9,064 A.

2- Deniz suyu içinde kalan bölgeler için akım ihtiyacı:

Deniz suyu içinde kalan bölgelerde kaplama bozukluğunu yılda % 1 oranında gerçekleşeceği göz önüne alınarak, 20 yıl sonunda, 20 x 0,01 = 0,20 oranında bozuk yüzey oluşacağı ve toplam olarak 0,25 oranında çıplak yüzey bulunacağı kabul edilebilir. Buna göre akım ihtiyacı şöyle hesaplanır.

Çıplak yüzeyler için, i1 = 659 x 0,25x 70 = 11,532 A.

Kaplamalı yüzeyler için, i2 = 659 x 0,75x 10 = 4,942 A.

Toplam akım ihtiyacı, It = i1 + i2 = 11,532 + 4,942 = 16,474 A.

3- Zemin içinde kalan bölgelerde akım ihtiyacı:

Zemin içinde kaplamanın yılda % 0,5 oranında bozulacağı kabul edilmiştir. Buna göre 20 yıl içinde 20 x 0,005 = 0, 10 bozulma olacaktır. Sonunda çıplak yüzey alanı 0,60 + 0,10 = 0,70 ' e ulaşacaktır. Buna göre 20 yıl sonunda zemin içinde kalan bölgelerin akım ihtiyacı şöyledir.

Çıplak yüzeyler için, i1 = 732 x 0,70 x 15 = 7,686 A.

Kaplamalı yüzeyler için,i2 = 732 x 0,30 x 5 = 1,098 A.

Zemin içinde kalan bölgenin toplam akım ihtiyacı,

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



230


i = i1 + i2 = 7,686 + 1,098 = 8,784 A. dır.

20 yıl sonunda kazıkların toplam akım ihtiyacı,

i t = 9,064 + 16,474 + 8,784 = 34,322 A.

olacaktır. Görüldüğü üzere ilk yıllarda 19,8 A olan katodik koruma akım ihtiyacı zamanla artarak 20 yıl sonunda 34,3 A değerine erişmektedir. O halde katodik koruma süresince etkili olacak ortalama akım şiddeti,

olmaktadır. Projede anot sayısının bu değer temel alınarak hesaplanması gerekir.

Anot cinsi ve miktarı

Deniz suyu içinde yardımcı anot olarak, platin kaplı titanyum, oksit kaplı titanyum, gümüş - kurşun ve kromlu demir - silikon anotlar kullanılabilir. Bu projede hesaplama tekniğini göstermek amacı ile kromlu demir-silikon anotlar tercih edilmiştir. Bu anotların deniz suyu içindeki kütle kaybı 0,5 kg / A. yıl 'dır. Bu durumda 20 yıl süre için gerekli anot kütlesi :

= 540 kg

Iki kazığı korumak üzere bu iki kazık arasına bir adet anot konulması, böylece 20 .kazık için 10 adet anot kullanılması uygun olacaktır. Buna göre :

olur.

7,6 cm çap ve 152 cm boyunda olan TS S-11 standart demir-silikon anodun kütlesi 53,6 kg. dır. Katodik korumada bu anotlardan kullanılması uygun olacaktır. Bu anodun deniz suyu içindeki direnci :

dur. Ancak 10 adet anot 6 m aralıklarla paralel olarak bağlanacaktır. Bu durumda toplam anot direnci hesaplanabilir.

Transformatör - redresör ve anot bağlantı kabloları

Transformatör - redresör ünitesi sahile konulacaktır. Bu nedenle trafo ile anotlar arasında doğru akımı taşıyan ana kablo boyunca voltaj düşüşünün hesap edilmesi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



231


gerekmektedir. Anotlardan 27 A akım çekilmekte ve katodik koruma ömrü 20 yıldır. Bu durumda kablo olarak Şekil-3.64 ‘e göre 35 mm2 kesitli bir kablonun kullanılması gerekmektedir. Bu kablonun direnci 0,85 x 10-3 Ohm/m dir. Ohalde iskelenin en ucunda bulunan anotta meydana gelen voltaj düşüşü aşağıdaki şekilde hesaplanabilir. Anot kablo uzunluğunun 60 m ve katot geri dönüş kablo uzunluğunun da 6 m olduğunu düşünelim. Buna göre katodik koruma sisteminde toplam kablo direnci,

bulunur. Anot kablo uzunluğunun ikiye bölünme nedeni, akımın yol boyunca kullanılarak azalması ve bütün kablo boyunca akım şiddetinin yarısının etkili olmasındandır.

Buna göre akım şiddetinin en yüksek olduğu başlangıç devresinde, iskele uç noktasındaki maksimum voltaj düşüşü aşağıdaki şekilde hesaplanır.

E =IR = (55,092) (0,0306 = 1,7 Volt

Transformatör - redresör doğru akım çıkış potansiyelini belirlemek üzere katodik koruma sisteminin toplam direncini hesaplıyalım.

R = Ranot + Rkablo + Rkatot

Rkatot = 0,3 / 55 = 0,005 Ohm Rt = 0,015 + 0,0306 + 0,005 = 0,051 Ohm

Transformatör- redresör çıkış voltajı

E = IR + 1,7 = ( 55,1 ) ( 0,051 ) + 1,7 = 4,5 Volt

bulunur. Buna en yakın T/R ünitesi (8 Volt x 60 Amper) olan trafo - redresör ünitesidir.

ISKELE AYAKLARININ GALVANIK ANOTLARLA KATODIK KORUNMASI

6 m eninde, 45 m boyunda bir iskele, 40 cm çapında ve 12 m uzunluğunda on altı adet çelik kazık üzerinde bulunmaktadır. Kazıkların 4,2 m lik kısmı deniz dibinde zemin içine çakılmış durumdadır. 5,4 m lik bölüm deniz suyu içinde ve 1,0 m de gel-git bölgesindedir. Kazıkların 1,5 m lik bölümü de su seviyesi üzerinde atmosferdedir. Ancak bu bölge de dalga etkisi ile deniz suyu ile temas etmektedir. Deniz suyu kirli değildir. Ortalama rezistivite 25 Ohm. cm' dir. Kazıklar çakılmadan önce 400 m kalınlıkta coal tar epoksi boya ile boyanmıştır. Bu kazıkların galvanik anotlarla 20 yıl süreli olarak korunması istenilmektedir. Şekil-5.12

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



232


Şekil-5.12 Iskele ayaklarının galvanik anotlarla katodik korunması

Katodik olarak korunacak yüzey alanı :

Deniz dibinde zemin içinde kalan yüzey alanı , A1 = D L n A1 = (3,14 )x (0,40) x (4,2) x (16) = 84,4 m2

Deniz suyu içinde kalan bölgenin yüzey alanı ,

A2 = D L n A2 = (3,14) x (0,40) x (5,4) x (16) = 108,5 m2

Gel-git bölgesinin yüzey alanı ,

A3 = D L A3 = (3,14 ) x (0,40 ) x (1,0) x 16 = 20 m2

Katodik Koruma Akım Ihtiyacı :

Deniz suyu içinde akım ihtiyacı, deniz suyunun hareketli veya durgun oluşuna göre değişir. Diğer taraftan yapılmış olan kaplamanın bozulma derecesi de akım ihtiyacına etki yapar. Bu nedenle her bölge için ayrı akım ihtiyacı değeri seçilmesi gerekir.

Deniz dibi zemini içinde kalan bölgeler için akım ihtiyacı : Kazıklar zemin içine çakılırken kaplama büyük ölçüde zarar görür. Kaplamanın % 50 oranında zarar görmüş olduğu kabul edilerek akım ihtiyacı aşağıdaki şekilde hesaplanır. Çıplak yüzeyler için , i = 84,4x 0,50x 50 = 2,11 A Kaplamalı yüzeyler için i = 84,4x 0,50x 10 = 0,42 A

Başlangıçtaki toplam akım ihtiyacı, ib = 2,11 + 0,42 = 2,53 A Polarize olduktan sonraki akım ihtiyacı , Çıplak yüzeyler için , i = 84,4 x 0,50 x 15 = 0,63 A Kaplamalı yüzeyler için, i = 84,4 x 0,50 x 5 = 0,21 A

Polarizasyondan sonra toplam akım ihtiyacı,

i p = 0,63 + 0,21 = 0,84 A.

Deniz suyu içinde kalan bölgelerin akım ihtiyacı :

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



233


Kazıklara yapılmış olan kaplamanın inşaat sırasında % 10 oranında bozulmuş olduğu kabul edilebilir.Yüzeyden itibaren 1 m aşağıda deniz suyu durgun haldedir. Buna göre kazıkların deniz suyu içinde kalan bölgelerinin başlangıçtaki akım ihtiyacı,

Çıplak yüzeyler için,i = (108,5) x (0,10) x (250) = 2,71 A. Kaplamalı yüzeyler için , i = (108,5) x (0,90) x (30) = 2,93 A.

Başlangıç için toplam akım ihtiyacı,

ib = 2,71 + 2,93 = 5, 64 A.

Kazık yüzeyi polarize olduktan sonra akım ihtiyacı,

Çıplak yüzeyler için ,i = (108,5)x (0,10)x (70) = 0,76 A. Kaplamalı yüzeyler için , i = (108,5)x (0,90)x (10) = 0,98 A.

Polarizasyondan sonra toplam akım ihtiyacı,

ip = 0,76 + 0,98 = 1,74 A.

Gel - git bölgesi için akım ihtiyacı :

Gel git bölgesinde deniz suyu hareketlidir. Akım ihtiyacı hesabında bu durum göz önüne alınmalıdır.

Çıplak bölgeler için ,i = (20,0)x(0,10)x(350) = 0,70 A. Kaplamalı bölgeler için , i = (20,0)x(0,90)x(50) = 0,90 A.

Başlangıçtaki toplam akım ihtiyacı,

ib = 0,70 + 0,90 = 1.60 A.

Gel - git bölgesinde deniz suyu hareketlidir. Bu bölgede korozyon ürünleri kazık yüzeyinde toplanarak polarizasyona neden olmaz. Bu nedenle akım ihtiyacının zamanla değişmesi söz konusu değildir.

Kazıkların başlangıçtaki ve polarize olduktan sonraki toplam akım ihtiyacı şöyledir :

ib = 2,53 + 5,64 + 1,60 = 9,77 A.

ip = 0,84 + 1,74 + 1,60 = 4,18 A.

Katodik koruma uygulandıktan sonra zaman geçtikçe kazıklar üzerindeki kaplama direnci gittikçe azalır. Kaplama direncinin bir yılda yaklaşık olarak % 2 oranında azalacağı kabul edilebilir. Bu durumda başlangıçta % 10 olan kaplama bozukluğunun 20 yıl sonunda 0,02 x 20 = 0,40 artacağı ve kaplamasız yüzey alanının 0,90 - 0,40 = 0,50 olacağı bulunur. Bu sonuç kazıkların akım ihtiyacının yıldan yıla artacağını gösterir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



234


20 yıl sonunda kazıkların akım ihtiyacının yeniden hesaplanması ve katodik koruma uygulama süresi içinde geçerli olacak bir ortalama akım ihtiyacının belirlenmesi gerekir.

Deniz dibi zemini içinde kalan bölgede kazıkların kaplamasında herhangi bir bozulma söz konusu olmaz.Deniz suyu içinde kalan bölgede 20 yıl sonunda kaplama bozukluğu % 50 olacaktır buna göre akım ihtiyacı,

Çıplak yüzeyler için,i = (108,5)x (0,50)x (70) = 3,80 A

Kaplamalı yüzeyler için, i = (108,5)x (0,50)x (10) = 0,54 A.

Toplam akım ihtiyacı , i = 3,80 + 0,54 = 4,34 A.

Gel - git bölgesinin 20 yıl sonundaki akım ihtiyacı:

Çıplak yüzeyler için , i = (20)x (0,50)x (350) = 3,50 A

Kaplamalı yüzeyler için , i = (20)x (0,50)x (50) = 0,50 A.

Toplam akım ihtiyacı ,i = 3,50 + 0,50 = 4,0 A.

Yirmi yıl sonunda kazıkların toplam akım ihtiyacı,

it = 4,34 + 4,0 + 0,84 = 9,18 A. bulunur.

Katodik koruma uygulamasının başlangıcında 16 çelik kazık için 9,77 Amper akım uygulanması gerekirken, polarizasyon sonunda akım ihtiyacı 4,18 Amper' e düşmüştür. Ancak kazık yüzeylerinde bulunan kaplamanın zamanla bozulması nedeniyle akım ihtiyacı yıldan yıla artmakta ve 20 yıl sonra 9,18 Amper' e ulaşmaktadır. Bu durumda kazıkların 20 yıl boyunca katodik olarak korunması için uygulanacak ortalama akım şiddeti,

dir.

Anot kütlesi ve sayısı:

Galvanik anot olarak indium alaşımlı alüminyum anot kullanmış olduğumuzu düşünürsek ,16 çelik kazığı 20 yıl koruyabilmek için gerekli anot kütlesini hesap edebiliriz.

Bir kazık için gerekli anot kütlesi, m = 550 / 16 = 34,4 kg bulunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



235


Anot Cinsi ve Akım Çıkışı

Bu sonuca göre, 20 yıl korumayı sağlamak üzere, her kazık için 17 kg ' lık standard Al-13 (38 cm x 11,7 cm x 13,9 cm) anottan iki adet kullanılması gerekir. Bu anotlar kazıklar üzerine kaynak edilir. (Bir başka çözüm şekli de 34 kg lık büyük bir anot iki kazık arasına sallandırılabilir.) Bu anotların dik olarak deniz suyu içindeki direnci,

Anot eşdeğer çapı,

Anot taban yüzeyi boyanarak etkisiz hale getirilir. Bu durumda anot direnci,

olur. Tek anottan çekilecek akım,

32 adet anottan çekilebilecek maksimum akım şiddeti 0,37 x 32 = 11,8 Amper olacaktır. Anotlar harcandıkça yüzeyleri küçülecek ve dirençlerinde artma olacaktır. Son halde anot yüzeyinin % 65 oranında azaldığı kabul edilirse tek anot direnci,

olacak ve bir anottan yaklaşık olarak,

akım çekilebilecektir. Bu durumda 32 anot toplam olarak it = 0,30x 32 = 9,6 A. akım üreteceğinden kazıklar için son halde gerekli akım karşılanmış olacaktır.

5.4 -GEMİ GÖVDELERİNİN KATODİK KORUMASI

Gemi gövdelerinin deniz suyu ile temas eden yüzeyleri deniz suyunun şiddetli korozif etkisi nedeniyle kısa sürede korozyona uğrar. Boya uygulanarak korozyon hızı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



236


azaltılabilir. Ancak deniz suyu ve özellikle fouling etkisi ile en uygun boyalar bile bir kaç yıldan fazla dayanmaz. Gemi gövdelerindeki korozyonun hızı aşağıdaki faktörlere bağlı olarak büyük ölçülerde değişiklik gösterir.

Geminin cinsi, hızı ve tonajı korozyon hızına etki yapar. Geminin limanda hareketsiz olarak beklediği veya seferde olduğu süreler içinde

korozyon hızı farklıdır. Diğer taraftan geminin içinde bulunduğu deniz suyunun tuzluluk derecesi ve sıcaklığı da korozyon hızına etkir.

Gemi gövdesine yapılmış olan boya cinsi, kalınlığı ve eskime durumu ile kaplamadan önceki yüzey temizliği de korozyon hızı bakımından büyük önem taşır.

Bütün bu faktörlerin etki derecesini önceden belirleyerek bir geminin korozyon hızının önceden tahmin edilmesi oldukça güçtür. Çoğu zaman böyle bir tahminin yapılmasına gerek duyulmaz. Pratikte gemi gövdelerinin korozyondan korunması için uygun bir boya ile boyanması ve ayrıca katodik koruma yapılması yoluna gidilir.

Gemi Gövdelerinin Boyanması

Gemi gövdelerinde korozyon açısından dört farklı bölge vardır.Şekil-5.4 Yakın deniz atmosferi etkisinde kalan üst bölge, Atmosferde kalan ve zaman zaman ıslanan bölge, Geminin yük durumuna göre suya batan bölge, Sürekli deniz suyu içinde kalan bölge.

Bu bölgelerin boyanmasında farklı cinste boyaların kullanılması gerekir. Deniz suyu alkali özellikte olduğundan deniz suyu ile temas eden bölgelerde sabunlaşabilen alkit tipte boyaların kullanılmamasına özen gösterilmelidir. Diğer taraftan sürekli deniz içinde kalan yüzeylerde fouling olayını önlemek için son kat zehirli boya uygulanması yararlı olur. Şekil-5.13

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



237


Gemi gövdelerinin su içinde kalan yüzeyleri alkali etkilerine dayanıklı boyalarla üç kat halinde 200-300 m kuru film kalınlığı olacak şekilde boyanır. Boya olarak epoksi, vinil veya klor kauçuk boyalar tercih edilir. Ancak hangi boya seçilmiş olursa

olsun, boya ömrüne etki yapan en önemli husus ilk boyadan önce yüzey temizliğinin çok iyi yapılmış olmasıdır. Deniz suyu alkali karakterde olduğu için astar olarak alkaliye dayanıklı tipte çinko kromat, çinko fosfat ve kalsiyum plumbat gibi antikorozif astar boyalar tercih edilir. Ayrıca boyaların çabuk kuruyan cinste olması , geminin kuru havuzda bekleme süresini kısaltması bakımından büyük önem taşır. Geminin su altında kalan bölümlerinde son kat olarak fouling etkisine karşı zehirli boya uygulanması gerekir. Gemi gövdesinin su üzerinde kalan bölgeleri atmosferik korozyon etkisindedir. Bu bölgelerde boya kalınlığı daha az olabilir ve zehirli boya kullanılmasına da gerek yoktur.

Şekil-5.13 Gemi gövdelerinde farklı boya bölgeleri

Boyaların korozyonu önlemek dışında ikinci bir görevleri de, geminin suya batan dış yüzeylerinin düzgün ve pürüzsüz olmasını sağlamaktır. Yüzeyde pas oluşması, kabuklaşma ve bu kabuklar üzerinde deniz canlılarının yapışması sonucu oluşan pürüzler sürtünme kayıplarına neden olur. Örneğin : 100.000 tdw'lik bir tankerin, yüzeylerinin düzgün ve pürüzsüz olması sağlanarak, geminin ekonomik ömrü boyunca yaklaşık 10 milyon dolar yakıt tassarrufu yapılabileceği hesaplanmıştır.

Gemi Gövdelerine Katodik Koruma Uygulanmasında Genel Kurallar

Gemi gövdelerine katodik koruma uygulaması da diğer deniz içi yapılarında olduğu gibidir. Ancak gemilerin hareket halinde oluşu ve akım ihtiyacının zamanla değişmesi, bazı farklar yaratır.

a) Katodik koruma uygulaması gemi henüz kızakta iken yapılır. Katodik koruma ömrü de geminin yeniden kızağa alınacağı süre göz önüne alınarak belirlenir. Bu süre yaklaşık olarak 1,5 - 2 yıl’dır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



238


b) Gemi gövdelerine hem galvanik anotlu hemde dış akım kaynaklı kataodik koruma sistemi uygulanabilir. Seçim ekonomik faktörler göz önüne alınarak yapılır. Genellikle küçük tonajlı gemiler için galvanik anotlu katodik koruma sistemi daha uygundur.

c) Her iki sistemde de anotlar gemi gövdesine bağlanır. Gövde üzerine kabarıklık yapan bu anotlar sürtünme etkisi nedeniyle gemi hızı üzerinde olumsuz etki gösterir. Bu durum geminin yakıt sarfiyatının artmasına neden olur. Örneğin 18.000 tdW’lik bir petrol tankerine çinko anotlar bağlandığında, tanker hızını 14.5 mil/saat de tutabilmek için gemi motor gücünün %1 oranında artırılması gerekmiştir. Anotların sürtünme kayıbına meydan vermemesi için, gemilerde kullanmak üzere yassı biçimli özel anotlar geliştirilmiştir.

d) Gemi pervanesi ile gövde temas halinde olmasına rağmen, yağlama yağları nedeni ile ara yerde elektriksel direnç oluşur. Pervanenin de gemi gövdesi ile birlikte katodik olarak korunabilmesi için bu direncin 0,001 Ohm’ın altına düşürülmesi gerekir.Bu amaçla pervane miline bir fırça bağlanarak gemi gövdesi ile pervane arasında elektriksel bağ sağlanmış olur.

Şekil-5.14 Pervane ile gemi gövdesinin elektriksel bağlantısı

e) Anotlar gemi gövdesine yapışık haldedir. Bu durum anot çevresinde aşırı voltaj oluşmasına ve boya tabakasının soyulmasına neden olabilir. Özellikle dış akım kaynaklı katodik koruma uygulamasında aşırı voltajın zararlı etkilerini gidermek üzere özel önlemler alınması gerekir.

f) Gemilerin akım ihtiyacı zamanla değişebilir. Bunun başlıca nedeni gemi yüzeylerine yapılmış olan boyanın zamanla eskimesidir. Akım ihtiyacı hesabında bu durumun göz önüne alınması gerekir.

Katodik Koruma Akım Ihtiyacı

Gemi gövdelerinin katodik korunması için gerekli akım ihtiyacı, gemi cinsi ve boya kalitesine bağlı olarak gemiden gemiye 10 kata varan farklılıklar gösterebilir. Aynı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



239


bir geminin akım ihtiyacı da yüküne, hızına ve seyretmekte olduğu denizin tuzluluğuna ve sıcaklığına bağlı olarak zamanla değişir. Geminin bir yıl içindeki toplam akım ihtiyacı, bu süre içinde kaç gün seferde ve kaç gün limanda hareketsiz kaldığı sürelere bağlıdır. Bu nedenlerle gemilerin akım ihtiyacı için kesin değerler verilmesi oldukça güçtür. Katodik koruma projelerinde gemilerin akım ihtiyacı, gemi boyasının kalitesi ve

eskilik durumu göz önüne alınarak 10 mA/m2 ile 60 mA/m2 arasında seçilebilir. Pervane ve dümenin çıplak halde olması ve bu bölgede türbilans etkisi nedeniyle akım

ihtiyacının 500 mA/m2 alınması uygundur.

Pervanenin Etkisi

Gemilerde pervane ve dümenin bulunduğu kıç bölgesinde korozyon hızı daha fazladır. Bunun başlıca üç nedeni vardır.

PervaneŞiddetli türbilans hareketine neden olur. Bu durum metal yüzeyine oksijen difüzyonunu maksimum değere çıkarır.

Türbilans hareketi ayrıca kavitasyon etkisi yaparak erozyona neden olur. Böylece erozyonlu korozyon olayları artar.

Bronzdan yapılmış olan pervane ve dümen çelik üzerine galvanik etki yaparak kıç bölgesinde korozyon hızının artmasına neden olur.

Kıç bölgesinde kendini gösteren bu etkiler, bu bölgede akım ihtiyacını artırır. Katodik koruma uygulamasında bu durumun göz önüne alınması gerekir.

Galvanik Anotlar ile Katodik Koruma

Gemiler önceleri yalnız galvanik anotlar ile katodik olarak korunmuştur. Başlangıçta galvanik anot olarak mağnezyum anotlar kullanılmıştır. Mağnezyum anotların hem akım kapasitesi, hem de verimleri düşüktür. Bu nedenle ancak kısa ömürlü katodik korumalarda kullanılabilir. Diğer taraftan mağnezyum anotların potansiyelleri yüksektir. Bu durum gemi gövdelerine bağlanan anotların çevresinde aşırı korumaya ve kaplamanın soyulmasına neden olabilir.

Bu nedenle gemi gövdelerinin katodik korunmasında mağnezyum anotlar yerine çinko veya alüminyum anotlar tercih edilmiştir. Çinko ve alüminyum anotlar ile korunmakta olan çelik arasında deniz suyu içinde maksimum 0.250 Volt bir potansiyel farkı oluşur. Katot potansiyeli arttıkça bu farkta azalır. Gemi gövdesinin potansiyeli en çok 0.95 Volt değerine (Ag/AgCl) ulaşabilir. Gemi potansiyeli katodik koruma için gerekli olan değere eriştikten sonra anotlardan çekilen akım kendiliğinden gittikçe azalır. Aksine olarak, gemi potansiyelinin düţük olması halinde anot katot arasındaki potansiyel farkı büyür ve anot akım çıkışları artar. Böylece anotlardan çekilen akım otomatik olarak kontrol edilmiş olur.

Anot kütlesi ve sayısı :

Geminin tam yüklü olduğu andaki ıslak yüzey alanı esas alınarak, katodik koruma için toplam akım ihtiyacı hesaplanır. Pervane ve dümen için gerekli olan akım miktarı da buna katılır. Gemilerde katodik koruma ömrü, geminin kuru havuza alınma

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



240


süresi göz önüne alınarak seçilir. Bu süre içinde geminin katodik olarak korunması için gerekli minimum anot kütlesi,

bağıntısı ile hesaplanır. ( Kullanma faktörü anot biçimine bağlıdır. Bu değer silindir biçimli anotlarda 0,90, dörtgen kesitli anotlarda 0,85 ve yassı anotlarda 0,80 alınabilir.)

Gemide kullanılacak anot tipi ve sayısı, bir anottan çekilebilecek maksimum akım şiddeti göz önüne alınarak hesaplanabilir. Bunun için önce tek anot direncinin hesaplanması gerekir. Anot direnci, anot boyut ve biçimine bağlı olarak aşağıdaki bağıntılar ile hesaplanabilir.

Silindir Biçimli Anotların Direnci

Bu tip anotlar genellikle sabit deniz içi yapılarda kullanılır. Boyları efektif yarıçapından 10 kat veya daha büyük olan ve Şekil 5.15'de görüldüğü gibi 30 cm den daha büyük ayaklar üzerinde duran anotların direnci aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

Burada : = Deniz suyu rezistivitesi, Ohm.cm

L = Anot boyu, cm

r = Efektif yarı çap, cm'dir.

Dörtgen kesitli anotlarda efektif yarıçap şu bağıntı ile hesap edilir.

Burada , a = anot kesit alanıdır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



241


Şekil-5.15 Ayaklar üzerine monte edilmiţ silindir biçimli anotlar

Anot harcandıkca kesit alanı küçülür. Son halde anot direncini hesaplamak için, anot kesit alanının başlangıç değerinin %60 ına düşünceye kadar kullanılabileceği kabul edilir. Bu durumda efektif yarı çap,

bağıntısı ile bulunur.

Örneğin boyu 100 cm ve kesit alanı 20 cm2 olan bir anodun rezistivitesi 25 Ohm.cm olan bir deniz suyu içinde kesit alanı % 60 a kadar azaldıktan sonra göstermiş olduğu direnç,

r = = = 1,95 cm

R = =

R = 0,14 Ohm bulunur. Değişik boyutlarda silindir biçimli anotların = 25 Ohm.cm rezistiviteli deniz suyu içindeki direnci anot kesit alanı ve boyuna bağlı olarak Şekil-5.16’da verilmektedir. Yukardaki örnekte ele alınmış olan 100 cm boyunda ve 20 cm2 kesit alanında olan bir anot 25 Ohm.cm rezistiviteli deniz suyu içinde, kesit alanı % 40 azalıncaya kadar kullanıldıktan sonraki direnci Şekil-5.16 dan R = 0,14 Ohm olarak okunur.

Şekil-5.16 Silindir biçimli anotların deniz suyu içindeki direnci ( = 25 Ohm.cm)

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



242


Yassı Tip Anotların Direnci

Şekil-5.17 de görüldüğü gibi doğrudan gövdeye kaynak edilmiş olan yassı tipte (b2c olan) anotların rezistivitesi () Ohm.cm olan deniz suyu içindeki direnci aşağıdaki ampirik bağıntı ile bulunabilir.

Örneğin , a = 60 cm , b = 14 cm ve c = 6 cm olan bir yassı anodun 25 Ohm.cm rezistiviteli deniz suyu içindeki direnci,

R =

bulunur. Bu anotların alt yüzeyleri boyanarak izole edilmiştir. Şekil -5.17 Yassı tip anot

Anot direnci bulunduktan sonra, tek anottan çekilebilen maksimum akım şiddeti, i = E / R bağıntısı ile bulunur. Çinko ve aliminyum anotlar için E = 0.250 Volt alınabilir. Örneğin yukarda ele alınmış olan yassı anottan çekilebilen maksimum akım i = 0,250 / 0,31 = 0,8 A dir.

Katodik koruma için gerekli minimum anot sayısı, toplam akım ihtiyacının tek anottan çekilen akıma bölünmesi ile bulunur. Ancak bu yolla hesaplanan toplam anot kütlesi, katodik koruma ömrü için gerekli olan kütleden daha küçük çıkarsa, kütlesi daha büyük olan bir anot tipi ile hesaplar yeniden yapılır. Gemilerde kullanılmak üzere değişik boyutlarda ve kütlede anotlar geliştirilmiştir. Bir fikir vermek üzere Tablo-5.7'de değişik kütle ve boyutlarda alüminyum anot tipleri liste halinde verilmektedir.

Tablo- 5.7 Gemilerde kullanılan alüminyum anotlar

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



243


Anot Dağılımı

Anotlar, omurganın iki yanına ve su kotunun yaklaşık 1 m altına her iki yana simetrik olacak şekilde yerleştirilir. Galvanik anotlar gemiye kaynak edilerek bağlanır. Anodun gemi yüzeyine yapışan alt tabanı uygun bir boya ile kalın bir şekilde boyanarak izole edilir. Kaynak yerleri ve anot bağlantı pabuçları da aynı şekilde boyanır.

Deniz suyu içinde bir galvanik anot ile çok geniş bir alanı koruyabilmek mümkün olmaz. Deniz suyu rezistivitesi küçük olduğundan anottan uygulanan akımın potansiyeli kısa mesafeler içinde düşer. Deniz suyu içinde mesafeye göre potansiyel düţüţü,Şekil-

5.18 de görülmektedir. Şekil-5.18 Denizsuyu içinde akım yoğunluğuna göre potansiyel düşüşü

Örneğin koruma akım yoğunluğu i = 100 mA/m2 ve deniz suyu rezistivitesi = 30 Ohm.cm ise, potansiyel düţüţü E = 0,3 mV/cm olacaktır.

Bu durumda anotlar arasındaki mesafe çok fazla artırılamaz. Pratikte anotlar genellikle 7- 8 m aralıklarla yerleştirilir. Anot kıç bölgesinde bu değer yarıya düşürebilir. Kullanılan anotların yaklaşık dörtte biri gemi kıç bölgesine konulmalıdır.

Kaplaması iyi durumda olan bir gemide yaklaşık 10 m2 ıslak yüzey alanı için bir anot kullanılması yeterli olabilir. Pervane ve dümen için ilave anotlar kullanılmalıdır. Anotların gemi gövdesi ve kıç bölgesindeki dağılımı Şekil-5.19 ve Şekil-5.20 de görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



244


Şekil-5.19 Galvanik anotların gemi gövdesine dağılımı

Şekil-5.20 Gemi kıç bölgesine galvanik anotların yerleştirilmesi

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma

Büyük tonajlı gemilerde dış akım kaynağı ile katodik koruma sistemi daha ekonomiktir. Bu sistemin bir diğer avantajı da geminin katodik koruma akım ihtiyacının değişmesi halinde, sisteme yeteri miktarda akım uygulanarak bir anda ayar yapabilmenin mümkün olmasıdır.

Gemilerin akım ihtiyacındaki değişme aşağıdaki nedenlerden kaynaklanır.

Gemilerin ıslak yüzey alanı yük durumuna göre büyük ölçülerde değişir. Özellikle yük gemilerinde dolu ve boş durumlar arasında gemi akım ihtiyacında % 50 ye varan artışlar olabilir.

Gemi limanda hareketsiz halde iken akım ihtiyacı minimumdur. Seferde akım ihtiyacında aniden artış meydana gelir. Özellikle boya kalitesi bozulmuş olan gemilerde akım ihtiyacı hareket halinde iken 2-3 kat artabilir.

Geminin sefere çıktığı deniz suyunun sıcaklığı da akım ihtiyacına etki yapar. Sıcaklık arttıkca gemi akım ihtiyacında artış görülür. Örneğin tropikal denizlerde, soğuk denizlere göre aynı geminin akım ihtiyacı %20-25 oranında daha fazladır.

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemlerinde Kullanılan Anotlar :

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



245


Gemilerin dış akım kaynağı ile katodik olarak korunmasında genellikle gümüş-kurşun ve platin kaplanmış titanyum anotlar kullanılmaktadır. Bu anotlar, sürtünme kaybına meydan vermemek amacıyla, gemi gövdesi üzerine özel yataklar içine yerleştirilmektedir. Şekil-5.21

Şekil-5.21 Anotların gemi gövdesine bağlanması

Dış akım kaynaklı anotlarda, anot çevresinde oluşan aşırı voltajın zararlı etkilerinin mutlaka önlenmesi gerekir. Bunun için anot çevresi özel olarak izole edilmelidir. Izole edilecek yüzeyin yarı çapı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.

Burada,

E = Anottan (r) cm uzaklıkta potansiyel değişimi , Volt = Deniz suyu rezistivitesi, Ohm.cmI = Anottan çekilen akım şiddeti, A.r = Anoda olan uzaklık, cm dir.

Korumanın gerçekleşmesi için gemi gövdesinde her noktada Ag/AgCl referans elektroda göre -0.760 Volt değerinin aşılması gerekir. Bunu kontrol için gemi gövdesinin çeşitli noktalarına sabit Ag/AgCl referans elektrotları bağlanır

Ancak potansiyelin çok yüksek olması halinde kaplama bozulabilir. Bu nedenle E >1,0 Volt olması istenilmez. Anot çevresinde soyulma tehlikesinin söz konusu olduğu (r) mesafesi yukardaki bağıntı ile belirlenebilir. Örneğin, I = 5 A , = 25 Ohm.cm olması halinde, anot çevresinde aşırı voltajdan korunması gereken bölgenin yarı çapı,

olacaktır. Bu bölge bir fiberglas levha ile veya kalın bir boya tabakası ile izole edilir.

Ölçüm ve Kontroller

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



246


Gemi gövdesine uygulanmış olan katodik korumanın etkinlik derecesi, gövdenin çeşitli noktalarına konulan sabit referans elektrotlar yardımıyla ölçülür. Referans elektrot olarak gümüş/gümüş klorür veya saf çinko metal elektrot kullanılır. Gemi gövdesine sabit çinko referans elektrot bağlantısı Şekil-5.22 de görülmektedir. Standart doygun potasyum klorür içindeki Ag/AgCl referans elektrotlar ile -0,800 V olan koruma kriteri, deniz suyu içine daldırılan gümüş/gümüş klorür referans elektroduna göre -0.760 Volt dur. Saf Çinko referans elektroda göre ölçülen potansiyel değeri de + 0.25 Volt veya bundan daha küçük olmalıdır.

Şekil-5.22 Gemi gövdesine çinko referans elektrot bağlantısı

BÖLÜM - 6

BETONARME DEMİRLERİNİN KOROZYONU

4 VE KATODİK KORUMASI

6.1 GİRİŞ

Beton normal halde betonarme demirleri için hem kimyasal, hem de fiziksel olarak iyi bir koruyucu ortam oluşturur. Çimento + su reaksiyonu sonucu kalsiyum hidroksit oluşur ve beton oldukça yüksek bir alkali özellik kazanır. Beton pH derecesinin yüksek oluşu betonarme demiri yüzeylerinde pasif bir oksit filmi oluşmasına neden olur. Diğer taraftan betonun geçirgenliğinin düşük oluşu, korozyona neden olan bileşenlerin beton içine girmesini ve betonarme demirleri yüzeyine kadar ulaşmasını güçleştirir. Bir elektrolit olarak betonun iyonik iletkenliği de çok düşüktür. İletkenliğin düşüklüğü betonarme demirleri üzerinde korozyon hücrelerinin gelişmesini güçleştirici bir etki gösterir. Bu özellikler, normal halde bulunan bir beton içindeki betonarme demirlerinin korozyona uğramasını önler. Normal bir beton içinde demirler pasif halde

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



247


bulunur. Fakat beton kalitesinin yetersiz olması ve beton içine çevreden bazı zararlı bileşenlerin girmesi halinde betonarme demirleri korozyona uğrayabilir.

Betonarme demirlerinde korozyon olayına, genellikle deniz suyu veya atmosferi etkisinde kalan yapılarda, klorür tuzlarının kullanıldığı bazı kimyasal fabrikalarda ve özellikle buzlanmaya karşı tuzlama yapılan kara yolu köprüleri ve viyadüklerde raslanmaktadır. Karayollarında yollara ve özellikle buzlanmanın daha etkili olduğu köprülere atılan tuzlar betonarme demirlerinin korozyonu açısından büyük tehlike yaratmaktadır. Buzların erimesi sonucu oluşan derişik tuz çözeltileri, temas etmiş olduğu beton boşlukları içine penetre olarak betonarme demirlerine kadar ulaşmaktadır. Böylece beton boşluklarına giren klorür iyonu zamanla birikim yaparak konsantrasyonu gittikçe artmaktadır. Buna benzer olarak deniz atmosferinde kalan betonlarda da, rüzgarların taşımış olduğu tuz partikülleri beton yüzeyine yapışarak, benzer şekilde betonarme demirlerine kadar taşınmakta ve belli bir konsantrasyona ulaştıktan sonra betonarme demirlerinin korozyonuna neden olmaktadır.

Beton karışımına giren doğal kum, çakıl ve su gibi bileşenler normal halde çok küçük konsantrasyonlarda klorür içerirler. Bu kadar az klorür betonarme demirlerinin korozyonuna neden olmaz. Klorür iyonunun zararlı etkisi ancak beton içinde % 0,2 den fazla ( 4,5 kg Cl- /m3) klorür bulunması halinde söz konusu olabilir. Korozyon için zararlı sayılan bu klorür konsantrasyonu sınır değeri tartışmalıdır. Literatürde farklı sınır değerleri verilmektedir. Bunun nedeni betonarme demirlerinin korozyonunun klorür konsantrasyonundan başka, betonun mukavemetine, geçirimsizliğine, boşluk yüzdesine, rutubetine ve pH derecesine de bağlı oluşundan kaynaklanmaktadır. Özellikle karbonasyon nedeniyle beton pH derecesinin azalması korozyon açısından tehlikeyi artırıcı rol oynamaktadır. Düşük pH derecelerinde daha az klorürün etkili olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle bir çok araştırıcı yalnız klorür konsantrasyonu için sınır değer vermek yerine, Cl- / OH- oranının verilmesinin daha doğru olacağını ileri sürmektedir.

Betonarme demirlerinin korozyonu, klorür ve pH gibi kimyasal özellikler yanında beton yapının fiziksel özelliklerine de bağlıdır. Beton porozitesi ve permeabilitesi korozyona dolaylı olarak etki yapar. Korozyon reaksiyonunun temel bileşenleri olan oksijen ve su beton içine çevreden difüzlenir. Beton içine oksijen difüzlenme hızı betonun porozitesine ve rutubet derecesine bağlıdır. Bu açıdan bakıldığında, sağlam ve geçirimsiz öellikte kaliteli bir beton yapılarak betonarme demirlerinin korozyonunun büyük ölçüde azaltılabileceği anlaşılır.

6.2-BETONARME DEMİRLERİNİN KOROZYONUNUN OLUŞ NEDENLERİ

Beton içindeki demir aynen sulu çözeltiler içindekine benzer şekilde korozyona uğrar. Anot bölgesinde demir iyon haline geçer. Demir iyonları alkali ortamda demir hidroksit halinde çökelir. Fe = Fe2 + + 2e-

Fe2 + + 2 OH- = Fe(OH)2

Beton pH değeri yüksek olduğu için beton içinde katotta hidrojen çıkışı olmaz . Katot reaksiyonu ancak oksijen redüksiyonu şeklinde yürüyebilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



248


½ O2 + H2O + 2 e- = 2 OH-

Bu reaksiyonlardan açıkca anlaşılacağı üzere betonarme demirlerinin korozyonu için oksijene ve suya mutlaka ihtiyaç vardır. Yani kuru haldeki beton içinde betonarme demirleri korozyona uğramaz. Yeterli oksijen bulunmaması halinde de korozyon olayı yürümez. Ancak poröz bir malzeme olan beton içine oksijen kolaylıkla girebilir. Beton içine oksijen girişi iki yolla olabilir. Birincisi oksijen ile doymuş haldeki su beton içine penetre olurken oksijeni betonarme demirlerine kadar beraberinde taşır. Bu olay peryodik olarak ıslanan ve kuruyan betonlarda etkili olarak yürür. Veya hava doğrudan beton çatlak ve boşlukları içine dolarak oksijeni taşır. Eğer beton boşlukları su ile dolu değilse bu olay çok hızlı olarak gerçekleşir. Aksi halde oksijenin beton boşlukları içindeki suda çözünerek oradan betonarme demirlerine kadar çözelti içinde difüzlenmesi gerekir. Oksijenin çözelti içindeki difüzlenme hızı çok düşük olduğundan, bu yolla oksijen transferi son derece yavaştır.

Her iki halde de oksijenin betonarme demirleri yüzeyine kadar penetre olması büyük ölçüde beton yapısına ve porozitesine bağlıdır. Beton boşluk suyu içinde çözünmüş olan oksijenin difüzyon katsayısı çok küçüktür. Diğer taraftan betonun su ile doygunluk yüzdesi ve beton yapımı sırasında kullanılan su/çimeto oranı da oksijen difüzyon hızını etkiler. Şekil-6.1

Şekil-6.1 Beton içine oksijen difüzyon hızının su/çimento oranına bağlılığı

Şekilde su ile doygun halde bulunan değişik su/çimento oranındaki beton ve harçlar içinde oksijen difüzyonunun beton kalınlığına göre değişimi görülmektedir. Su/çimeto oranı arttıkça betonun porozitesi artmakta ve buna paralel olarak oksijen difüzyon hızında da artış olmaktadır. Örneğin, su/çimento oranı 0,40 dan 0.60’ a çıkarılacak olursa oksijen difüzyon hızında yaklaşık iki kat artış olmaktadır. Bu durumda betonarme demirlerinin korozyon hızında da iki kata varan bir artış olması beklenebilir.

Beton içine oksijen difüzyon hızı yalnız su/çimento oranına değil, betonun rutubet derecesine (beton boşluklarının su ile doluluk derecesine) de bağlıdır. Beton kuru halde iken beton içindeki boşluklar hava ile doludur. Bu durumda atmosferden

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



249


katot yüzeyine gaz halinde oksijen transferi son derece kolaydır. Beton boşluklarının su ile dolu olması halinde, oksijen önce boşluk suyu içinde çözünecek ve daha sonra çözelti içinde difüzlenerek betonarme demirlerine ulaşacaktır. Beton rutubet derecesinden kaynaklanan bu olay korozyon açısından büyük önem taşır. Yukarda belirtildiği üzere, betonarme demirlerinin korozyonu için hem oksijene ve hem de suya ihtiyaç vardır. Beton kuru halde iken su eksikliğinden, beton su ile tam doymuş halde iken de oksijen eksikliğinden betonarme demirlerinin korozyonu son derece yavaştır. En şiddetli korozyon olayı , peryodik olarak ıslanan ve kuruyan betonlarda görülür. Atmosferde bulunan betonların büyük bir kısmı kuru halde bulunur. Bu durumdaki betonlar içindeki betonarme demirleri pasif haldedir. Diğer taraftan sürekli su altında kalan betonlarda da korozyon hızı son derece düşüktür. Bu durum su içinde çözünmüş halde olan oksijenin beton içinden difüzlenerek demir yüzeyine kadar taşınmasının güçlüğünden ileri gelir.

Su içinde bulunan çözünmüş oksijen konsantrasyonu korozyon açısından büyük

önem taşır. Oksijenin sudaki çözünürlüğü oldukça küçüktür ve sıcaklık arttıkca azalır. Oksijenin tuzlu sular içindeki çözünürlüğü de saf suya göre daha azdır. Tuz konsantrasyonu arttıkca su içinde çözünmüş haldeki oksijen konsantrasyonu gittikce azalır. Bu nedenle yüksek konsantrasyondaki tuzlu sular içinde korozyon hızının artık artmadığı görülür. Tuz konsantrasyonu ile korozyon hızı arasındaki bağıntı Şekil-6.2 de görülmektedir.

Şekil-6.2 Korozyon hızının tuz konsantrasyonuna göre değişimi

Şekilden görüldüğü üzere, başlangıçta çözelti içindeki tuz konsantrasyonu arttıkca klorür iyonu etkisi ile korozyon hızında da artış olmaktadır. Ancak tuz konsantrasyonu belli bir değere eriştikten sonra (75 g tuz / kg çözelti) korozyon hızında azalma görülmektedir. Bu durum tuz konsantrasyonunun artışı ile birlikte su içinde çözünmüş olarak bulunan oksijen konsantrasyonunun azalmasından ileri gelmektedir.

Betonarme Demirlerinin Pasifleşmesi ve Pasifliğin Bozuluşu

Portland çimentosu ile yapılmış bir betonun boşluklarında bulunan su doygun kireç çözeltisi halinde olup, içinde bulunan az miktardaki sodyum ve potasyum hidroksitlerinin de etkisi ile yüksek alkali özelliktedir . Taze betonun pH derecesi 12,5 - 13,2 arasındadır. Eğer yüksek fırın cürufu veya uçucu kül gibi puzolan katkılı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



250


çimentolar kullanılmış ise, beton pH değeri 12 ye kadar düşer. Her iki halde de, eğer klorür iyonu yoksa beton içindeki çelik pasif halde bulunur. Beton pH derecesi ile korozyon arasındaki ilişki en iyi Pourbaix Diyagramları ile açıklanabilir. Klorür içermiyen ve atmosferde bulunan bir beton içindeki demirin aktif veya pasif halde bulunduğu bölgeler Şekil-6.3 de verilen potansiyel-pH diyagramında görülmektedir. Diyagramda pH derecesinin 10 < pH < 13 olduğu bölgelerde betonarme demirlerinin potansiyel değerine bağlı olarak ya bağışıklık, ya da pasifleşme bölgesinde olduğu görülmektedir.

Şekil-6.3 Demir-su sistemi için potansiyel -pH diyagramı

Beton içinde klorür iyonu bulunması halinde durum biraz farklıdır. Klorürlü ortamlarda demir çok dar bir potansiyel aralığında pasif halde bulunur. Şekil-6.4’ de, içinde % 3,5 oranında klorür iyonu bulunan bir beton için potansiyel - pH diyagramı görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



251


Şekil-6.4 Demir-su-klorür (% 3,5 Cl-) çözeltisi için potansiyel-pH diyagramı

Şekilden görüldüğü üzere, klorür iyonlarının etkisi ile korozyon bölgesi genişlemiştir. Diğer taraftan, potansiyelin yüksek olduğu bölgelerde pasiflik bozulmuş ve çukur tipi korozyon başlamıştır. Pasif olan bölge içinde de pasif tabakanın koruyucu özelliği yeterli değildir.

Pasif bölgenin klorür iyonu etkisi ile ne derece daraldığı, betonarme demirlerinin korürsüz betonlar içinde ve % 3,5 klorür içeren betonlar içinde çizilen anodik polarizasyon eğrilerinden (E-log i) anlaşılabilir. Şekil-6.5.

Şekil-6.5 Beton içindeki çeliğin anodik polarizasyon eğrileri

Şekilden görüleceği üzere klorür içermiyen bir beton içindeki betonarme demirleri yaklaşık olarak - 300 mV (SHE) de pasifleşmeye başlamakta ve pasif bölge + 500 mV potansiyele kadar devam etmektedir. Şekil-6.5 (a). Buna karşılık, İçinde % 3,5 oranında klorür bulunan bir beton içindeki betonarme demirlerinde pasifleşme yine - 300 mV civarında başlamakla birlikte, çelik çok dar bir bölgede pasif olarak kalmakta ve yaklaşık -100 mV civarında pasiflik bozularak klorür etkisi ile çukur tipi korozyon olayı başlamaktadır.Şekil-6.5 (b)

Pasifliğin Karbonasyon Etkisi İle Bozulması

Yukarda açıklanmış olduğu üzere, yüksek alkali özelliği nedeniyle normal betonlar içinde betonarme demirleri pasif halde bulunur. Fakat herhangi bir nedenle beton pH derecesi düşerse pasiflik bozulur. Beton pH derecesinin düşmesine neden olan en önemli olay karbonasyon olayıdır. Karbonasyon, çevre atmosferden beton içine giren karbon dioksitin (veya SOx ,NOx gibi diğer asit anidridi gazların) beton boşluklarında bulunan serbest kireç ile reaksiyona girmesi ile oluşur. Bu reaksiyon sonucu beton boşluk suyu içinde çözünmüş kireç konsantrasyonu azalır ve beton pH derecesi 9 ‘a kadar düşebilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



252


CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

Karbonasyon olayı beton yüzeylerinde başlar ve zamanla parabolik olarak azalan bir hızla beton derinliklerine doğru ilerler. Penetrasyon hızı her şeyden önce betonun fiziksel özelliklerine bağlıdır. Yüksek kaliteli ve düşük poroziteli betonlarda karbonasyon etkisi çok azdır. Çevre atmosfer koşulları da karbonasyon olayında etkili olur . Sıcak ve kuru ortamlarda (düşük relatif rutubetli atmosferde) bulunan betonlarda karbonasyon olayı daha etkilidir. Ancak penetrasyon hızı en kötü koşullarda bile ortalama 1 mm/yıl’ dan daha azdır. Betonarme demirlerinin üzerinde bulunan beton tabakasının (pas payı) ortalama 5 cm olduğu göz önüne alınacak olursa, kirli olmayan atmosferlerde karbonasyon olayının pratik açıdan önemli bir sorun yaratmadığı ortaya çıkar.

Pasifliğin Klorür iyonu Etkisi İle Bozulması

Beton içine klorür başlıca iki yoldan girer. Bunlardan birincisi ve önlenebilir olanı, beton karışımı hazırlanırken kullanılan kum, çakıl, karışım suyu ve çeşitli katkı maddeleri ile giren klorür bileşikleridir. İkincisi ve pratikte daha sık rastlananı beton sertleştikten sonra çevreden beton içine difüzlenen klorür iyonlarıdır. Betonarme demirlerinin korozyonu üzerine başlangıçta ve sonradan giren bu klorürlerin etkisi farklıdır. Başlangıçta beton içine giren klorür iyonlarının bir kısmı, çimento hidratasyon reaksiyonu sırasında çimento klinker bileşiklerinden tri kalsiyum alüminat ile reaksiyona girerek suda çözünmeyen bir bileşik olan tri kalsiyum alümino klorürü (Friedel tuzu) (3 CaO. Al2O3 .CaCl2 .n H2O) oluşturur. Böylece klorür iyonunun bir kısmı bağlanmış olur. Bu bağlı klorürün pasifliği bozucu etkisi yoktur. Korozyon üzerine beton boşluk suyu içinde çözünmüş halde bulunan klorür iyonları etkili olur.

Beton içinde bulunan klorür iyonlarının pasifliği bozucu etkisi aşağıdaki şekilde açıklanmaktadır: Klorür iyonu elektronegativitesi yüksek bir iyondur. Bu nedenle metal yüzeyinde oksijen ve hidroksit iyonlarından daha sağlam şekilde adsorbe edilir. Adsorbe olan bu klorür iyonları korozyon sonucu oluşan demir iyonları ile birleşerek demir klorür halinde çözeltiye geçer. Böylece metal yüzeyinde Fe(OH)2 çökelmesi ve pasif filmin oluşması önlenmiş olur. Bu bölgede korozyon olayı artık oto katalitik olarak devam eder. Çünkü çözelti içine giren demir klorür su ve oksijenle birleşerek pası oluştururken, klorür iyonu yeniden çözelti içine karışır. Aşağıda verilen reaksiyonlardan açıkca görüldüğü üzere klorür iyonu doğrudan korozyon yaratmaz. Ancak bir katalizör gibi korozyon olayının hızını artırıcı olarak rol oynar.

Fe = Fe2+ + 2 e-

Fe + 2 Cl - = FeCl23FeCl2 + ½ O2 + 3H2O = Fe3O4 + 6 H + + Cl –

Klorür iyonunun çukur korozyonu oluşturması yukardaki zincirleme reaksiyonların dar bir bölgede yürümesi sonucu ortaya çıkar. Klorür iyonu ile kirlenmiş betonlar içinde çukur korozyonu olayına sıkça raslanır. Çevreden beton içine difüzlenen klorür iyonları pasif halde bulunan betonarme demirleri üzerindeki pasif tabakayı bozarak korozyona neden olabilir. Klorür iyonu su içinde çözünmüş olarak beton kılcal çatlaklarından veya boşluklarından ilerleyerek belli bir süre içinde yüzeye en yakın olan betonarme demirine ulaşır. Burada metal yüzeylerinde bulunan pasif tabakayı geçerek metal yüzeyinde adsorblanır. Şekil-6.6

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



253


Şekil-6.6 Klorür iyonlarının betonarme demiri yüzeyinde adsorbsiyonu

Betonarme demirlerinin potansiyeli pasif halde iken - 0,200 Volt’ dan daha pozitifdir. Klorür iyonlarının adsorbsiyonu ile betonarme demirlerinin potansiyelinde negatif yönde artış olur. Böylece yüzeye yakın olan betonarme demirleri anot olurken alt kısımda kalan ve klorür iyonlarının erişemediği demirler katot olur. Metalik bağlantı yoluyla anottan katoda doğru bir elektron akımı başlar. Bu iki betonarme demiri

arasında bir korozyon hücresi oluşur. Şekil-6.7

4.1 Şekil-6.7 Klorür iyonu etkisiyle demir yüzeyinde korozyon hücresinin oluşması

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



254


Klorürsüz bir ortamda meydana gelen korozyon olayında anot bölgesinde çözünen demir iyonları demir hidroksit halinde metal yüzeyinde çökeldiği halde, ortamda klorür bulunması halinde çökelme ve metalin pasifleşmesi söz konusu olmaz. Aksine olarak, anot reaksiyonu ile çıkan hidrojen iyonları pH’ı düşürür ve korozyon hızlanarak devam eder. Korozyon hızı katot bölgesine oksijen difüzyon hızının kontrolüne girer ve katotta oksijen redüksiyon reaksiyonu için harcanan elektronlara

eşdeğer miktarda demir çözeltiye geçer. Böylece daha az oksijen alan bölgelerde şiddetli bir korozyon olayı başlamış olur. Şekil-6.8

Şekil-6.8 Betonarme demirlerinde oluşan anodik ve katodik bölgeler

6.3 -KOROZYON HIZINA ETKİ YAPAN FAKTÖRLER

pH ın Etkisi

Portland çimentosu ile yapılan betonlarda, çimento içine su katılınca klinker mineralojik bileşikleri su ile reaksiyona girerek kısa sürede hidroliz olurlar. Portland çimentosu klinkerinin temel bileşenleri olan trikalsiyum silikat (C3S) ve dikalsiyum silikatın (C2S) su içindeki hidratasyon reaksiyonları şöyledir:

2 (3CaO.SiO2) + 6 H2O = 3CaO.2 SiO2). 3H2O + 3 Ca(OH)2

2 (2CaO.SiO2) + 4H2O = 3 CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

Bu reaksiyonlar sonucu açığa çıkan kalsiyum hidroksit beton boşluk suyu içinde çözünerek doygun çözelti haline gelir ve taze betonun pH derecesini 12 ye kadar çıkarır. Ayrıca çimento klinkeri içinde az miktarda bulunan alkali oksitlerinin (Na2O ve K2O) de çözünmesi ile beton pH derecesi 13,2 ‘ ye kadar yükselebilir. Değişik çimento cinslerinde klinker bileşiminin farklı olması nedeniyle beton pH derecesi 12-13 arasında değişebilir. Kalsiyum hidroksit beton boşluk suyu içinde doygun halde bulunduğundan, betonun rutubet yüzdesinin değişmesi beton pH değerini değiştirmez. Ancak beton yaşlandıkça pH değeri gittikçe azalır. Bunun başlıca nedeni karbonasyon olayıdır. Beton pH’ının zamanla azalmasının diğer bir nedeni de beton boşluk suyunda çözünmüş halde bulunan alkali oksitlerinin yıkanmak suretiyle beton dışına taşınmasıdır. Ancak bu yolla yalnız alkali oksitleri uzaklaşacağından beton pH derecesi 11’in altına düşmez ve korozyon açısından bir sorun ortaya çıkmaz.

Çimento Cinsinin Etkisi

Portland çimento klinkeri içinde ham madde cinsine bağlı olarak değişik oranlarda tri kalsiyum alüminat (C3A) bulunur. Bu bileşenin hidratasyon reaksiyonu hızı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



255


diğer klinker bileşiklerine göre çok yüksektir. Bu nedenle eğer klinker içine hiç alçı taşı katılmaz ise çimento piriz süresi çok kısalır. Alçı taşı ile klinker içinde bulunan tri kalsiyum alüminat arasında aşağıdaki kimyasal reaksiyon meydana gelir.

3CaO.Al2O3 + 3 CaSO4 + 32 H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (Tri kalsiyum sülfo alüminat)

Bu reaksiyon ile oluşan tri kalsiyum sülfoalüminat bileşiği (Candlot tuzu) az çözünen bir tuzdur. Bu tuz çimentonun hidrolizi sırasında klinker partiküllerinin yüzeyinde çökelerek geçirimsiz bir kabuk oluşturur ve böylece çimento hidratasyon reaksiyonunun yavaşlamasına neden olur. Beton içinde bulunan kalsiyum klorür de kalsiyum sülfata benzer şekilde tri kalsiyum alüminat ile reaksiyona girerek tri kalsiyum alümino klorür oluşturur. Bu tuz da suda az çözünür. Ancak reaksiyon hızı kalsiyum sülfatta olduğu kadar hızlı değildir. Kalsiyum sülfat ve kalsiyum klorür ile çimento içinde bulunan tri kalsiyum alüminat arasındaki kimyasal reaksiyonların hızı

Şekil-6.9 da görülmektedir. Şekil-6.9 Çimento klinker bileşiği tri kalsiyum alüminatın kimyasal reaksiyon hızı (a) kalsiyum sülfat ile, (b) kalsiyum klorür ile

Klorür iyonlarının tri kalsiyum alüminat ile çözünmeyen bir tuz oluşturması beton içindeki serbest klorür iyonlarının azalmasına neden olacağından, betonarme demirlerinin korozyonu açısından yararlıdır. Ancak bu reaksiyon beton içine başlangıçta giren klorürler için geçerlidir. Beton bünyesine sonradan difüzlenen klorür iyonlarının hidratasyon reaksiyonunu tamamlamış tri kalsiyum alüminat tarafından bağlanması söz konusu olmaz. Klorür İyonu Etkisi

Sertleşmiş bir beton bünyesine çevreden klorür penetrasyonu hızı, betonun fiziksel yapısı ile doğrudan ilgilidir. Betonun porozitesi ve permeabilitesi ne derece az ise, beton içine çevreden penetre olabilen klorür miktarı da o derece az olur. Beton permeabilitesi, başta su/çimento oranı olmak üzere, beton yapımında kullanılan agrega granülometrisine, çimento dozajına, betonun kalıp içinde sıkıştırılmasına ve dökümden

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



256


sonraki ilk günlerde uygulanan kür koşullarına bağlıdır. Şekil-6.10' da su / çimento oranının (w/c), beton içine klorür penetrasyonu üzerine etkisi görülmektedir.

4.1.1 Şekil -6.10 Su/çimento oranının klorür penetrasyonu üzerine etkisi

Şekilden görüldüğü üzere, su/çimento oranı 0,60 olan betonlarda ayni derinliğe klorür penetrasyonu, su / çimento oranı 0,40 olan betonlara göre bir kaç kat daha fazladır. Örneğin, 50 mm derinlikte beton içinde bulunan klorür konsantrasyonu, su/çimento oranı 0,40 iken % 0,01 olduğu halde, su/çimento oranı 0,60 olduğunda yaklaşık % 0,10 ‘a çıkmaktadır. O halde su/çimento oranı mümkün olduğunca düşük beton yapılarak klorür iyonlarının zararlı etkisi önemli ölçüde azaltılabilir.

Pratikte betonarme demirlerinin korozyonunun başlaması için geçen süre de büyük önem taşır. Demirler beton içinde mümkün olduğunca derine (en az 5 cm) konularak korozyonun etkisi azaltılmaya çalışılır. Ancak bir çok halde betonarme demirleri üzerinde bulunan beton tabakası kalınlığını (pas payını) çok fazla artırabilmek mümkün olmaz. Şekil-.6.11’de tuzlu su içinde bekletilen değişik su/çimento oranındaki betonlarda korozyon olayının başlaması için geçen süre görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



257


Şekil-6.11 Su / çimento oranının korozyonun başlama süresi üzerine etkisi

Şekilden görüldüğü üzere, klorür iyonu üstel bir fonksiyonla gittikçe azalan bir şekilde beton içine penetre olmaktadır. Örneğin su/çimento oranı 0,60 olan bir beton tuzlu su içinde bekletildiğinde, korozyon olayı 50 mm derinlikte yaklaşık olarak 80 günde başladığı halde, 75 mm derinlikteki betonarme demirlerinde korozyon olayının başlaması için en az 380 gün geçmesi gerekmektedir.. Bu süreler betonun sürekli olarak su altında bulunması hali içindir. Zaman zaman ıslanan ve kuruyan betonlarda korozyon olayı çok kısa süre içinde başlıyabilir.

Oksijen Difüzyonu

Atmosferdeki oksijenin beton içinde bulunan demir yüzeyine kadar ulaşması iki basamakta gerçekleşir. Önce oksijen beton boşluklarına girerek orada bulunan beton boşluk suyu içinde çözünür. Daha sonra difüzyon yoluyla çözelti içinde hareket ederek metal yüzeyine ulaşır. Şekil-6.12

Eğer beton kuru halde ise, bu durumda beton içinde bulunan boşluklar hava ile doludur ve metal yüzeylerine oksijen taşınması çok kolaydır. Beton boşluklarının su ile dolu olması halinde oksijenin çeliğe ulaşması için su içinde çözünmesi ve çözelti içinde difüzyon yoluyla hareket etmesi gerekir. Oksijenin hem su içindeki çözünürlüğü az, hem de çözelti içinde difüzlenme hızı çok küçüktür. Bu nedenle beton içine oksijen difüzlenme hızı, beton boşluklarının su ile dolu veya boş oluşuna göre çok farklıdır. Her iki halde de korozyon hızı beklenenden daha azdır. Betonarme demirlerinin korozyonu için hem suyun hem de oksijenin bulunması gerekir. Su ile doymuş haldeki betonlarda oksijen yetersizliği, kuru haldeki betonlarda da su yetersizliğinden korozyon hızında yavaşlama olur. Betonarme demirlerinin korozyonu beton boşluklarının yarıya kadar su ile dolu olması halinde, ya da zaman zaman ıslanıp kuruyan betonlarda maksimum değere ulaşır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



258


Şekil-6.12 Betonarme demirlerine atmosferden oksijen difüzlenmesi

Beton Kalitesi

Beton kalitesi artırılarak betonarme demirlerinin korozyon hızı azaltılabilir. Betonun permeabilitesi ve porozitesini azaltmak üzere her şeyden önce iyi bir agrega ve uygun bir granülometri seçilmelidir. Bunun dışında aşağıdaki önlemlerin de alınması gerekir.

Çimento cinsi ve dozajı : Çimento dozajı artırıldığında beton yoğunluğu artar ve porozitesi azalır. Kullanılan çimento cinsi de önemlidir. Puzolanlı çimentolar, beton boşluklarında bulunan serbest kireci silikat bileşikleri halinde bağlıyarak beton boşluklarını doldurur. Böylece beton permeabilitesinde azalma meydana gelir. Ancak puzolanların bu etkisi uzun süre içinde ortaya çıkar. Diğer taraftan puzolanlar serbest kireci bağlıyarak beton pH derecesinin düşmesine neden olur. Bu ise, korozyon hızını artırıcı yönde etki gösterir.

Su / çimento oranı : Beton karışımı içine bazı özel katkı maddeleri katılarak su/çimento oranı düşürülebilir. Böylece beton içindeki boşluklar minimuma indirilmiş olur. Çimentonun hidratasyonu için kimyasal olarak gerekli su miktarı % 30 dan daha azdır. Pratikte su/çimento oranı genellikle % 40-50 arasında alınır. Fazla su betonun boşluklu olmasına neden olur. Ayrıca beton karışımı içine hava katkı maddesi (AEA) katılarak beton içindeki boşlukların birbirinden bağımsız kapalı hücreler halinde oluşması sağlanabilir. Böylece beton porozitesinin zararlı etkileri azaltılmış olur.Beton dökümü ve kürü : Beton kalıplara yerleştirilirken, vibrasyon yapılarak tam olarak kalıp içine yerleşmesi sağlanmalıdır.Dökümden sonraki ilk günlerde, betonun içinde bulunduğu ortamın sıcaklığı ve relatif rutubeti beton kalitesi açısından büyük

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



259


önem taşır. Dökümden sonra sıcak ve kuru ortamlarda bekletilen betonlar uygun şekilde kristalleşemediklerinden boşluk yüzdelerinde artış meydana gelir.

Beton Rutubeti: Elektrokimyasal açıdan bakıldığında, beton rutubetinin korozyon üzerine iki şekilde etki yaptığı görülür. Her şeyden önce su korozyon hücrelerinin elektroliti olarak gereklidir. Rutubetin ikinci etkisi, betonun elektriksel direncini azaltıcı, yani iletkenliğini artırıcı olarak rol oynamasıdır. İyonik iletkenliğin yüksekliği korozyon hücrelerinin gelişmesini kolaylaştırır. Beton rutubeti (doygunluk yüzdesi) ile betonun özgül elektriksel direnci arasındaki bağıntı Şekil-6.13 de görülmektedir.

4.2 Şekil-6.13 Beton özgül elektrik direcinin rutubet derecesine göre değişimi

Şekilde su/çimento oranı 0,40 dan 0,70’e kadar olan betonların su ile doygunluk derecesine bağlı olarak rezistivite değerleri verilmektedir. Betonun su ile doygunluk derecesi arttıkca rezistivitesinin azalmakta olduğu görülmektedir. Doygun rutubetli bir betonun rezistivitesi 7000 Ohm.cm civarında olduğu halde, bu değer kuru halde bulunan bir betonda 106 Ohm.cm ‘ye kadar çıkmaktadır. Beton rezistivitesi 50000 Ohm.cm den daha yüksek olması halinde korozyon hızı pratik olarak önemsiz dereceye düşer. Bu koşullarda beton içinde klorür bulunması halinde bile betonarme demirlerinde etkili bir korozyon meydana gelmez.6.4-KOROZYONU BELİRLEMEK İÇİN YAPILANMUAYENE VE DENEYLER

Betonarme demirlerinin korozyonu sonucu meydana gelen içsel gerilmeler betonu çatlatır, hatta şiddetli korozyon halinde demirler üzerinde bulunan beton kabuk halinde kalkabilir. Ancak betonun bu görünüşü her zaman betonarme demirlerinin korozyonundan ileri gelmez. Betonların sülfat korozyonu ve alkali -agrega reaksiyonu

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



260


da benzer şekilde çatlamalara neden olabilir. Bu nedenle korozyon olayına kesin olarak karar verebilmek için betonarme demirlerinin potansiyelinin ölçülmesi ve beton içindeki klorür konsantrasyonunun belirlenmesi gerekir.

Betonarme Demirlerinin Potansiyelinin Ölçülmesi

Betonarme demirlerinin potansiyeli ASTM - C 876 ya göre ölçülür. Bu amaçla doygun bakır/bakır sülfat referans elektrodu kullanılır. Şekil-6.14

Şekil-6.14 Betonarme demirlerinin potansiyelinin ölçülmesi

Potansiyel ölçümü şöyle yapılır: Referans elektrodun betona iyice yapışması için temas yüzeyine ıslatılmış bir sünger bağlanır. Referans elektrot beton yüzeyinde demirin tam üzerine gelecek şekilde tutulur. Voltmetreden okunan değer beş dakika içinde en çok 20 mV kadar bir oynama yapmalıdır. Daha fazla değişme beton yüzeyinin kuru olmasından ileri gelir. Bu durumda beton yüzeyi ıslatılarak ölçüm yeniden yapılmalıdır. Deney sonunda elde edilen değerleri ASTM C-876 ‘ya göre değerlendirilerek betonarme demirlerinin korozyon durumu hakkında aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir.

Potansiyel değeri -200 mV dan daha pozitif ise, betonarme demirleri % 90 bir ihtimalle pasif halde bulunmaktadır.

Potansiyel değeri -350 mV dan daha negatif ise, betonarme demirleri % 90 bir ihtimalle korozyona uğramaktadır.

Potansiyel değeri -200 mV ile - 350 mV arasında bulunuyor ise, betonarme demirlerinin korozyona uğrayıp uğramadığı hakkında bir karar verebilmek mümkün değildir.

Beton pH derecesi ve Klorür Tayini

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



261


Beton içinde bulunan klorür konsantrasyonu biri asitte çözünen, diğeri suda çözünen olmak üzere iki şekilde tayin edilir. Klorür konsantrasyonu tayini için betondan numune alınış şekli sonuca etki yapar. Klorür konsantrasyonu yüzeyden itibaren derinliğe göre değişir. Bu nedenle numunenin alınmış olduğu derinlik büyük önem taşır. Beton bir breyz makinası ile delinerek belli derinlikten çıkan toz halindeki beton toplanır ve klorür tayini deneyi bu numune üzerinde yapılır. Toz halindeki beton numunesi asitte çözülerek klorür iyonları gümüş nitrat çözeltisi ile titre edilir. Böylece beton içindeki toplam klorür bulunmuş olur. Suda çözünen klorür konsantrasyonunu bulmak için, toz edilmiş betondan alınan bir miktar numune su içinde 24 saat bekletilir. Çözeltiye geçen klorür iyonları nötrü ortamda gümüş nitrat ile titre edilir.

Beton pH derecesi boşluk suyunun pH derecesini ifade eder. Boşluk suyu doygun kalsiyum hidroksit çözeltisi halindedir. Bu nedenle bir miktar damıtık su katılmakla pH derecesinde değişme olmaz. Pratikte beton pH derecesini ölçmek için, yukarda belirtilen şekilde toz haline getirilmiş beton, pH=7 olan damıtık su ile çamur kıvamına kadar ıslatılır ve pH ölçümü bu beton çamuru üzerinde yapılır.

Beton İçinde Bulunan Klorürün Temizlenmesi

Beton içine girmiş olan klorürü yüzeyden basınçlı su ile yıkayarak kısmen temizlemek mümkündür. Bu amaçla 10 MPa basıncındaki temiz su beton yüzeylerine püskürtülür. Bu su beton boşluklarına girerek orada bulunan klorür iyonlarını çözerek dışarı taşıyabilir.

Daha etkili bir klorür giderme yöntemi de elektrokimyasal olarak “iyon taşınması “ yöntemidir. Beton içinde bulunan serbest klorür iyonları, beton bloka dıştan bir potansiyel uygulanarak anot bölgesinde toplanabilir. Bunu sağlamak için betonun iki dış yüzüne ıslak sünger konularak birer metal plaka yapıştırılır. Bu iki elektrot arasından yüksek akım yoğunluğunda bir akım geçirilir. Örneğin bir kaç hafta süreyle 1-2 A/m2 yoğunluğunda doğru akım uygulanır. Bu durumda beton içinde bulunan klorür iyonları anot olarak kullanılan metal plaka altındaki süngerde toplanır. Bu yöntem klorür iyonlarını temizlemek açısından son derece etkili olmakla beraber, beton içinde alkali - agrega reaksiyonunu artırıcı etki yaparak betonarme demirlerinin adezyonuna zarar verip vermiyeceği henüz bilinmemektedir.

6.5 KOROZYONA KARŞI ALINACAK ÖNLEMLER

Betonarme demirlerinin korozyonuna neden olan bileşenler beton içine dışardan gelir. O halde porozitesi ve permeabilitesi düşük bir beton yapılarak betonarme demirlerinin korozyonu büyük ölçüde azaltılabilir. Veya beton çevresinden izole edilerek zararlı bileşenlerin özellikle klorür ve oksijenin beton içine difüzyonu tam olarak önlenebilir. Bu amaçla beton yüzeyleri geçirimsiz bir malzeme ile kaplanır veya boyanır. Beton permeabilitesini azaltmak veya beton yüzeylerini geçirimsiz hale getirmek amacıyla pratikte çeşitli yöntemler uygulanmaktadır.

Beton permeabilitesinin azaltılması

Düzgün bir granülometri ve düşük bir su/çimento oranı seçilerek beton permeabilitesi azaltılabilir. Döküm sırasında iyi vibrasyon yapılarak ve dökümden sonraki ilk günlerde kür koşulları ayarlanarak betonun geçirimsiz olması sağlanabilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



262


Beton yüzeylerinin polimer veya plastik ile kaplanması

Beton sertleştikten sonra yüzeylerine monomer halinde bir plastik madde sürülerek orada polimerleşmesi sağlanır. Bu yolla tam geçirimsiz bir tabaka elde edilebilir. Plastik maddenin beton yüzeyine sıkıca yapışmasını sağlamak için kaplamanın uygulanmasından önce vakum yapılarak beton boşlukları içinde bulunan su, buhar halinde uzaklaştırılır.

Portland çimentosu şerbeti ile kaplama:

Beton sertleştikten bir kaç gün sonra, beton yüzeyleri bir çimento şerbeti ile kaplanır. Çimento şerbeti tam geçirimsiz olmamakla beraber beton içine klorür difüzyon hızını büyük ölçülerde azaltır. Şekil-6.15 de yedi yıl deniz suyu ile dolu olan bir beton havuzun çimento şerbeti ile kaplamalı ve kaplamasız durumdaki betonlarında klorür konsantrasyonun mesafeye göre değişimi görülmektedir.

Pas payının artırılması :

Betonarme demirleri üzerindeki beton tabakası kalınlığı (pas payı) ne kadar fazla olursa betonarme demirleri korozyondan o derece iyi korunmuş olur. Betonarme demirleri genellikle yüzeyden 5,0 - 7,5 cm derine konur. Su altında bulunan bir beton içine difüzlenen klorür konsantrasyonu yüzeyden itibaren mesafeye bağlı olarak azalır. Eğer beton atmosferde bulunuyor ise, yüzeye yakın olan bölgede yağmur suları ile yıkanma olacağından bu bölgede klorür konsantrasyonu düşüktür.

Şekil -6.15 Beton içine klorür difüzyon hızının mesafeye göre değişimi (a) Kaplamalı betonda klorür difüzyonu (b) Kaplamasız betonda klorür difüzyonu

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



263


Zararlı Klorür limiti

Beton içinde ne miktarda klorür bulunması halinde betonarme demirlerinde korozyon olayının başlıyacağı tartışmalı bir konudur. Bu konuda literatürde farklı değerler bulunmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri Karayolları Laboratuvarlarında yapılan geniş kapsamlı araştırmalarda, beton içerisinde % 0,20 ‘den fazla klorür bulunması halinde betonarme demirlerinin korozyona uğrayacağı ortaya konulmuştur. Bu klorür beton içinde bulunan toplam klorürdür. Bunun yaklaşık olarak % 75’ ini suda çözünebilen klorür tuzları oluşturmaktadır. Yukarda verilmiş olan değerler normal betonlar içindir. Ön gerilmeli betonarme demirleri klorür etkisine normal betonlardan daha duyarlıdır. Ön gerilmeli betonlar için maksimum klorür limiti % 0,08 olarak verilmektedir.

Standartlarda verilmiş olan bu limit değerler çoğu zaman garanti sağlamaz. Çünkü difüzyon yoluyla beton bünyesine giren klorür iyonları beton içinde üniform biçimde dağılmaz.Yüzeyden derine doğru parabolik bir azalma gözlenir. Diğer taraftan beton yapısındaki farklılıklar nedeniyle klorür konsantrasyonu da yer yer farklılık gösterir. Bu farklılık iki betonarme demiri arasında konsantrasyon pili oluşmasına ve bunun sonucu olarak korozyon hızının artmasına neden olur. Yüzeye yakın olan betonarme demirleri rutubetli ve klorürlü halde iken, daha derinde olan demir kuru ve klorürsüz durumda olabilir. Bazı halde de beton içinde yukarıda verilen limit değerlerin çok üzerinde klorür iyonu bulunmasına rağmen betonarme demirlerinin korozyona uğramadığı görülür. Tam olarak kuru olan betonlarda klorür etkili olmaz. Korozyon olayının yürümesi için mutlaka suya ve oksijene ihtiyaç vardır. Yine ayni nedenle sürekli deniz suyu içinde bulunan betonlarda da oksijen yetersizliği sonucu korozyon hızı çok düşüktür. Bu nedenle betonarme demirlerinin korozyonuna yalnızca klorür konsantrasyonu ile karar verilmesi doğru olmaz. Betonarme demirlerinin korozyonu konusunda karar verilirken aşağıdaki hususlarında belirlenmesi gerekir.

Beton içindeki klorür iyonunun bağlı olduğu katyon, Klorürün beton içine pirizden önce veya beton sertleştikten sonra girmiş olduğu, Beton içinde klorürden başka örneğin sülfat gibi iyonların da bulunup bulunmadığı, Beton içinde bazı bölgelerde klorür konsantrasyon farkının bulunup bulunmadığı, Beton rutubeti ve pH derecesi.

Daha önce açıklandığı üzere, beton pH derecesi düşük olduğu zaman klorür iyonlarının betonarme demirleri üzerine zararlı etkisinde artış olmaktadır. Bu nedenle yalnız klorür konsantrasyonu için limit değer vermek yerine Cl- / OH- molar oranı için limit verilmesinin daha doğru olacağı ileri sürülmektedir. Yapılan deneyler betonarme demirlerinin korozyon hızının Cl- / OH- oranına bağlı olarak değiştiğini açıkca ortaya koymaktadır. Şekil -6.16

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



264


Şekil -6. 16 Betonarme demirlerinin korozyon hızı ile beton boşluk suyu içindeki Cl-/OH- oranı arasındaki bağıntı

Grafikten görüldüğü üzere, Cl- / OH- > 5 olması halinde korozyon hızında şiddetli artış olmaktadır. Bu değer, beton pH derecesinin 12,4 olması halinde yaklaşık olarak 3,6 kg Cl- / m3 betona ( % 0,16 kg Cl-/kg beton) karşı gelmektedir.6.6 -BETONARME DEMİRLERİNİN KATODİK KORUMASI

Beton içinde ne derece klorür bulunursa bulunsun, katodik koruma uygulanarak betonarme demirlerinin korozyonu tam olarak önlenebilir. Yeraltı ve su içinde bulunan beton yapılara olduğu kadar, atmosfer içindeki beton yapılara da katodik koruma uygulanabilir. Köprüler, iskeleler, otoparklar, tuzlu su taşıyan havuzlar ve ön gerilmeli beton borular gibi betonarme yapılara katodik koruma uygulanarak korozyon önlenebilmektedir. Betonarme demirlerine katodik koruma uygulanmasının, boru hatlarına yapılan katodik koruma uygulamasına göre bazı farkları vardır. Bunlar aşağıdaki şekilde özetlenebilir.

Betonarme demirleri kalıplara yerleştirilirken bağlantı noktaları kaynaklı değilse direnç oluşabilir. Bu direnç düşük voltajlı akımı taşımakta zorluk yaratır. Bu nedenle elektriksel bağlantıların yeterli olup olmadığı katodik koruma uygulanmadan önce deneysel olarak belirlenmelidir. Bağlantı kontrolü doğrudan direnç ölçülerek yapılabildiği gibi, beton yüzeyinden yapılan potansiyel ölçümleri ile de belirlenebilir. Ayni noktadan ölçülen iki ayrı betonarme demirinin potansiyelleri arasında 5 mV dan daha fazla fark bulunmaması halinde bağlantıların yeterli olduğuna karar verilir.

Betonun rezistivitesi özellikle kuru halde iken çok yüksektir. Atmosferde bulunan betonların bazı bölgeleri kuru halde, bazı bölgeleri de rutubetli olabilir. Bu durum katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesini güçleştirir. Ayrıca bazı bölgelerin aşırı korunmasına neden olabilir.

Normal betonlarda çeliğin aşırı koruma sınır değeri doygun bakır/bakır sülfat referans elektroduna göre -1150 mV , ön gerilimli betonlarda -950 mV dır. Bu nedenle bir anot ile çok dar bir bölge korunabilir ve çok sayıda anot kullanılması gerekir. Aşırı korumanın çeşitli sakıncaları vardır. Aşırı koruma sonucu katot bölgesinde hidrojen çıkışı olur. Bu ise betonarme demirlerinde hidrojen kırılganlığına yol açabilir. Diğer taraftan katot bölgesinde hidroksil iyonlarının artışı alkali - agrega reaksiyonuna ve beton ile çelik arasındaki aderansın azalmasına neden olabilir.

Yeraltı ve su altında bulunan beton yapılara uygulanan katodik korumalarda anotlar beton dışında olabilir. Atmosfer içinde bulunan betonlarda ise anotların beton içine konulması zorunludur. Bu durum pratikte çeşitli zorluklar yaratır.

Akım İhtiyacı ve Koruma Kriterleri

Betonarme demirlerine her iki katodik koruma sistemi de uygulanabilir. Beton rezistivitesi çok yüksek olduğundan ( genellikle 3000 -20000 Ohm.cm) atmosferde bulunan betonlarda zorunlu olarak dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi uygulanır. Yeraltında rutubetli ortamda ve deniz içinde bulunan betonlarda galvanik anotlu katodik koruma da uygulanabilir. Her iki halde de betonarme demirlerindeki anodik

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



265


reaksiyon tam olarak durur. Betonarme demirlerinde yalnızca oksijen redüksiyonu reaksiyonu yürür. O2 + 2H2O + 4 e- = 4 OH-

Dış akım uygulanarak anottan katoda elektron pompalanmış olur. Akım ihtiyacı

katot bölgesindeki oksijen redüksiyon hızına bağlıdır. Katot bölgesine oksijen difüzyonu önlenerek (örneğin beton yüzeyleri boyanarak) katodik koruma akım ihtiyacı azaltılabilir. Beton içinde klorür iyonları bulunması katodik koruma için hiç bir engel oluşturmaz. Ancak klorür iyonlarının fazlalığı demir yüzeylerini aktif hale getireceğinden katodik koruma akım ihtiyacını artırıcı rol oynar.Klorür iyonları zamanla anot yüzeyine taşınarak orada adsorbe olur. Şekil- 6.17

4.3 Şekil -6.17 Betonarme demirlerinin katodik korunması

Şekilden görüldüğü üzere, katodik koruma devresinden akım geçtikce betonarme demirleri çevresinde hidroksil iyonları oluşur. Bu iyonlar pH’ ı artırarak pasifleşmeyi kolaylaştırıcı etki yapar. Ancak betonarme demirleri yüzeyi ile beton ara yüzeyinde oluşan bu hidroksil iyonlarının alkali - agrega reaksiyonunu hızlandırıcı etki yapması beklenebilir.

Yukardaki açıklamalardan anlaşılacağı üzere, beton yapının özel durumu göz önüne alınmadan katodik koruma akım ihtiyacı için sabit bir değer verilmesi doğru olmaz. Akım ihtiyacını katot bölgesine olan oksijen difüzyon hızı ve beton içinde bulunan klorür iyonu konsantrasyonu belirler. Betonarme demirlerinin akım ihtiyacı, beton içinde bulunan klorür konsantrasyonuna bağlı olarak Tablo-6.1 de verilmektedir. Bu değerler atmosferde bulunan betonlar içindir. Su altı ve yeraltı beton yapılarda beton içine oksijen difüzyon hızı çok yavaş olduğundan katodik koruma akım ihtiyacı da azalmakta ve 1-2 mA/m2 yeterli olmaktadır.

Tablo- 6.1 Betonarme demirleri için katodik koruma akım ihtiyacı Beton içindeki klorür konsantrasyonukg Cl-/m3 beton % Cl- (kütlesel)(*) % Cl- Akım ihtiyacı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



266


(kütlesel)(**)

(çimentoya göre)(betona göre) mA/m2

< 0,6 < 0,16 < 0,025 01,20,3 0,050 5,53,00,8 0,125 116,01,6 0,250 16

(*) Çimento dozajının 375 kg/m3 olduğu kabul edilmiştir. (**)Beton yoğunluğu 2400 kg/m3 olarak alınmıştır.

Katodik Koruma Kriterleri

Betonarme demirlerine uygulanmış olan katodik korumanın gerçekleşip gerçekleşmediğini belirlemek üzere aşağıdaki kriterler kullanılmaktadır.

-770 mV Potansiyel Kriteri Zeminler ve doğal sular için verilmiş olan doygun bakır/ bakır sülfat referans

elektroduna göre -850 mV potansiyel kriteri, betonarme demirleri için -770 mV olarak alınabilir. Yani betonarme demirlerinin potansiyeli doygun bakır bakır sülfat referans elektroduna göre -770 mV veya daha negatif hale getirilirse korozyon önlenmiş olur. Potansiyelin -1150 mV dan daha negatif olması halinde de aşırı koruma söz konusu olur ve katotda hidrojen çıkışı başlar. Bilindiği gibi bu potansiyel değeri akım altında ölçülmektedir. Betonların rezistivitesi çok yüksek olduğu için beton yüzeyinden ölçülen bu potansiyel değerinde IR potansiyel düşüşünün göz önüne alınması gerekir. IR potansiyel düşüşü rezistiviteye bağlı olmakla beraber normal betonlarda 2mV/mm civarındadır. Betonarme demirlerinin 5 cm derinlikte olması halinde bu değer yaklaşık olarak 100 mV kadardır. Yani arazide yapılan ölçümlerde elde edilen potansiyel değerleri gerçek potansiyel değerinden en az 100 mV daha yüksek negatif bir değerdir. Bu nedenle katodik koruma ve aşırı korumanın belirlenmesinde yalnız akım altında ölçülen bu kritere göre karar verilmesi yanıltıcı olabilir.

300 mV Potansiyel Kayması

Bu potansiyel farkı betonarme demirlerinin akım altında ve akımsız olarak ölçülen potansiyel değerleri arasındaki farktır. Burada da akım altında ölçülmüş olan potansiyel değeri nedeniyle IR potansiyel düşüşünden kaçınılamaz.

100 mV Polarizasyon Kayması

Bu kritere göre betonarme demirlerinin negatif yönde en az 100 mV polarizasyon kayması yapacak şekilde katodik olarak polarize edilmesi gerekir. Bu değer akım kesildikten hemen sonra ölçülen potansiyel ile, denge potansiyeli arasındaki fark alınarak elde edilir. Bu kriterde her iki potansiyel ölçümü de akımsız halde yapıldığından IR omik düşüşünün hiç bir etkisi yoktur. Betonarme demirlerinin katodik korumasının belirlenmesinde en güvenilir kriter budur. Uzun süre akım altında bulunan katodik koruma sistemlerinde ölçüm kısa sürede gerçekleştirilebilir. Katodik koruma akımı kesildikten hemen sonra (off) potansiyel değeri okunur. Eğer yeni akım

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



267


uygulanıyorsa, bu durumda katodik polarizasyonun gerçekleşmesi için en az dört saat süre ile akım uygulamak gerekir.

Yapılan çalışmalar beton içinde yüksek oranlarda klorür bulunması halinde 100 mV’ luk polarizasyon kaymasının yeterli olmadığını ortaya koymuştur. Şiddetli korozif ortamlarda (yüksek korür oranı ve rutubet) korozyonu önlemek için en az 150 mV luk bir polarizasyon kaymasının gerekli olduğu belirlenmiştir. Aksine olarak eğer beton içinde 1,2 kg Cl- / m3 den az klorür varsa, bu durumda 60 mV luk bir polarizasyon kaymasının yeterli olacağı anlaşılmıştır. Beton içinde bulunan klorür konsantrasyonu ile polarizasyon kayması arasındakı bağıntı Tablo-6.2 de verilmektedir.

TABLO -6.2 Klorür konsantrasyonuna bağlı olarak minimum polarizasyon kayması

1 m3 Beton içindeki

klorür, kg Cl-/m3

Çimento göre,% Cl-(*)

Beton göre,% Cl-(**)

Polarizasyonkayması,mV

< 0,6 < 0,16 < 0,025 00,6 - 1,2 0,16 - 0,32 0,025 - 0,050 601,2 - 3,0 0,32 - 0,80 0,050 - 0,125 803,0 - 6,0 0,80 - 1,60 0,125 - 0,250 100

> 6,0 > 1,60 > 0,25 150 (*) Çimento dozajının 375 kg/m3 olduğu kabul edilmiştir. (**)Beton yoğunluğu 2400 kg/m3 olarak alınmıştır.

E - log i Grafiği İle Koruma Potansiyelinin Belirlenmesi

Katodik polarizasyon eğrisi çizilerek elde edilen E - log i grafiğinde lineer bölgenin başlamış olduğu potansiyel değeri deneysel olarak belirlenebilir. Bu eğriden potansiyel değeri ile beraber katodik koruma akım ihtiyacı da kesin olarak tayin edilebilir. Ancak bu deneyi arazi koşullarında yapmak oldukça güçtür. Tafel eğrisindeki lineer bölgenin sağlıklı olarak belirlenebilmesi için korozyon akımının en az 100 katı dış akım uygulayarak lineer bölgede en az üç noktanın yakalanması gerekir.Şekil-6.18. Pratikte bu kadar yüksek akımların uygulanması sorun yaratır.

Şekil-6.18 Betonarme demirlerinde E-log i polarizasyon deneyi

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



268


Katodik Koruma Uygulama Yöntemleri

Betonarme demirlerine katodik koruma uygulanması boru hatlarına katodik koruma ile aynı genel ilkeye dayanır. Ancak anot cinsleri ve montajı farklıdır. Bu konuda teknoloji henüz yenidir. Gün geçtikce yeni gelişmeler olmaktadır. Halen pratikte uygulanabilen dört yöntem vardır.

1) Demir Silikon Anotlar İle Katodik Koruma

Başlangıçta köprü betonlarına uygulanan katodik koruma sistemlerinde demir silikon anotlar kullanılmıştır. Anotlar beton üstüne serilen iletken bir tabaka içine konulmuştur. Bu tabaka 50 mm kalınlığında kok/asfalt karışımından oluşmuştur. Üst kısma 40-50 mm kalınlığında geçirimsiz bir beton dökülmüştür. Şekil -6.19

4.4 Şekil- 6.19 İletken tabaka yöntemi ile katodik koruma uygulanması

Bu yöntemin en büyük sakıncası kok tabakasının mekanik dayanımının azlığı nedeniyle yıpranmasıdır. Bunu önlemek için kok/asfalt tabakası içine kısmen kum katılarak dayanımı artırılmıştır. Anotlar iletken tabaka içine yaklaşık 7,5 m aralıklarla yerleştirilmiştir. Anot ömrü 10-20 yıl arasında değişmektedir. Bu yöntem yalnızca yatay konumdaki betonlara uygulanabilmiştir.

2 -İletken Polimer Kafes Anotlar İle Katodik Koruma

Bu anotları dikey konumdaki beton yüzeylere de uygulamak mümkün olmuştur. Başlangıçta platin kaplanmış niobyum tel kafesler kullanılmış ve üst kısımları harç ile sıvanmıştır. Şekil-6.20 Bu yöntemde karşılaşılan en büyük sorun, anot çevresinde oluşan asitlerin harç üzerine bozucu etki yapmasıdır. Bu sakıncayı gidermek için iletken

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



269


özelikte polimer kafesler ve harçlar kullanılmıştır. 500 mm x 250 mm boyutlarında kafesteli biçimli iletken polimer anotlardan 80 mA/m2 akım çekilebilmektedir. Bu anotlar 25-35 yıl akım üretebilmektedir.

Şekil-6.20 İletken polimer kafes anotlar ile katodik koruma

3-Oksit kaplı Titanyum Elek Anotlar İle Katodik Koruma

Titanyum üzerine metal oksit kaplanmış elek biçimli anotlar son yıllarda geniş şekilde kullanılmağa başlamıştır. Elekler 1 mm kalınlıkta tellerden oluşmuştur. Elek açıklıkları 100 mm x 50 mm dir. 1 m2 elek anottan 20 mA akım çekilebilir. Şekil-6.21

Şekil -6.21 Oksit kaplı titanyum anotlarla katodik olarak koruma

4 -İletken Boyalar İle Katodik Koruma

Özellikle deniz içi yapılarında ve beton iskele ayaklarının çırpıntı bölgesinde iletken tip boyalar anot olarak kullanılmaktadır. Akrilik polimerleri içine grafit tozu katılarak iletken bir boya ( mastik) elde edilmiştir. Bu boya su içinde çözünebilmekte fakat sertleştikten sonra sağlam bir tabaka oluşturmaktadır. Yaklaşık 400 m kalınlıkta uygulanan bu boya üzerine 3-5 m aralıklarla şerit anotlar yerleştirilmektedir. Anotların

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



270


boya üzerine tam olarak yapışması için cam lifi takviyeli plastik kapaklar kullanılmaktadır. Şekil-6.22

Şekil -6.22 Betonarme demirlerinin iletken boyalar ile katodik korunması

6.7 - ÖN GERİLİMLİ BETON BORULARIN KATODİK KORUNMASI

Ön gerilimli beton borular çelik sactan yapılmış bir silindirin dış yüzeyleri belli kalınlıkta harç ile kaplanarak üretilmektedir. Betonun buhar kürü yapılarak sertleştirilmesinden sonra dış yüzeylere gerdirilmiş çelik tel sarılmaktadır. Daha sonra çelik tellerin üst kısmı yeniden beton harcı ile kaplanmaktadır.

Ön gerilimli beton boruların normal betonlardan farkı, bu borularda bulunan çelik tellerin sürekli olarak gerilim altında olmasıdır. Bu nedenle ön gerilimli betonlarda stres korozyonu da söz konusudur. Stres etkisi nedeniyle dış yüzeye yakın bulunan çelik teller klorür etkisine daha duyarlıdır. İç kısımda bulunan çelik gövde klorür ve oksijen difüzyonu etkisinden uzak kaldığından ve stres de söz konusu olmadığından bu bölgede pasif halin bozulması söz konusu değildir.

Ön gerilimli beton borularda korozyon olayı dış yüze yakın olan gerdirilmiş çelik tellerde görülmektedir. Çevreden beton içine giren klorür iyonları ilk olarak bu teller ile karşılaşmaktadır. Bu açıdan bakıldığında bu boruların dış yüzeylerinin uygun bir malzeme ile kaplanması suretiyle korozyonu önlemenin mümkün olacağı düşünülebilir. Ancak tuzlu ve düşük rezistiviteli zeminler içinde bulunan ön gerilmeli beton borularda yalnızca kaplama yapılmasının yeterli olmıyacağı, kaplamanın bozuk olduğu bölgelerden beton içine zamanla girecek olan klorür iyonlarının zararlı etkisini önlemek için ayrıca katodik koruma uygulanmasının da gerekli olduğu ileri sürülmektedir.

Yeraltında bulunan bir ön gerilimli beton boruya hem galvanik anotlarla , hem de dış akım kaynaklı olarak katodik koruma uygulanabilir. Katodik koruma sistem seçiminde ekonomik faktörler yanında, ön gerilimli beton borular için çok önemli olan aşırı korumanın da göz önüne alınması gerekir. Daha önce açıklandığı üzere,beton içinde bulunan ön gerilimli bir çelik tel için aşırı koruma limit değeri doygun bakır/bakır sülfat referans elektroduna göre -1150 mV dur. Bu değerin aşılması halinde çelik üzerinde hidrojen çıkışı başlayacak, hidrojen kırılganlığı ve stres korozyonu söz konusu olacaktır. Bu açıdan bakıldığında dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin uygulanmasında çok dikkatli olunması gerektiği ortaya çıkar. Beton içinde çıplak halde bulunan çelik tellerin attenuation sabiti çok yüksektir. Böyle olunca dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde akım uygulanan noktalarda aşırı koruma tehlikesini önlemek için bir noktadan korunabilen boru uzunluğunun çok küçültülmesi gerekir. Aksi halde akım uygulanan noktalarda aşırı koruma meydana gelir. Hatta galvanik anot olarak mağnezyum anotların özellikle HP mağnezyum anotların kullanılmasının da anoda yakın bölgelerde aşırı koruma meydana getirmesi muhtemeldir. Çinko anotların potansiyeli maksimum -1100 mV olduğundan galvanik anot olarak çinko anotlar kullanılabilir.

Galvanik Anotlu Katodik Koruma

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



271


Ön gerilimli beton borulara galvanik anotlarla katodik koruma uygulanmasını bir örnek ile açıklıyalım. 1000 mm çapında öngerilimli bir beton borunun dış yüzlerine 4 mm çapında çelik tel 25 mm aralıklarla sarılmış ve çelik tellerin üst kısmı 25 mm kalınlığında beton harcı ile kaplanmış olsun. 3000 Ohm.cm rezistiviteli zemin içinde bulunan bu beton boruyu galvanik anotlu katodik koruma ile koruyalım.

Bu boruda bir noktadan korunabilen maksimum boru uzunluğu,

Ex = Eo e -ax

bağıntısı ile hesaplanabilir. Attenuation sabiti (a) şöyle hesaplanır.

a =

Burada , r : 1 m boru uzunluğunun elektriksel direnci, Ohm R : 1 m uzunluğunda borunun kaplama direnci,Ohm.m2 dir.

1 m borunun dış yüzeylerine 25 mm aralıklarla sarılan ön gerilimli çelik telin uzunluğu , L = d n = 3,14 x 1,00 x (1000/25) = 125 m dir. Bu telin uzunlamasına elektriksel direnci,

r = ( L/A) = 1,8 10-7 ( 125 / (0,002)2 3,14) = 1,8 Ohm

Çelik tellerin üzerine yapılmış olan 25 mm kalınlığındaki beton kaplamanın rezistivitesinin = 500 Ohm.m olduğunu kabul edelim. 1 m boru kaplamasının direnci, R = 500 x 0,025 = 12,5 Ohm.m2 olacaktır.Buna göre söz konusu boruda attenuation sabiti,

a = = = 0,38 m-1

Katodik korumada minimum potansiyel sapmasının 300 mV ve akım uygulanan noktada maksimum potansiyelin - 1100 mV olması için, Ex = 300 mV ve Eo = 800 mV olması gerekir. Bu durumda bir noktadan korunabilen maksimum boru uzunluğu, Ex = Eo e-ax

300 = 800 e - (0,38) x

x = 2,6 m (L = 2 x = 5,2 m) bulunur.

Bu değer çok küçüktür ve pratikte bu derece küçük aralıklarla katodik koruma uygulanamaz. Daha uzun boru parçalarına katodik koruma uygulayabilmek için, attenuation sabiti (a) nın yaklaşık 10 kat küçültülmesi gerekir. Bunun için ya borunun uzunluğuna direnci (r) 100 kat küçültülmeli , ya da boru dış yüzeylerine kaplama yapılarak kaplama direnci 100 kat artırılmalıdır. Pratikte her ikisi de uygulanabilir. Boru uzunluğuna direncini azaltmak için boru hattı boyunca (10 mm x 2 mm) boyutlarında bir bakır şerit bağlanabilir. Bakırın iletkenliği çok yüksek olduğundan (r) değeri küçülür ve attenuation sabiti a = 0,03 m-1 değerini alır.

Bakır şerit ile iletkenliği artırılmış olan boru hattında bir noktadan korunabilen boru uzunluğu, Ex = Eo e- ax

300 = 800 e - (0,03) x

x = 32,5 m bulunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



272


Orta noktadan her iki yöne doğru koruma yapılması halinde L = 2x32,5 = 65 m uzunluğundaki boru parçasının bir noktadan korunabileceği anlaşılır. Şekil -6.23

Şekil-6.23 Ön gerilmeli beton borulara galvanik anotlarla katodik koruma uygulanması

Boruyu yirmi yıl korumak için gerekli olan anot sayısı ve kütlesini hesaplamak üzere söz konusu zemin içinde betonarme demirlerinin akım ihtiyacının 2mA/m2

olduğunu kabul edelim. 65 m uzunluğundaki boru parçasındaki çelik tellerin yüzey alanı,

A = d L = 3,14 x 0,004 x 65x 125 = 102 m2

Koruma akımı,

i = 102 x 2,0 = 204 mAAnot olarak (3,5 cm x 3,5cm x 150cm) boyutlarında standart çinko anotları

kullandığımızı düşünelim Bu anotlardan 3000 Ohm.cm rezistiviteli zeminde ve anot yatağı dolgusu içinde 40 mA akım çekilebilir. O halde katodik koruma için minimum anot sayısı n = 204 / 40 5 adet dir. Bu anotların kütlesi 14 kg dır. Anot ömrü,

Anot Ömrü =

Anot Ömrü = 25 yıl olarak bulunur.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



273


BÖLÜM - 7 ÖRNEK KATODİK KORUMA PROJELERİ

Katodik korumanın teorik ilkeleri basit olmasına rağmen uygulamada çeşitli sorunlar ile karşılaşılabilir. Projelendirmede bütün teknik kurallara tam olarak uyulması gerekir. Ancak bunun yanında bilgi ve tecrübeye de ihtiyaç duyulur. Her yapının kendine özel durumu vardır. Bunların gözden kaçırılmaması gerekir. Bazı halde yanlış katodik koruma uygulaması hiç uygulama yapılmaması halinden daha kötü sonuçlar doğurabilir. Bu nedenle projelendirme aşamasında sistematik bir yol izlenmeli ve aşağıda liste halinde verilen hususlarn tam olarak uygulanmasına özen gösterilmelidir.

Ön etüd yapılarak korunması istenilen yapının boyutları ve çevrenin elektrokimyasal özellikleri belirlenir.

Galvanik anotlu veya dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinden hangisinin uygun olacağına karar verilir.

Çevrede bulunan metalik yapılar belirlenir. Boru hattı boyunca anaerobik ortamların bulunup bulunmadığı araştırılır. Katodik koruma ömrü belirlenir. Kaplama direnci veya katodik koruma akım ihtiyacı deneysel olarak belirlenir veya

tahmin edilir. Katodik koruma için gerekli olan toplam akım şiddeti hesaplanır. Galvanik anotlu sistemlerde anot sayıları ve yerleri belirlenir. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde anot yatağı cinsi (sığ veya derin

kuyu) olacağı belirlenir. Eğer derin kuyu anot yatağına karar verilmiş ise, kuyunun açılacağı yer, derinliği ve kuyu içine yerleştirilecek anot cinsi belirlenir.

Anot yatağı direnci hesaplanır. Anot ömrü belirlenir. Bağlantı kabloları cinsleri ve kesitleri belirlenir. Trafo-redresör ünitesinin doğru akım çıkış potansiyeli hesaplanır. Trafo-redresör ünitesinin kapasitesi ve yeri belirlenir. Trafo-redresör ünitesinin manuel veya otomatik olacağına karar verilir.

Bu genel kurallar dışında, katodik koruma uygulanan yapının özelliklerinden kaynaklanan bazı kriterler de söz konusu olabilir. Bunlar ancak örnek projeler ile açıklanabilir. Tipik proje olarak kitabın üçüncü bölümünde boru hatlarının , beşinci bölümde de iskele ayaklarının katodik koruması için, biri dış akım kaynaklı diğeri galvanik anotlu olmak üzere ikişer proje örneği verilmiştir. Bu bölümde, ham petrol depolama tankları iç taban yüzeyleri, yer üstü tanklarının dış taban yüzeyleri, çelik su kulesi, çelik içme suyu deposu, yeraltı tank çiftliği ve hava limanı yakıt dağıtım boru hatları gibi az raslanan tipte yapılar için katodik koruma proje örnekleri verilecektir.

7.1 HAM PETROL DEPOLAMA TANKLARI İÇ YÜZEYLERİNİN

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



274


KATODİK KORUMASI

Endüstride ham petrolü depolamak amacıyla silindirik biçimli çelik yerüstü tankları kullanılmaktadır. Bu tankların iç taban yüzeylerindeki korozyonu önlemek amacıyla tank tabanı yapım sırasında uygun bir malzeme ile kaplanmaktadır. Başlangıçta dayanıklı olan bu kaplama, akaryakıt yükü nedeniyle tank tabanında meydana gelen deformasyonlar sonucu zamanla bozulmakta ve yer yer çukur tipi korozyon olayı görülmektedir. Tank tabanlarının bozulmuş olan kaplamasının tamir edilmesi için tankın boşaltılması, tabanda toplanmış olan rüsubatın temizlenmesi ve eskimiş boyaların sökülerek, yüzey temizlendikten sonra yeniden kaplanması gerekmektedir. Bu işlemler hem güçlük yaratmakta, hem de işletme altındaki tankın uzun süre servis dışı kalması nedeniyle ekonomik olmamaktadır.

Ham petrol depolama tanklarının tabanlarında görülen korozyon, tank tabanında şiddetli korozif özellikte bir suyun toplanmasından ileri gelmektedir. Bu su, tankın içinde bulunan hava rutubetinin yoğunlaşmasıyla ve tanka petrol pompalanması sırasında balast suyu karışmasından kaynaklanmaktadır. Başta klorür olmak üzere aşırı miktarda çözünmüş tuzları ve çeşitli organik asitleri içeren bu birikinti sular tank tabanında çukur tipi korozyona neden olmakta ve zamanla kontrol edilemiyen delinmeler meydana gelmektedir. Pratikte korozyonu önlemek için, yapım sırasında tank tabanları kum püskürtme yöntemi ile temizlenerek çok iyi kalitede bir kaplama ile kaplanmaktadır. Ancak kaplama ne derece iyi yapılmış olursa olsun, işletme sırasında tank dolu ve boş halde iken tabanda oluşan deformasyonlar nedeniyle meydana gelen gerilmeler tabandaki kaplamanın kısa süre içinde bozularak koruma özelliğini kaybetmesine neden olmaktadır. Bu kaplama ancak beş- on yıl dayanmakta ve tank bakıma alındığında yeniden tamir edilmesi veya tamamen değiştirilmesi gerekmektedir. Son yıllarda tank tabanlarının cam lifi takviyeli fleksibil özellikte plastik kaplamalar ile kaplanmasının tabandaki deformasyonlara daha dayanıklı olacağı ileri sürülmüştür. Ancak bu tip kaplamanın uygulanması Sa- 2 ½ derecesinde bir yüzey temizliğini gerektirmektedir. Ancak tank tabanlarının bu şekilde tamiri tankın çok uzun süre servis dışı kalmasına neden olmaktadır. Bir tankın uzun süre servis dışı kalması, işletme kesikliğine ve büyük ekonomik kayıplara neden olmaktadır.Tank tabanlarının korozyon sorununun çözümünde hem pratik, hem de ekonomik açıdan en uygun yöntem, tank iç yüzeylerine yapılan uygun bir kaplama ile birlikte katodik koruma uygulanmasıdır. Böylece tank bakıma alındığında yeni bir kaplama yapılmasına gerek kalmadan yalnız katodik koruma uygulamasının yenilenmesi ile korozyonu kesin olarak önliyebilmek mümkün olabilmektedir. Bu uygulamalarda genellikle galvanik anotlu sistem kullanılmaktadır. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi petrol depolama tankları için tehlikeli olduğundan, ayrıca aşırı koruma halinde kaplama soyulmasına neden olacağından tercih edilmemektedir.

Galvanik anotlarla katodik koruma

Ham petrol içinde bulunan tuzlu sular ve balast suları petrolden daha yoğun olmaları nedeniyle zamanla tank tabanında toplanır. Düşük rezistiviteli olan bu sular galvanik anotların çalışması için uygun bir ortam yaratır. Bu tuzlu su içinde galvanik

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



275


anot olarak mağnezyum, çinko veya alüminyum anotlardan herhangi biri kullanılabilir. Anot seçiminde aşağıdaki faktörler göz önüne alınır.

Mağnezyum anotlar:

Mağnezyum anotlar ile çelik arasında 650-750 mV luk bir potansiyel farkı oluşur. Bu özelliği nedeniyle çeliği daha kısa sürede polarize edebilir. Yine bu nedenle mağnezyum anotlar yüksek rezistiviteli sular içinde de kullanılabilir. Ancak bu anotların akım verimleri % 50 civarındadır. Ayrıca akım kapasitesi de diğer anotlara göre daha düşüktür. Bu özellikleri nedeniyle mağnezyum anotlar ile uzun ömürlü katodik koruma yapılması güçleşir. Petrol depolama tankları 5-10 yıl aralıklarla bakıma alındığından bu kadar uzun süreler için galvanik anot olarak mağnezyum anotlar tercih edilmez.

Çinko anotlar :

Çinko anotların akım verimleri % 90 dan fazladır. Çinko anot ile çelik arasında 250 mV bir potansiyel farkı oluşur. Bu fark anotlardan istenilen şiddetde akım çekilmesini güçleştirir. Başlangıçta tank taban yüzeylerini polarize edebilmek için çok sayıda anot kullanılması gerekir. Çelik polarize oldukça anot katot arasındaki potansiyel farkı gittikce azalır. Böylece anottan çekilen akım otomatik olarak ayarlanmış olur.

Alüminyum anotlar :

İndium alaşımlı alüminyum anotlar ham petrol depolama tanklarının iç yüzeylerinin katodik koruması için en uygun galvanik anottur. Bu anotlar çeliğe karşı 250 mV potansiyel farkı yaratır. Akım verimi %90, akım kapasitesi 3,5 kg/A.yıl ‘dır. Bu özellikleri nedeniyle diğer galvanik anotlara göre daha ekonomiktir. Alüminyum anotlar ile tank tabanlarına 5-10 yıl süreli katodik koruma uygulamak mümkün olabilir.

(Mg + Al ) Dual anotlar :

Petrol depolama tanklarının iç taban yüzeylerinin katodik koruması için mağnezyum + alüminyumdan oluşan dual anotların kullanılması büyük avantaj sağlamaktadır. Mağnezyum anotlar yüksek potansiyelleri nedeniyle ilk önce devreye girerek çeliğin kısa sürede polarize olmasını sağlamaktadır. Çelik polarize olduktan sonra bu defa yüksek akım kapasiteli olan alüminyum anotlar devreye girmekte ve çeliği uzun süre katodik olarak korumaktadır. Birbirini tamamlıyan bu iki özellik nedeniyle Mg + Al den oluşan dual tipi anotlar tank tabanlarının katodik koruması için son derece uygundur. Mağnezyum ve alüminyum kütle oranları amaçlarına uygun olarak hesaplanmak suretiyle anot ömrünü 10 yıla kadar artırabilmek mümkün olabilir. Mg + Al dual anotların birbirini tamamlayan çift etkisi özellikle kaplamasız halde bulunan tank tabanlarının katodik koruması için ideal bir çözüm oluşturur. Mağnezyum anotlar başlangıçta çelik yüzeyinde bulunan oksit tabakasının redüksiyonu için gerekli olan nisbeten yüksek potansiyelli akımı sağlar. Böylece çeliğin potansiyeli kısa sürede koruma potansiyeline erişebilir. Alüminyum anotlar ise, çelik polarize olduktan ve mağnezyum anotlar bittikten sonra devreye girerek çeliğin uzun süre korumasını gerçekleştirir. Yalnızca magnezyum anot kullanılması halinde, uzun ömürlü katodik koruma yapabilmek, yalnız alüminyum anotlar kullanılması halinde ise, başlangıçta

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



276


çelik üzerinde bulunan pas tabakasını kaldırmak için gerekli olan yüksek akım yoğunluğuna erişmek son derece güçkür.

Dual Anotlarla Katodik koruma

Ham petrol depolama tankları 5-10 yıl aralıklarla bakıma alındığı için katodik koruma projelendiriilmesi de bu sürelere bağlı kalmak zorundadır. Bu amaçla en uygun galvanik anot, yüksek akım kapasiteli indium alaşımlı alüminyum anotlardır. Bu anotların 1 kg ‘ı ile tank tabanında yaklaşık 1,5 m2 lik alanı 10 yıl süre ile katodik olarak koruyabilmek mümkün olabilir. Ancak bu anotların çelik ile potansiyel farkı oldukca düşüktür. Oysa katodik korumanın başlangıç devresinde, tank taban yüzeyinde bulunan ince oksit tabakasının giderilmesi için yüksek potansiyelde bir akıma ihtiyaç vardır. Bu akım mağnezyum anotlardan sağlanabilir. Alüminyum ve mağnezyum anotların birlikte bağlanması halinde önce daha negatif potansiyelli olan mağnezyum, anot olarak devreye girer. Bu sırada alüminyum katot rolü oynar ve korozyona uğramaz. Mağnezyum tarafından katodik olarak korunur. Bu durum mağnezyum tam olarak harcanıp bitinceye kadar devam eder.

Katot reaksiyonu metal yapının durumuna bağlı olarak, ya hidrojen iyonunun redüksiyonu, veya paslı yüzeylerde bulunan demir -3 oksidin (Fe2 O3 ) demir -2 iyonu haline redüksiyonu şeklindedir.

2H+ + 2e- = H2

Fe2 O3 + 6H+ + 2e- = 2Fe2+ + 3H2 O

Bu iki katot reaksiyonundan ilk olarak daha yüksek pozitif potansiyel gerektiren demir -3 oksidin redüksiyonu meydana gelir. Yani pas tabakası tamamen giderilinceye kadar çeliğin potansiyelinde yükselme olmaz.

Katot yüzeyinde bulunan demir oksit filmi ancak yüksek akım yoğunluğunda indirgenebilir. Bunun için yaklaşık 70-120 A.saat/m2 akıma ihtiyaç duyulur. Bu akımın mağnezyum anotlar tarafından karşılanması uygundur. Dual anotlar içindeki mağnezyum kütlesi buna göre ayarlanır. Böylece katodun polarizasyonu hem kolaylaştırılmış , hem de süresi kısaltılmış olur.

Katodik koruma uygulandıktan sonra, demir -3 okidin redüksiyonu nedeniyle

başlangıçta anotlardan akım çıkışı maksimumdur. Demir oksit tabakasının giderek azalması ile birlikte akım da azalma, buna karşılık sistem potansiyelinde negatif yönde bir artış gözlenir. Bu durum magnezyum anotlar harcanarak devreden çıkıncaya kadar devam eder. Mağnezyum anotlar devre dışı kalınca sistem potansiyelinde pozitif yönde bir artış meydana gelir. Ancak bu noktada alüminyum anotlar devreye girerek potansiyelin koruma kriteri olan -0,850 Volt ‘ un üzerinde kalmasını sağlarlar.

Ham Petrol Depolama Tankı Katodik Koruması İçin Örnek Proje

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



277


50000 m3 kapasiteli bir ham petrol depolama tankı tabanının iç yüzeyleri Mg + Al ikili anot sistemi ile katodik olarak korunacaktır. Tank yaklaşık 10 yıl önce servise alınmış ve bakım amacıyla boşaltılmış durumdadır. Tank tabanında toplanmış bulunan yaklaşık 30 cm kalınlığındaki rusubat mekanik olarak temizlenmiştir. Tabanda bulunan kaplama tabakasının tam olarak bozulmuş olduğu ve tank tabanında yer yer oyulmalar meydana geldiği gözlenmiştir. Tank taban yüzeyleri ham petrol ile kirlenmiş ince bir oksit tabakası kalıncaya kadar mekanik olarak temizlenmiştir. Bu kirli yüzeyin kum püskürtme yapılarak yeniden kaplanması uygun görülmemiş ve gerekli tamirat yapıldıktan sonra doğrudan katodik koruma uygulanması yoluna gidilmiştir. Uygulanmış olan katodik korumanın temel parametreleri Tablo-7.1 de verilmektedir.

Hesaplamalar :

Söz konusu olan tank tabanları mekanik olarak temizlenmiş olmasına rağmen, yer yer pas tabakası taşıdığı ve kaplamasız durumda olduğu için katodik koruma akım ihtiyacı olarak 20 mA/m2 tahmin edilmiştir.

Katodik koruma akım ihtiyacı :

Taban yüzeyi için : i = 4345 x 0,020 = 86,9 A Yanal yüzeyler için : i = 140 x 0,020 = 2,8 AToplam : i = 89,7 A

TABLO 7-1 Ham petrol depolama tankı katodik koruma parametreleri

Özellikler DeğerlerTank Çapı 74,4 mToplam yüzey alanı 4345 m2

0,60 m yanal yüzey alanı 140 m2

Toplam korumalı yüzey alanı 4485 m2

Akım ihtiyacı 20 mA/m2

Koruma akımı 89,7 AKatodik koruma süresi 10 yılAlüminyum anot kütlesi 3694 kg Anot adedi , (38cm x11,7cm x11,3cm)

258 adet

Magnezyum anot kütlesi , (1,1 kg) 285 kgBir anotla korunan yüzey alanı 17,4 m2

Anodun etkili olduğu yarı çap 2,35 m

Katodik koruma ömrü, ikinci bakıma kadar geçecek süreyi kapsaması amacıyla 10 yıl olarak öngörülmüştür. 10 yıl koruma için gerekli olan alüminyum anot kütlesi :

Alüminyum anot kütlesi = = 3694 kg Al

Alüminyum anot olarak (38,0 cm x 11,7 cm x 11,3 cm) boyutlarında ve 14,3 kg ağırlığında standart alüminyum anotlar kullanılmıştır. Buna göre gerekli anot sayısı:

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



278


Alüminyum anot sayısı = 3694 / 14,3 = 258 adet

Taban yüzeyinde bulunan oksit tabakasının giderilmesi için 70 A.saat/m2 akımın yeterli olacağı kabul edilmiştir. Buna göre pas tabakasının giderilmesi için gerekli akım ve mağnezyum anot kütlesi :

4485 m2 x 70 A.saat/m2 = 313950 A.saat

Mağnezyum anot kütlesi = 313950 / 1100 =285 kg Mg

258 adet dual anodun her birinde bulunması gereken mağnezyum kütlesi : Mağnezyum = 285 / 258 = 1,1 kg

14,3 kg alüminyum + 1,1 kg mağnezyumdan oluşan ve ayni ayak üzerine monte edilmiş olan dual anotlar Şekil-7.1 ‘ de görülmektedir.

Şekil-7.1 ( Mg + Al ) Dual anotların tank tabanına bağlantısı

Şekilden görüleceği üzere, anotlar tank tabanına kaynak edilmiş 10 cm yükseklikte çelik ayaklar üzerine oturtulmuş ve anotların kolayca değiştirilmesini sağlamak amacıyla anotlar vida ile tutturulmuştur. İlk olarak harcanması öngörülen mağnezyum anotlar tabandan itibaren 4 cm yüksekliğe konulmuştur. Bağlantıların da katodik olarak korunacağı göz önüne alınarak bağlantı elemanlarına hiç bir kaplama yapılmasına gerek duyulmamıştır.

Anotların Dağılımı

258 adet dual anodun tank tabanına üniform olarak dağıtılmasını sağlamak üzere ilk olarak bir anot ile korunacak yüzey alanı ve etkili koruma çapı hesaplanmıştır.

Bir anodun koruyacağı yüzey alanı = 4485/258 = 17,4 m2

Anotlar arasındaki minimum uzaklık = 17 4, = 4,2 m

Anot etkili koruma çapı = 17,4 / = 2,35 m

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



279


Şekil-7.2 de görüldüğü gibi, 74,4 m çapındaki tank taban dairesi 4,2 m aralıklarla karelere bölünmüştür . Tank tabanında her karenin köşesine bir dual anot yerleştirilmiştir. Böylece bir anot ile r = 2,35 m çapında bir daire alanının korunması hedeflenmiştir.

Şekil-7.2 Anotların tank tabanına dağılımı

Ölçüm Sistemi

Katodik koruma kriterlerinin tank dışından sürekli olarak kontrol edilebilmesini sağlamak amacıyla tank içine zamanla gözenekleri petrol ile kapanmayacak şekilde düzenlenmiş bir sabit referans elektrot (SCE) monte edilmiştir. Referans anotlardan eşit uzaklıkta ve tank tabanına 10 cm yakın olacak şekilde monte edilmiş ve bir kablo ile dışarda bir ölçü kutusuna bağlanmıştır. Diğer taraftan, referans elektrot yakınındaki anotlardan biri tanka doğrudan bağlanmamış ve ayaklara izole flanşlar ile vidalanmış, anot-katot bağlantısı tank dışında bulunan ölçü kutusunda köprülenerek yapılmıştır. Bu ölçü sistemi ile anotlardan çekilen akım ile, tank / elektrolit potansiyelini periyodik olarak ölçmek mümkün olmuştur. Katodik korumanın başlangıç peryodunda (ilk iki ay) elde edilen akım ve potansiyel değerleri Şekil-7.3 de grafik halinde görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



280


Şekil-7.3 Anot akım çıkışları ve tank/elektrolit potansiyelinin zamana göre değişimi

Katodik koruma uygulanmasından sonra tank içine önce 30 cm yüksekliğe kadar su doldurulmuş daha sonra ham petrol pompalanmıştır. Potansiyel ve akım ölçümlerine ilk günden itibaren başlanmıştır. İlk 65 gün süresince elde edilen değerlerden aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır.

Katodik koruma uygulamasıından sonra ilk iki gün içinde tank potannsiyeli koruma kriteri olan olan -780 mV (SCE) değerini aşmıştır. Tank potansiyeli onuncu günde maksimum değere erişmiştir.

Magnezyum anotlardan ilk 10 gün içinde çok yüksek yoğunlukta yaklaşık 180 A.saat akım çekilmiştir. Bu akım tank yüzeyinde bulunan oksit tabakasının giderilmesi için kullanılmıştır.

Başlangıçta yaklaşık 50 mA/m2 civarında olan katodik koruma akım ihtiyacı 60 gün sonra yaklaşık üçte birine ( 17,5 mA/m2 ) düşmüştür. Bu durumda alüminyum anot ömrünün 10 yıldan daha fazla olması beklenebilir.

7.2 YERÜSTÜ TANK TABANLARININ KATODİK KORUMASI

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



281


Tankların zemine oturmuş olduğu bölgede meydana gelen korozyon tank için büyük tehlike yaratır. Korozyonu önlemek için yapım sırasında tankın oturacağı zemin özel şekilde hazırlanır. Tabana yeterli kalınlıkta kırma taş serilir. Üzerine temiz kum konularak sıkıştırılır, tankın oturacağı üst kısım ise, beton asfaltı ile kaplanır. Böylece tabanda su toplanması önlenmiş ve zeminin korozif etkileri azaltılmış olur. Ancak alınan bu önlemler ile korozyon kesin olarak önlenemez. Bunun için tank dış tabanlarına katodik koruma uygulanması gerekir.

Tank tabanlarına hem galvanik anotlarla, hem de dış akım kaynaklı olarak katodik koruma uygulanabilir. Hangi sistem uygulanmış olursa olsun pratikte karşılaşılan en büyük sorun, çevreye konulan anotlar ile tank tabanında üniform bir akım dağılımının sağlanamamasıdır. Yapılan uygulamalar, özellikle büyük çaplı tanklarda çevreden merkeze doğru gidildikçe önemli bir potansiyel farkının oluştuğunu göstermiştir. Bu durumda tank tabanı merkezinde istenilen potansiyel kriterine ulaşmak güçleşmektedir. Diğer taraftan, dışardan çevreye konulan referans elektrotlar ile, tank tabanı merkezindeki potansiyeli doğru olarak ölçmek mümkün değildir. Omik potansiyel düşüşünü önlemek için, referans elektrot potansiyeli ölçülecek yüzeye mümkün olduğunca yakın bir noktaya konulmuş olmalıdır. Bunun için yapım sırasında tank tabanı altına yüzeye yakın şekilde bir sabit referans elektrodun konulması gerekmektedir. Referans elektrot delikli bir boru içine konularak tank taban mekezine yerleştirilir. Referans elektrot kablosu ve tank dıştan ölçü kutusuna bağlanır. Şekil-7.4

Şekil-7.4 Tank tabanı merkezine sabit referans elektrot konulması

Sabit referans elektrot ancak yeni yapılan tanklara konulabilir. Halen işletmede olan tanklarda bu mümkün olmaz. Bu durumda tank tabanı merkezindeki potansiyel ölçülemez. Ancak çevreden merkeze doğru potansiyel düşüşü hesapla bulunabilir. Bu amaçla aşağıdaki formül kullanılır.

E =

Burada,

E :Tank kenarından (r) cm mesafede potansiyel değişimi,V

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



282


i : Katodik koruma akım yoğunluğu, A/cm2

: Zemin rezistivitesi , Ohm.cm r : Çevreden merkeze doğru uzaklık, cm dir.

Katodik koruma akım yoğunluğu ve zemin rezistivitesi arttıkca tank çevresi ile merkez arasındaki potansiyel farkında da artış olur. Örnek olarak, 72 m çapında bir tanka 1 mA/m2 (10-4 mA/cm2 ) yoğunluğunda katodik koruma akımı uygulamış olduğumuzu düşünelim. Zemin rezistivitesi 5000 Ohm.cm olsun. Bu durumda tank tabanı çevresi ile merkezi arasındaki potansiyel farkı,

E = 5000 = 900 mV

bulunur. Bu fark oldukça büyüktür. Tank merkezinde -0,850 Volt kriterinin sağlanması halinde çevrede potansiyel - 1,750 Volt’a ulaşacaktır. Aşırı korumadan kaçınmak için potansiyelin 1,5 Volt (CSE) den yukarıya çıkarılması istenilmez. Bu durumda da tank merkezinde potansiyel kriterine erişilemez. Bu sorunu çözmek ve tank tabanında üniform bir akım dağılımını sağlamak üzere pratikte çeşitli yöntemler uygulanmaktadır.

Tank Tabanı Dış Yüzeylerine Katodik Koruma Uygulama Yöntemleri

Tank tabanı merkezinde potansiyelin yeterli düzeye ulaşmasını sağlamak için anot sayısının, yerinin ve dağılımının iyi ayarlanması gerekir. Anotlar dört faklı şekilde yerleştirilebilir.

Birinci yöntem :

Anotlar tank tabanı çevresi boyunca tank tabanından yaklaşık 1,5-2,0 m uzaklıkta bir çember üzerinde düzgün aralıklarla dağıtılır. Anotlar yer yüzündün en az 1,5 m derinlikte çukurlar içine dikey olarak konur. Anot kabloları bir ring halkası ile transformatör-redresör ünitesinin (+) ucuna bağlanır. Şekil-7.5

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



283


Şekil-7.5 Tank çevresine dikey olarak konulan anotlarla katodik koruma

İkinci yöntem : Anotlar tank tabanı altına düzgün aralıklarla yatay olarak

yerleştirilir. Bu yöntem ancak yeni yapılan tanklara uygulanabilir. Şekil-7.6

Şekil-7.6 Tank tabanı altına yatay olarak yerleştirilen anotlarla katodik koruma

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



284


Üçüncü Yöntem : Zemin rezistivitesine bağlı olarak tankdan en az 100 m - 300 m uzaklıkta açılan bir derin kuyu anot yatağı ile tank tabanında üniform bir potansiyel dağılımını sağlanabilir. Bu yöntem bir tank çiftliğinde bulunan çok sayıda tankın korunması halinde ekonomik olabilir. Şekil-7.7

Şekil-7.7 Derin kuyu anotlar ile katodik koruma

Dördüncü yöntem : Yalnız bir tankın katodik olarak korunması halinde eğik anotlar ile katodik koruma daha ekonomik olur. Tank tabanına 45 derecelik bir açı ile eğik olarak yerleştirilen anotlar taban merkezindeki potansiyelin istenilen düzeye yükselmesini sağlıyabilir. Şekil-7.8

Şekil-7.8 Eğik anotlar ile tank tabanlarının katodik korumasıEğik anotları yerleştirmek için açılan anot çukurlarının boyu tank çapına bağlı

olarak, 7-10 m olabilir. Amaç anodun tank tabanı merkezine ve çevresine olan uzaklık farkını azaltmaktır. Bu yöntem ile tank tabanında üniform bir potansiyel dağılımı sağlanabilir. Şekilde görülen 36m çapındaki tanka 8 eğik anot ile yapılan katodik korumada tank tabanında çevreden merkeze doğru potansiyel değişimi şöyledir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



285


Ölçüm noktası ,m Potansiyel ,Volt (CSE)

0 (çevre) -1,492 1,5 -1,379 3,0 -1,291 4,5 -1,242 6,0 -1,183 7,5 -1,151 9,0 -1,127 10,5 -1,109 12,0 -1,097 13,5 -1,109 15,0 -1,109 16,5 -1,101 18,0 (merkez) -1,112

7.3 ÇELİK İÇME SUYU DEPOLARININ KATODİK KORUMASI

İçme sularının rezistivitesi oldukça yüksektir. Çelikten yapılmış içme suyu depolarının iç yüzeyleri uygun bir boya ile boyanarak uzun süre korozyondan korunabilir. Ancak dezenfektan olarak klor kullanılması halinde kaplamada mikro deliklerin bulunduğu noktalarda pas lekeleri oluşur. Bu noktalar, çukur tipi korozyonun başlaması için uygun bir ortam oluşturur. Bu nedenle çelik içme suyu depolarına yeterli bir kaplama yapıldıktan sonra bir de katodik koruma uygulanması gerekir.

İçme suları depolarının katodik korumasında özen gösterilmesi gereken iki husus vardır. Bunlardan birincisi, çözünerek içme suyuna zararlı iyon veren anotların kullanılmamasıdır. İkincisi, depo içine ölçüm, bakım ve tamir için hiç bir şekilde girilmemesi ve hijyenik koşullara özen gösterilmesidir. Kontrollar dıştan yapılmalı ve katodik koruma olabildiğince uzun ömürlü olarak projelendirilmelidir.

İçme suları yüksek rezistiviteli olduğu için katodik koruma sistem seçiminde ilk bakışta dış akım kaynaklı katodik koruma daha avantajlı görülür. Ancak iyi kaplama yapılmış su depolarında katodik koruma akım ihtiyacı çok düşüktür. Bu nedenle de galvanik anotlu katodik koruma daha avantajlı hale gelir. Buna ek olarak çelik içme suyu depolarına galvanik anotlu katodik koruma uygulamanın aşağıdaki avantajları da vardır.

Elektrik akımı sağlamak için özel hat çekilmesini gerektirmez. İşletme sırasında, bakım ve ayar gibi sorunları yoktur. Aşırı koruma ve buna bağlı olarak kaplama soyulması söz konusu değildir. Mağnezyum anotların çözünmesi sonucu oluşan Mg2+ iyonları içme suyu için hiç bir

tehlike yaratmaz. Yüksek potansiyelli mağnezyum anotlar rezistivitesi 10000 Ohm.cm ye kadar olan sular içinde kullanılabilir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



286


Bir Çelik İçme Suyu Tankına Galvanik Anotlarla Katodik Koruma Uygulaması İçin Örnek Proje

Silindir biçimli ve 5900 ton kapasiteli bir çelik su deposuna uygulanan katodik koruma projesinin parametreleri şöyledir.

Özellikler DeğerlerTank kapasitesi 5900 tonTank çapı 34 mTank yüksekliği 7 mMax. Su yüksekliği 6,5 mKaplama cinsi Coal tar epoksiAkım ihtiyacı 0,1 mA/m2

Suyun rezistivitesi 5000 Ohm.cmKatodik koruma sistemi Galvanik anotluGalvanik anot cinsi HP Mağnezyum anotKatodik koruma ömrü 20 yılDepoda suyun donması Hayır

Korunacak yüzey alanı :

Yanal alan : 34 x (3,14) x 6,5 = 694 m2

Taban alanı : (17)2x 3,14 = 907 m2

Toplam koruma alanı : 694 + 907 = 1601 m2

Koruma akımı: i = 1601 x 0,1 = 160 mA

Mağnezyum anot kütlesi :

Anot kütlesi =

Anot kütlesi = = 30 kg Mağnezyum

20 yıl süreli katodik korumaya yetecek kadar akımı üretmek için 30 kg mağnezyum anot yeterlidir. Ancak uygun sayıda ve büyüklükte anotlar seçilerek bu anotlardan 160 mA akımın çekilebilmesi gerekir. Burada iki seçenek söz konusudur. 9 lb ( 4,0 kg) standart mağnezyum anotların kullanılması halinde 30/4 8 adet anoda ihtiyaç vardır. Veya 17 lb (7,7 kg) mağnezyum anotlardan 30/7,7 4 adet kullanılmalıdır. Bu iki seçeneği ayrı ayrı inceliyelim : Paralel bağlanmış 9 lb’lik 8 anodun 1000 Ohm.cm rezistiviteli elektrolit içindeki direnci Şekil -3.36 da verilen tablodan R = 0,85 x 1,25 = 1,06 Ohm olarak okunur. Rezistivitenin = 5000 Ohm.cm olması halinde anotların toplam direnci R = 5000/100 (1,06) = 5,3 Ohm bulunur. O halde 8 anottan çekilen akım şiddeti, i = 900 / 5,3 = 170 mA olur. Buna benzer şekilde hesap yapılarak 17 lb’lik 4 adet mağnezyum anottan ancak 106 mA akım çekilebileceği bulunur. Bu durumda 20 yıl süreli katodik koruma için 9 lb’lik 8 anodun hem miktar olarak, hem de çekilebilen akım şiddeti olarak yeterli olacağı anlaşılır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



287


Anotların Dağılımı

Anotların yan duvarlardan 3,5 m uzakta olması uygundur. Bu durumda anotlar 27 m çapında bir çember üzerinde düzgün olarak ile dağıtılabilir. Şekil-7.9

Şekil-7.9 Su deposu içinde anotların dağılımı

Anotlar tank içine klora dayanıklı polipropilen iplerle asılmıştır. Böylece anot bağlantı kablolarının yük taşıması önlenmiştir. Anot kablosu olarak 8 RHW kesitli NYY kablolar kullanılmıştır.

Ölçüm Sistemi

Tank içine bir adet doygun bakır/bakır sülfat sabit referans elektrot konulmuştur. Referans elektrot anotlardan en uzak noktaya ve tank yüzeyine yakın olacak şekilde yerleştirilmiştir.Böylece potansiyel ölçümlerinde IR potansiyel düşüşü azaltılmıştır. Anot, referans elektrot ve tank bağlantıları tank dışında bulunan bir ölçü kutusu üzerinden yapılmıştır. Referans elektrot bağlantı kablosu ve ölçü kutusu şönt direnci toplamı 0,01 Ohm dan daha düşük tutulmuştur.

Katodik koruma uygulandıktan sonra ilk günlerde istenilen koruma potansiyeline erişilememiştir. -0,850 Volt potansiyel kriterine ancak bir ay sonra ulaşılabilmiştir.

7.4 ÇELİK SU KULESİNİN KATODİK KORUMASI

Özellikleri tablo-7.3 de verilen Şekil-7.10 da görülen çelik su kulesinin katodik koruması yapılacaktır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



288


Parametreler DeğerlerDepo kapasitesi 1800 m3

Ayak yüksekliği 35 mDepo çapı 17 mDepo toplam yüksekliği 12 mDepo içinde max. su yüksekliği 10,7 mDepo silindirik gövde yüksekliği 3,3 mOval kapak yüksekliği 4,2 mDepo ayak borusu çapı 1,5 mİç yüzey kaplaması KaplamasızSuyun ortalama rezistivitesi 4000 Ohm.cmKatodik koruma akım ihtiyacı 20 mA/m2 (tahmin)Katodik koruma sistemi Dış akım kaynaklıKatodik koruma ömrü 10 yılAnot cinsi (*) Demir silikon (HSCI)Suyun donması ihtimali Yok

(*)Yüksek akım ihtiyacı olan böyle bir katodik korumada oksit kaplı titanyum anotların kullanılması daha avantajlıdır. Ancak hesaplama tekniğini açıklamak amacıyla demir silikon anotlar seçilmiştir.

ÖRNEK: 1800 m3 kapasiteli bir çelik su kulesine dış akım kaynaklı olarak katodik koruma yapılacaktır. Depo iç yüzeyleri kaplamasızdır. Depolanan suyun rezistivitesi 4000 Ohm.cm dir. Depo içinde bulunan suyun kış mevsiminde donması söz konusu değildir. Bu depo 10 yıl ömürle katodik olarak korunacaktır

Su kulelerinin katodik korumasında en önemli husus akım ihtiyacının belirlenmesidir. Akım ihtiyacının deneysel olarak tayini hemen hemen mümkün

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



289


değildir. Bu ancak tahmin edilebilir. Bu projede suyun klorla dezenfekte edilmiş olduğu da göz önüne alınarak akım ihtiyacı 20 mA/m2 alınmıştır.

Şekil-7.10 Çelik su kulesi

Hesaplamalar

Korunacak yüzey alanı :

Su deposu silindirik biçimli olmasına rağmen alt ve üst tabanları elipsoid biçimlidir. Bu nedenle deponun ıslak yüzey alanı dört ayrı parça halinde hesaplanabilir

Depo üst kapağı yüzey alanı = 163 m2

Silindirik gövde yüzey alanı = 180 m2

Depo alt taban yüzey alanı = 362 m2

Ayak borusu yüzey alanı = 168 m2

Katodik koruma akım ihtiyacı:

Depo üst kapak akım ihtiyacı = 163 x 20 = 3260 mASilindirik gövde akım ihtiyacı = 180 x 20 = 3600 mADepo üst kapak ve gövde için toplam akım ihtiyacı = 6860 mADepo alt taban akım ihtiyacı = 362 x 20 = 7240 mAAyak borusu akım ihtiyacı = 168 x 20 = 3360 mA

Anot kütlesi:

Anot kütlesi =

Depo üst kapak ve gövde için gerekli anot kütlesi,

Anot kütlesi = = 103 kg

Depo tabanı için gerekli anot kütlesi,


Ayaklar için gerekli anot kütlesi:


Anot cinsi ve sayısı

Depo içinde anotların yüzeye 2 m uzaklıkta olması uygun bulunmuştur. Bu durumda anotlar 13 m çapında bir çember üzerine konulacaktır. Bu çemberin çevre uzunluğu 4 ‘ e bölünerek anot sayısı bulunabilir.

Anot sayısı = (13 x 3,14 ) / 4 = 10 adet Her noktada ayni ipe iki anot bağlanacağı göz önüne alınırsa, gövde yanal

yüzeyleri ve üst tavan için gerekli anot sayısı 20 adet olacaktır. O halde kullanılacak

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



290


olan demir-silikon anot kütlesi, 103 / 20 = 5,2 kg olmalıdır. Türk standardında verilen 5 kg lık (S-2) demir silikon anot boyutları 3 cm çap x 75 cm boy ve aktif yüzey alanı 820 cm2 dir. Bir anottan çekilebilen maksimum akım 400 mA dir. Bu durumda 5 kg lık 20 anottan 8000 mA akım çekilebilir.

Depo tabanı için 5 m çapında bir çember üzerine anotların 1,5 m aralıklarla yerleştirildiğini düşünelim. Depo tabanı için anot sayısı,

Anot sayısı = (5 x 3,14 ) / 1,5 = 10 adet

bulunur. Kullanılacak demir silikon anodun kütlesi ise , 109/10 = 10,9 kg olmalıdır.Türk standardında verilen 10 kg lık (S-5) demir-silikon anodunun boyutları 4 cm x 150 cm ve aktif yüzey alanı 1650 cm2 dir. Bir anottan 850 mA akım çekilebilir. Buna göre on adet anottan çekilebilen akım i = 10 x 850 = 8500 mA dir. Anotların cinsi ve depo içinde dağılımı Şekil-7.11 ve Şekil-7.12’de görülmektedir.

Şekil-7.11 Depo içinde anotların dağılımı

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



291


Ayak borusu içinde 60 cm uzunluğundaki anotları 1,5 m aralıklarla bağladığımızı düşünelim. Gerekli anot sayısı = 35 /2,1 = 17 adet olur. Anot kütlesi ise, 50/17 = 3 kg olmalıdır. Türk standardında verilen 3 kg lık demir silikon anotların (S-1) boyutları 3 cm çap x 50 cm boy ve aktif yüzey alanı 550 cm2 dir. Bu anotlardan 250 mA akım çekilebilir. 17 anottan çekilen akım 4250 mA dir

Şekil-7.12 Katodik korumada kullanılan demir silikon anotlar

Su kulesinde kullanılan anot cins ve sayıları şöyledir:

S-1 tipi demir-silikon anot (3 kg) = 17 adet ( 51 kg)S-2 tipi demir-silikon anot (5 kg) = 20 adet (100 kg)S-3 tipi demir silikon anot (10 kg) = 10 adet (100 kg)

Toplam = 47 adet (251 kg )

7.5 HAVA LİMANI YAKIT DAĞITIM BORU HATLARIKATODİK KORUMASI

18 yakıt alma istasyonu bulunan bir hava limanı yakıt dağıtım boru hattına katodik koruma uygulanacaktır. Boru hattında 10cm, 15cm, 20cm ve 25cm çapında borular bulunmaktadır. Şekil-7.13

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



292


Şekil-7.13 Hava limanı yakıt dağıtım boru hattı planı

Boru hattı özellikleri şöyledir:

1- Zemin rezistivitesi .................. : 5000 Ohm.cm2 -Boru kaplaması ....................... : Çift kat sargılı asfalt

3- Katodik koruma akım ihtiyacı .... : 1,25 mA/m2

4 - Katodik koruma ömrü .................: 15 yıl5 - Katodik koruma sistemi ..............: Galvanik anotlu6 - Galvanik anot cinsi ......................: Mağnezyum anot7 - Boru çapları ve uzunlukları .........: Tablo 7.2 de verilmektedir.

TABLO -7.2 Boru çap ve uzunlukları Boru çapı Uzunluğu,m Yüzey alanı, m2

10 cm lik dönüş toplama borusu

2 x 88 = 176 0,10x3,14x176 = 55

15 cm lik pompa giriş borusu 25 0,15x3,14x 25 = 1220 cm lik ana dağıtım borusu 2 x 88 = 176 0,20x3,14x176 = 11125 cm lik pompa çıkış borusu 25 0,25x3,14x 25 = 2015 cm lik yakıt dağıtım boruları

3 x 290 = 870

0,15x3,14x870 = 410

Her bir boru bölümü için katodik koruma akım ihtiyacı ayrı ayrı hesaplanır.

Yakıt dağıtım boruları için akım ihtiyacı = 410 x 1,25 = 513 mA

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



293


Ana dağıtım ve toplama boruları için akım ihtiyacı = 166 x1,25 = 208 mAPompa giriş ve çıkış boruları için akım ihtiyacı = 32 x 1,25 = 40 mAToplam akım ihtiyacı = 513 + 208 + 40 = 761 mA

15 yıl süreyle katodik koruma için gerekli olan minimum mağnezyum anot kütlesi,


Galvanik anot olarak 9 lb’lik (4 kg) standart paket mağnezyum anotlar kullanılacaktır. Buna göre tesisi 15 yıl korumak için minimum anot sayısı = 106/4 = 27 adet olmalıdır. Diğer taraftan anotlar en az 761 mA akım üretebillecek sayıda olmalıdır. Anotlardan çekilebilen akım bulmak için önce tek anot direncini hesaplıyalım. 9 lb’lik standart mağnezyum pakek anotlaların 5000 Ohm.cm zemin içindeki direnci,

Riç = = 0,7 Ohm

R = = 42,8 Ohm

RT = 42,8 + 0,7 = 43,5 Ohm

Bir anottan çekilen maksimum akım,

i = 750 / 43,5 = 17,3 mA

Katodik koruma için gerekli toplam anot sayısı = 761/ 17,3 = 44 adet

Zemin rezistivitesi yüksek olduğundan , 15 yıl süre ile katodik koruma için 27 adet anoda ihtiyaç olduğu halde gerekli akım şiddetini sağlamak için 44 adet 9 lb’lik standart mağnezyum anodun kullanılması gerekmektedir. Bu durumda katodik koruma ömrü,

Katodik koruma ömrü = = 25

yıl olacaktır.

44 adet anodun borulara dağılımı şöyledir:

Yakıt dağıtım boruları için = 513 /17,3 = 30 adet

Ana dağıtım ve toplama boruları için= 208 / 17,3 = 12 adet

Pompa çıkış ve giriş boruları için = 40/ 17,3 = 2 adet

Anotlar boru hattı boyunca eşit aralıklarla ve tekli olarak bağlanacaktır. Anot dağılımı şematik olarak Şekil-7.14 de görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



294


Şekil-7.14 Galvanik anotların boru hattına dağılımı

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma

Hava limanı yakıt dağıtım boru hattı katodik korunmasının galvanik anotlu olarak yapılması hem teknik hem de ekonomik açıdan uygundur. Ancak pratikte aşağıdaki sorunlar ortaya çıkmaktadır.

Hava limanında galvanik anotlar için yer bulmak son derece güçtür. Anotlar için ölçü kutusu konulamamaktadır. Herhangi bir arıza söz konusu olduğunda bakım ve onarım büyük sorun

yaratmaktadır.

Bu nedenlerle ekonomik olmadığı halde hava limanları yakıt dağıtım boru hatlarına dış akım kaynaklı katodik koruma uygulanması tercih edilmektedir. Benzer nedenlerle böyle durumlarda derin kuyu anot yatağı kullanılması uygun bulunmaktadır.

Katodik koruma akım ihtiyacı i = 0,761 x 1,5 1,0 Amper alınmıştır. Derin kuyu içinde çeşitli tip anotlar kullanılabilir. Ancak bu projede anot olarak, uzun ömürlü olmaları ve yüksek performansları nedeniyle oksit kaplı titanyum anotlar kullanılacaktır. Bu anotların en küçük tipi olan 1,6 cm çap x 50 cm boyunda zincir tipi anotlar tercih edilmiştir. Anot yatağı direnci olarak, akım ihtiyacının çok küçük olması nedeniyle Ra 4,0 Ohm olması uygun bulunmuştur. Anot yatağı direnci daha küçük seçilerek trafo-redresör doğru akım çıkış potansiyelini istenilen düzeye düşürmek mümkündür. Ancak bu durumda çok sayıda anot kullanılması gerekmekte ve ekonomik olarak uygun

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



295


olmamaktadır. Böyle bir derin kuyu anot yatağı tasarımı gerekli doneler verilerek bilgisayar yardımı ile yapılabilmektedir. Bilgisayara verilen bilgiler ve bilgisayar çıktısı aşağıda liste halinde verilmektedir.

Bilgisayara verilen derin kuyu özellikleri :

1 - Anot yatağı akım çıkışı ...................... 1 Amper2 - Zemin rezistivitesi ............................... 5000 Ohm.cm3 - Derin kuyunun çapı ............................. 220 mm4 - Derin kuyu inaktif bölge derinliği .......... 10 m5 - Anot yatağı dolgusu rezistivitesi ......... 50 Ohm.cm6 - Anot kablo uzunluğu ........................... 100 m7 - Anot yatağı maksimum direnci ............ 4,0 Ohm8 - Kullanılan anot tipi .................... ST-1.6-50Oksit kaplı titanyum

Bilgisayardan alınan derin Kuyu anot parametreleri :

Anot yatağı akım çıkışı .............................. 1 AmperZemin rezistivitesi ......................................... 5000 Ohm.cmKuyu çapı ...................................................... 220 mmİnaktif bölge derinliği ......................................10 m Anot yatağı dolgusu rezistivitesi .................. 50 Ohm.cmAnot kablosu uzunluğu................................. 100 mAnot yatağı direnci ...................................... 3,98 OhmRektifiye dc voltaj çıkışı ................................ 6,7 VoltKuyu aktif bölgesi derinliği ............................ 10,8 m Anot yatağı akım yoğunluğu ......................... 0,13 A/m2

Anot yatağı ömrü .......................................... 369 A.yılAnot yatağı dolgu hacmi ............................... 0,4 m3

Anot yatağı kok tozu kütlesi ......................... 369 kgAnot tipi ......................................................... ST 1,6/50 Anot sayısı ..................................................... 4 adetAnotlar arası uzaklık (merkezden-merkeze) .. 2,7 mBilgisayar kendisine verilen bilgileri kullanarak, minimum anot sayısını, trafo-

redresör doğru akım çıkış potansiyelini, minimum kuyu derinliğini ve anotlar arasındaki minimum mesafeyi tayin ederek en uygun derin kuyu tasarımını yapmaktadır. Bilgisayardan alınan teknik bilgiler aşağıda liste halinde ve derin kuyu anot yatağı görüntüsü Şekil-7-15 de görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



296


Şekil-7.15 Derin kuyu anot yatağı kesit görünümü

7.6 YERALTI TANK ÇİFTLİĞİ KATODİK KORUMASI

Yeraltına yeni konulmuş 8 tanktan oluşan bir tank çiftliğinin katodik koruması yapılacaktır. Tank boyutları Şekil-7.16 de görülmektedir.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



297


Şekil-7.16 Yeraltı çelik tankının boyutları

Proje Parametreleri : Özellikler DeğerlerTank çapı 3,6 mTank boyu 12 mTank sayısı 8 adetKaplama cinsi Bitüm kaplamaZemin rezistivitesi 3000 Ohm.cmKatodik koruma akım ihtiyacı

5 mA/m2

Katodik koruma ömrü 18 yılKatodik koruma sistemi Dış akım kaynaklıKullanılacak anot cinsi Demir-silikonTank çukuru derinliği 3 mBağlantı boruları 10 cm çap,180 m

uzunluk

Hesaplamalar

Korunacak yüzey alanı:

Yanal yüzey alanı = 3,6 x (3,14) x 12 = 136 m2

Taban alanları= 2 x (1,8)2 x 3,14 = 20 m2

Sekiz tankın toplam yüzey alanı = 8 x 156 = 1248 m2

Boruların yüzey alanı = 0,10 x 3,14 x 180 = 57 m2

Korunacak toplam yüzey alanı = 1248 + 57 = 1305 m2

Katodik koruma akım ihtiyacı = 1305 x 5 = 6525 mA

15 yıl korumak için gerekli minimum anot kütlesi :

Anot kütlesi = = 176 kg demir-silikon

Demir silikon anotlardan 7 adedi tanklar arasına yatay olarak konulacaktır. Akımın yaklaşık üçte biri bu anotlardan sağlanacaktır. Bu amaçla 10 kg lık demir silikon anotların kullanılması uygundur. Diğer anotlar 5 kg lık demir silikon anot olacaktır. Buna göre 5 kg lık anot sayısı, (176-70) /5 = 21 adet olacaktır.

Toplam anot kütlesi = 7 x10 + 21 x 5 = 175 kg

Tanklar arasına konulacak olan yatay anotlar tank ekseni ile taban düzeyinin tam ortasına gelecek şekilde yerleştirilecektir. Dik anotlar tanklardan 2 m uzaklıkta ve tank aralıklarına gelecek şekilde ( yaklaşık 4,6 m aralıklarla ) tankların çevresine üniform olarak dağıtılacaktır. Anot dağılımı şematik olarak Şekil-7.17 da görülmektedir. Tank boruları birbirine elektriksel olarak bağlantılı olacaktır. Böylece tanklar arasında interferans önlenecektir. Borular pompa bağlantılarında izole flanşlar ile ayrılmış olacaktır. Katodik koruma akımı yalnız bir trafo-redresör ünitesinden karşılanacaktır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



298


Anot Dirençlerinin Hesaplanması

Yatay anotların direnci,

Riç=

R =

Rt = 6,2 + 0,2 = 6,4 Ohm

Dikey anotların direnci,

Riç = = 0,6 Ohm

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



299


Şekil- 7.17 Anotların dağılımı

R =

Rt = 12,0 + 0,6 = 12,6 Ohm

10 kg lık 7 anot ve 5 kg lık 21 anodun paralel olarak bağlanması halinde toplam direnç aşağıdaki şekilde hesaplanabilir.

= = 2,76

Rt = 12,76

= 0,36 Ohm

4,5 m aralıklarla paralel bağlanmış 28 anodun interferans faktörü F= 1,5 olduğu göz önüne alınırsa anotların toplam direnci ,

RAnot = 0,36 x 1,5 = 0,54 Ohm olur.

Anot kablosu direnci, Rk = 180 x 1,8 10-3 = 0,32 Ohm

Tankların polarizasyon direnci Rkatot = 1,5 / 6,525 = 0,23 Ohm

Katodik koruma toplam direnci = 0,54 + 0,32 + 0,23 = 1,09 Ohm

Transformatör-redresör dc çıkış voltajı, E = IR + 1,7 = 6,525 x 1,09 + 1,7 = 8,8 Volt

% 60 T/R verimi göz önüne alınırsa, minimum 10 Amper ve 15 Volt’ luk bir transformatör -redresör ünitesi yeterli olacaktır.

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



300


EKLEREK – 1 Polietilen ile kaplanmış çelik borularEK – 2 Deniz suyu öz iletkenliğinin sıcaklık ve tuzluluğa göre değişimiEK – 3 Bakır kabloların doğru akım dirençleriEK – 4 Elektriksel direnç için sıcaklık faktörleriEK – 5 Türk standardı mağnezyum anot boyutlarıEK – 6 (a) Türk standardı çinko anot boyutları (Zemin için)EK – 6 (b) Türk standardı çinko anot boyutları (Deniz için)EK – 7 AZ-63 Mağnezyum anot boyutlarıEK – 8 HP Mağnezyum anot boyutları (NACE)EK – 9 Alüminyum anot boyutlarıEK –10 Mağnezyum anotların boru hatlarına bağlanma aralığıEK –11 Türk standardı demir-silikon anotlarEK –12 Standart demir-silikon anotlar (NACE)EK –13 Paralel bağlanmış anotların interferans faktörleriEK –14 Zemin içine dik olarak konulan tek anot direnciEK –15 Deniz suyu içinde kullanılan dış akım kaynaklı anot özellikleriEK –16 Platin kaplanmış titanyum anot boyutlarıEK –17 Bazı referans elektrotlara göre çelik yapıların koruma

potansiyeliEK –18 Dış akım kaynaklı anotların özellikleriEK –19 Oksit kaplı titanyum anotlar (LIDA)EK –20 Çelik çekme borular (AWWA C-202)EK –21 Kaynaklı çelik borular (AWWA C-202)EK –22 Çelik boruların uzunlamasına elektriksel direnciEK –23 Paralel bağlanmış (n) anodun direnciEK –24 Sınırsız uzunluktaki kaplamalı boru hatlarında bir noktadan

Korunabilen maksimum boru uzunluğuEK –25 Belli uzunluktaki kaplamalı bir boru parçasında bir noktadan

Korunabilen maksimum boru uzunluğu

EKLER

EK-1 POLİETİLEN İLE KAPLANMIŞ ÇELİK BORULAR (TS-5139)

Boru anma çapı (DN) Mm

Kaplama kalınlığı ,mm (normal kaplamalar)

Kaplama kalınlığı,mm (kalın kaplamalar)

DN < 100 1,8 2,5 100 < DN < 250 2,0 2,5 250 < DN < 500 2,2 3,0 500 < DN < 800 2,5 3,5 800 < 3,0 3,5

EK-2 DENİZ SUYUNUN ÖZ İLETKENLİĞİNİN SICAKLIĞA VE TUZLULUĞA GÖRE DEĞİŞİMİ ( Öz iletkenlik , : mho/cm )

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



301


Klorür Tuz

%o %o

0o C 5oC 10oC 15oC 20oC 25oC

1 1,8 1839 2134 2439 2763 3091 34312 3,6 3556 4125 4714 5338 5971 66283 5,4 5187 6016 6872 7778 8702 96584 7,2 6758 7845 8958 10133 11337 125835 9,0 8327 9653 11019 12459 13939 154716 10,8 9878 11444 13063 14758 16512 183247 12,6 11404 13203 15069 17015 19035 211218 14,4 12905 14934 17042 19235 21514 238689 16,2 14388 16641 18986 21423 23957 2657310 18,0 15852 18329 20906 23584 26367 2924211 19,8 17304 20000 22804 25722 28749 3187912 21,6 18741 21655 24684 27841 31109 3448913 23,4 20167 23297 26548 29940 33447 3707514 25,2 21585 24929 28397 32024 35765 3963815 27,0 22993 26548 30231 34090 38065 4218016 28,8 24393 28156 32050 36138 40345 4470117 30,6 25783 29753 33855 38168 42606 4720118 38,4 27162 31336 35644 40176 44844 4967719 34,2 28530 32903 37415 42158 47058 5212720 36,0 29885 34454 39167 44114 49248 5455121 37,8 31227 35989 40900 46044 51414 5694922 39,6 32556 37508 42614 47948 53556 59321

EK-3 BAKIR KABLOLARIN DOĞRU AKIM DİRENÇLERİ ( TS-212)Anma kesiti,mm2

En az tel sayısı

Bir damarlı kablo Ohm/km

Çok damarlı kablo Ohm/km

1,5 7 13,3 13,6 2,5 7 7,27 7,41 4,0 7 4,52 4,61 6,0 7 3,02 3,08 10 7 1,79 1,83 16 7 1,13 1,15 25 7 0,712 0,727 35 7 0,514 0,524 50 19 0,379 0,387 70 19 0,262 0,266 95 19 0,189 0,193 120 37 0,150 0,153 150 37 0,122 0,124 185 37 0,0972 0,0991 240 61 0,0740 0,0754 300 61 0,0590 0,0601 400 61 0,0461 0,0470

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



302


500 61 0,0366 0,0373 600 127 0,0283 0,0289 800 127 0,0221 0,0226 1000 127 0,0178 0,0179

EK-4 ELEKTRİKSEL DİRENÇ İÇİN SICAKLIK FAKTÖRÜ Rt = f x R25

Sıcaklık, oC Sıcaklık Faktörü , f -10 0,862 - 5 0,882 0 0,901 5 0,921 10 0,941 15 0,961 20 0,980 25 1,000 30 1,020 35 1,040 40 1,059

EK-5 TÜRK STANDARDI MAĞNEZYUM ANOT BOYUTLARI (TS-9234)

Anot tipi TS-No

a mm

B mm

l mm

Kütle kg

D mm

L Mm

M-1 30 30 970 1,6 130 1100 M-2 60 60 470 3 160 550 M-3 100 100 300 5 200 400 M-4 100 100 460 8 200 550 M-5 100 100 570 10 200 650 M-6 130 130 500 15 225 600 M-7 130 130 580 17 225 700 M-8 130 130 700 20 225 800

EK-6 (a) TÜRK STANDARDI ÇİNKO ANOT BOYUTLARI (Zemin için) (TS-9234)

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



303


Anot tipi TS-No

a mm

bmm

L Mm

Anot kütlesiKg

ÇZ-1 35 35 1020 9ÇZ-2 35 35 1520 13 ÇZ-3 51 51 1220 22 ÇZ-4 60 60 1220 32 ÇZ-5 102 102 915 67 ÇZ-6 10 18 Şerit anot 0,35 kg/m

EK-6 (b) TÜRK STANDARDI ÇİNKO ANOT BOYUTLARI (Deniz için) (TS-9234 )

Anot tipi TS-No

Anot boyutları , mm a b cde f

Anot kütlesi, kg BrütNet

ÇD-1 25030030 80 625 3,0 2,8 ÇD-2 30535532 77 625 5,1 4,6 ÇD-3 30035055150625 11,0 10,5 ÇD-4 75078015170625 13,0 12,0 ÇD-5 50055050125640 20,0 19,3 ÇD-6 500175 12550 640 20,019,3 ÇD-7 370400 28045 640 24,023,1

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



304


EK-7 AZ -63 MAĞNEZYUM ANOT BOYUTLARI(*) (NACE Standardı) (Zemin için)

KütleLb

Anot boyutları İnç (mm)

Paketlenmiş kütle, kg

Paketlenmiş boyutlar Mm

3 (1,36 kg)

3 x 3 x 5 ( 75x75x125)

3,63 130 x 200

5 (2,27 kg)

3 x 3 x 8 ( 75x75x200 )

5,90 130 x 280

9 (4,10 kg)

3 x 3 x 14 (75x75x350)

12,2 130 x 500

12 (5,47 kg)

4 x 4 x 12(100x100x300)

14,5 190 x 450

17 (7,71 kg)

4 x 4 x 17(100x100x425)

20,4 190 x 600

32 (14,5 kg)

5 x 5 x 20(125x125x500)

30,8 210 x 700

50 (22,7 kg)

7 x 7 x 16(175x175x400)

45,4 250 x 600

(*) AZ-63 mağnezyum anotların bileşiminde yaklaşık % 2,5 - 3,5 oranında çinko ve yaklaşık % 5,3 - 6,7 oranında alüminyum bulunur.

EK-8 HIGH POTENTIAL MAĞNEZYUM ANOT BOYUTLARI (NACE)Anot kütlesilb (kg)

Anot boyutları inç ( mm)

Paketlenmiş kütle, kg

PaketlenmişBoyutlar,mm

3 (1,36 kg) 3,75x3,75x5,0 ( 94x94x125)

5,4 150x250

5 (2,27 kg) 3,75x3,75x7,5 ( 94x 94x190)

7,7 150x300

9 (4,1 kg) 2,75x2,75x26 ( 68x68x650)

16 150x775

9 (4,1 kg) 3,75x3,75x13,25 (94x94x330)

12 150x425

12 (5,4 kg) 3,75x3,75x18 (94x94x450) 16 150x575 14 (6.4 kg) 3,75x3,75x21 ( 94x94x525) 19 160x650 17 (7,7 kg) 2,75x2,75x50

(68x68x1250) 27 150x1375

17 (7,7 kg) 3,75x3,75x26 (94x94x650 ) 20 160x725 20 (9,1 kg) 2,5x2,5x59,25

(62,5x62,5x1480) 32 125x1650

32 (14,5kg) 5,5x5,5x21 ( 137,5x137,5x525)

34 200x700

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



305


48 (21,8 kg) 5,5x5,5x30 (137,5x137,5x750 )

45 200x950

EK-9 ALÜMİNYUM ANOT BOYUTLARI (TS - 9234 )(Deniz içi yapılar için)

Anot Tipi

a mm

b mm

c mm

d mm

e mm

F mm

AnotKütlesi,kg

Al-1 380 50 117 33 6 40 3,8Al-2 380 50 117 53 6 40 6,5Al-3 380 50 117 64 6 40 7,7Al-4 265 50 178 65 6 25 8,0Al-5 380 50 117 74 6 40 9,0Al-6 380 50 117 79 6 40 9,6Al-7 420 50 211 45 6 50 9,6Al-8 360 70 254 60 6 25 13,5Al-9 168 70 295 120 6 25 13,5Al-10 219 70 280 102 6 25 13,5Al-11 380 70 117 113 6 40 14,3Al-12 380 70 117 123 6 40 15Al-13 380 75 117 139 6 40 17Al-14 765 75 112 115 12 40 26,5Al-15 738 75 112 115 12 40 31,2Al-16 1165 75 112 115 12 40 41

EK-10 MAĞNEZYUM ANOTLARIN BORU HATLARINA BAĞLANMA ARALIĞI,m (3000 Ohm.cm zemin içinde ) NACE TASK GROUP T-10 A - 16 (1995)

AZ-63Mağnezyum anot

KaplamaDurumu

Boru hattı çapı, mm5075 100150 200

9 lb 96 5 3 2,5 17 lb Çıplak

boru 11 8 6 4 3

32 lb (20 mA/m2)

12 9 7 4,5 3,5

48 lb 14 108 5 49 lb 180 120 90 60 47 17 lb Kaplamalı 235 15711878 61 32 lb (%95

etkili)255 17012885 67

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



306


48 lb 300 200150100 78

EK-11 TÜRK STANDARDI DEMİR SİLİKON ANOTLAR ( TS-5141)

Anot Tipi

Kütlesi kg

Çapı, (d) mm

Başlık çapı,(D) mm

Boyu (L) mm

Yüzey alanı cm2

S-1 3 30 40 500 550 S-2 5 30 40 750 820 S-3 6,4 30 40 1000 1100 S-4 5,5 45 50 500 880 S-5 10 30 40 1500 1650 S-6 11 60 80 500 1050 S-7 18 60 60 900 1700 S-8 28 60 80 1200 2650 S-9 43 75 100 1500 3757 S-10 45 100 100 800 1700 S-11 53,6 76 85 1520 3600

EK-12 STANDART DEMİR-SİLİKON ANOTLAR ( HSCI) Boyutlar İnç

Boyutlarmm

Kütle lb (kg)

Yüzey alanı cm2

Normal koşullardaçekilen akım,(*) A

1 x 60 25 x 1500 12 (5,4) 1300 0,5 2 ,2 x 24 55 x 600 13 (5,9) 1000 0,5 - 1,0 2,7 x 24 67 x 600 18 (8,2) 1300 0,5 - 1,0 1,5 x 60 38 x 1500 25

(11,4) 1900 1,0

2,2 x 60 55 x 1500 32 (14,5)

2600 2,5 - 3,0

2,2 x 42 55 x 1050 23 (10,4)

1900 1,5 - 2,0

2,7 x 42 67 x 1050 31 (14,1)

2200 1,5 - 2,0

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



307


2,0 x 60 50 x 1500 44 (20,0)

2400 1,5

2,7 x 60 67 x 1500 45 (20,4)

3200 2,3 - 3,5

2,2 x 84 55 x 2100 46 (20,9)

3700 3,0 - 4,0

3,8 x 60 95 x 1500 60 (27,2)

4600 3,5 - 5,0

2,7 x 84 67 x 2100 63 ( 28,6)

4600 3,5 - 5,0

3,0 x 36 75 x 900 80 (36,0)

2300 2,5 - 3,0

3,0 x 60 75 x 1500 110(49,9)

3700 4,0 - 6,0

4,5 x 60 115 x 1500

220(100)

5100 5,0 - 8,0

(*) Anottan çekilen akım içinde bulunduğu zemin direncine bağlıdır.

EK-13 PARALEL BAĞLANMIŞ ANOTLARIN İNTERFERANS FAKTÖRÜ ( TS -5141 , Rt = f ( R/n) )

Anot Anotlar Arasındaki mesafe

Sayısı 1,5 m 3,0 m 4,5 m 6,0 m2 1,087 1,042 1,026 1,0203 1,220 1,107 1,071 1,0534 1,316 1,156 1,102 1,0785 1,393 1,193 1,129 1,0966 1,453 1,224 1,149 1,1097 1,505 1,250 1,167 1,1248 1,553 1,274 1,182 1,136 9 1,587 1,293 1,194 1,142

10 1,623 1,309 1,206 1,152

EK-14 ZEMİN İÇİNE DİKEY OLARAK KONULAN TEK ANOT DİRENCİ( = 1000 Ohm.cm ) (*)

Anot 60 90

Anot

boyu, cm 180 210 240

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



308


çapı,cm

120 150

7,5 8,3 6,2 5,0 4,3 3,7 3,3 3,0 10 7,5 5,7 4,7 4,0 3,5 3,1 2,8 15 6,4 5,0 4,1 3,5 3,1 2,8 2,5 20 5,7 4,5 3,7 3,2 2,9 2,6 2,3 25 5,1 4,1 3,5 3,0 2,7 2,4 2,2 30 4,6 3,8 3,2 2,8 2,5 2,3 2,1 35 4,2 3,5 3,0 2,6 2,3 2,1 2,0 40 3,9 3,3 2,8 2,5 2,2 2,0 1,9

(*) Özgül elektrik dirence 1000 Ohm.cm den farklı olan zeminler içindeki anot direnci, R = ( / 1000 ) Ro bağıntısı ile hesaplanır.

EK-15 DENİZ SUYU İÇİNDE KULLANILAN DIŞ AKIM KAYNAKLI ANOTLARIN ÖZELLİKLERİ

Anot Cinsi

Bileşimi Yoğunlukg/cm3

Akım yoğunluğu,A/dm2

Max . Ortalama

Kütle kaybıg / A.yıl

Grafit %100 C 1,6 1,50,1 - 0,5 30 – 450 Demir- Silikon

%14 Si% 1 C

7,0-7,2 3,0 0,1- 0,5 90- 250

Kurşun- Gümüş

%1 Ag%6 Sb

11,2 3,00,5 -2,0 45 – 90

Kurşun - Gümüş

% 1 Ag%5 Sb%1 Sn

11,2 5,01,0 - 2,5 30 – 80

Titan - Platin Kaplama

TiPt

Ti : 4,5Pt : 21,45

> 100 6,0 - 8,0 10 mg/A.yıl

EK- 16 PLATİN KAPLANMIŞ TİTANYUM ANOT BOYUTLARI

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



309


Anot çapı İnç (mm)

Anot toplam boyu,İnç(mm)

Kaplanmış bölgeboyu, inç (mm)

Kaplama kalınlığı, m

Yüzey alanı Cm2

¾ ( 19) 20 (500) 6 (150) 2,5 - 5,0 90 ¾ (19) 12 (300) 3 (75) 2,5 - 5,0 45 ¾ (19) 23 (575) 9 (225) 2,5 - 5,0 135 ¾ (19) 20 (500) 9 (225) 2,5 - 5,0 135 ½ (12,7)

20 (500) 6 (150) 2,5 - 5,0 60

½ (12,7)

17 (425) 5 (125) 2,5 - 5,0 50

½ ( 12,7)

23 (575) 9 (225) 2,5 - 5,0 90

EK-17 ÇEŞİTLİ REFERANS ELEKTROTLARA GÖRE ÇELİK YAPILARIN KORUMA POTANSİYELLERİ , 25oC

Referans elektrot

Çeliğin katodik koruma Potansiyeli

Doygun bakır/bakır sülfat Referans elektroda göre fark

Kalomel elektrot (doygun) - 0,776 Volt - 850 - (- 776) = -74 mVGümüş/gümüş klorür, (0,1 N KCl)

- 0,822 Volt - 850 - (- 822 ) = -28 mV

Gümüş / gümüşklorür, (doygun) - 0,780 Volt - 850 - ( - 780 ) = - 70

mV

Saf çinko (*) + 0,250 Volt - 850 - ( 250 ) = - 1100 mV

Doygun bakır/bakır sülfat - 0,850 Volt -

(*) Söz konusu referans elektrot ile okunan potansiyele ilave edilecek potansiyel değeri

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



310


EK-18 DIŞ AKIM KAYNAKLI ANOTLARIN ÖZELLİKLERİÖZELLİKLER Platin kaplı

Titanyum Oksit kaplı titanyum

Demir-silikon HSI

Demir -silikon HSCI

Hurda çelik Kurşun-gümüş

Grafit

Kütle kaybı, Kg / A.yıl 8,6 10-6 4,8 10-6 0,25 - 1,0 0,25 - 1,0 9,0 0,09

0,1 - 1,0

Deniz suyu içinde Çekilen max akım A/m2

1000 1000 120 120 - 200 30

Tatlı sular içindeÇekilen max akım A / m2

- - 120 120 - - 2,5

Zemin içinde Çekilen max akım A / m2

-

- 60 60 5,0 - 10

Maksimum doğru akım voltajı,Volt 8 - - -

- - -

Özgül direnç Ohm.cm 10-6

48,2 48,2 72 72 17 25 700

Yoğunluğu, g/cm3 4,5 4,5 7 7 7,8 10,9 1,6

Kulanma yeri Deniz suyu tatlı sular

Deniz suyuZemin içinde(Kok tozu ile)

Tatlı sularda ve zemin içinde Deniz suyu ve

zemin içindeDeniz suyu ve zemin içinde

Yalnız deniz suyu içinde

Deniz suyu, tatlı su ve zemin içinde

1 document.doc

T.S E.D E.D. 14.02.2004

REV DESCRIPTION

PREPARED



311


EK-19 OKSİT KAPLI TUBULAR ANOTLAR (LIDA - De Nora Permelec S.P.A) Zemin ve tatlı su içinde kullanılan oksit kaplı titanyum anotlar ( 20 yıl ömür)

Anot cinsi Çapı, cm Boyu, cm Akım çıkışı, A 2,5 / 50 2,5 50 4,0 2,5 / 100 2,5 100 8,0 1,6 / 50 1,6 50 2,5 1.6 / 100 1,6 100 5,0

Deniz suyu içinde kullanılan oksit kaplı titanyum anotlar (15 yıl ömür)

Anot cinsi Çapı, cm Boyu, cm Akım çıkışı, A 2,5 / 50 2,5 50 25 2,5 / 100 2,5 100 50 1,6 / 50 1,6 50 15 1,6 / 100 1,6 100 30

Çamur içinde kullanılan oksit kaplı titanyum anotlar (20 yıl ömür)

Anot cinsi Çapı ,cm Boyu, cm Akım çıkışı, A 2,5 / 50 2,5 50 2-4 2,5 / 100 2,5 100 4-8

Head Quarter:Atatürk Cad. OSB. Fatih Sitesi 6/A 34670 Blok –İkitelli-İSTANBUL/TURKİYE Phone :+90312 485 40 07Fax :+90 312 485 40 42

Eng. Office :Kahraman Kadın sok. 3/1 GOP-ANKARA/TÜRKİYE Phone :+90312 446 20 05 Fax :+90 312 448 06 78E-mail :[email protected] Web :http://www.ergilmakina.com.tr

http://www.ergilmakina.com.tr/

mailto:%[email protected]


EK - 20 ÇELİK ÇEKME BORULAR ( AWWA C-202 )Boru anma çapı İnç (mm)

Dış çap mm

İç çapmm

Et kalınlığımm

1 m boru kütlesi kg / m

114,3 108,0 3,2 8,7114,3 106,4 4,0 10,8114,3 104,7 4,8 12,9114,3 103,2 5,6 16,1

4 ( 100 ) 114,3 102,2 6,0 16,0114,3 101,6 6,4 16,9114,3 100,0 7,1 18,9114,3 98,5 7,9 20,8141,3 133,3 4,0 13,4141,3 131,7 4,8 16,0141,3 130,2 5,6 18,6

5 (125) 141,3 128,2 6,6 21,8141,3 127,0 7,1 23,6141,3 125.5 7,9 26,1141,3 123,8 8,7 28,5168,3 158,7 4,8 19,2168,3 157,1 5,6 22,3168,3 155,6 6,4 25,3

6 (150 ) 168,3 154,0 7,1 28,2168,3 152,4 7,9 31,4168,3 150,8 8,7 34,3168,3 149,2 9,5 37,2219,0 200,5 4,8 25,1219,0 207,9 5,6 29,2219,0 206,4 6,4 33,3

8 ( 200 ) 219,0 205,0 7,0 36,8219,0 203,2 7,9 41,3219,0 202,7 8,2 42,5219,0 201,6 8,7 45,2219,0 200,0 9,5 49,2270,0 263,5 4,8 31,5270,0 261,9 5,6 36,6270,0 260,4 6,4 41,7

10 (250) 270,0 258,9 7,1 46,4270,0 257,5 7,8 50,9270,0 255,6 8,7 56,8270,0 254,5 9,3 60,2270,0 250,8 11,1 71,7






EK-20 ÇELİK ÇEKME BORULAR (Devam)Boru anma çapı

İnç (mm)Dış çap

mmİç çapmm

Et kalınlığımm

1 m boru kütlesikg / m

323,9 312,7 5,3 43,6323,9 311,1 6,4 49,7323,9 309,6 7,1 55,7323,9 308,0 7,9 61,8

12 (300) 323,9 307,1 8,4 65,1323,9 306,4 6,2 67,8323,9 304,8 9,5 73,7323,9 303,2 10,3 79,7323,9 301,6 11,1 85,6355,6 342,9 6,4 54,6355,6 341,3 7,1 61,3355,6 339,8 8,2 68,0

14 (350) 355,6 338,1 8,7 74,6355,6 336,6 9,5 81,2355,6 333,3 11,1 94,3355,6 330,2 12,7 107,3406,4 393,7 6,4 62,6406,4 392,1 7,1 70,3406,4 390,6 8,2 77,9

16 (400) 406,4 388,9 8,7 85,5406,4 387,4 9,5 93,1406,4 384,1 11,1 108,2406,4 381,0 12,7 123,2457,2 444,5 6,4 70,5457,2 442,9 7,1 79,2457,2 441,4 8,2 87,8

18 (450) 457,2 439,7 8,7 96,5457,2 438,2 9,5 105,0457,2 434,9 11,1 122,1457,2 431,8 12,7 139,1508,0 495,3 6,4 78,5508,0 493,7 7,1 88,1508,0 492,2 8,2 97,8

20 (500) 508,0 490,5 8,7 107,4508,0 489,0 9,5 117,0508,0 485,7 11,1 136,0508,0 482,6 12,7 155,0






EK-21 KAYNAKLI ÇELİK BORULAR ( AWWA C-202 ) Anma çapı İnç (mm)

Et kalınlığı mm

kütlesi kg/m

Anma çapı inç (mm)

Et kalınlığı Mm

Kütlesi kg/m

4 (100) 2,67 6,4 4,55 56,23,43 8,2 4,78 58,92,67 9,8 20 (500 ) 6,1 75,0

6 (150) 3,43 12,5 6,4 78,4

4,78 17,3 7,9 97,85,60 20,0 9,5 116,82,67 13,1 4,55 62,03,43 16,8 4,78 64,9

8 (200) 4,55 22,2 22 (550) 6,1 82,64,78 23,2 6,4 86,36,1 29,5 7,9 107,6

3,43 21,1 9,5 128,9 10 ( 250 ) 4,55 27,8 4,55 67,7

4,78 29,2 4,78 70,86,1 37,1 6,1 90,2

3,43 25,4 24 (600 ) 6,4 94,3 12 ( 300 ) 4,55 33,5 7,9 117,6

4,78 35,1 9,5 140,86,1 44,6 11,1 163,7

3,43 29,6 12,7 186,6 14 ( 350 ) 4,55 39,3 4,55 73,3

4,78 41,1 4,78 76,86,1 52,2 6,1 97,8

3,43 33,9 26 (650 ) 6,4 102,24,55 44,9 7,9 127,5

16 ( 400 ) 4,78 47,0 9,5 152,76,1 59,8 11,1 177,76,4 62,5 12,7 202,57,9 77,8 4,55 79,0

3,43 38,2 4,78 82,74,55 50,6 6,1 105,4

18 ( 450 ) 4,78 53,0 28 (700 ) 6,4 110,16,1 67,4 7,9 137,56,4 70,4 9,5 164,67,9 87,8 11,1 191,5






EK-21 KAYNAKLI ÇELİK BORULAR (Devam)Anma çapı inç (mm)

Et kalınlığı mm

Kütlesi kg /m

Anma çapı inç (mm)

Et kalınlığı mm

Kütlesi kg/m

12,7 218,4 6,4 2976,4 123,6 7,9 3707,9 154,6 9,5 443

30 (750 ) 9,5 185,4 11,1 51611,1 216,4 72 ( 1800 ) 12,7 58912,7 247,2 15,9 7366,4 148,9 19,1 8827,9 185,7 22,2 1030

36 (900 ) 9,5 222,6 25,4 117711,1 259,7 6,4 34512,7 296,4 7,9 43015,9 371,0 9,5 5156,4 163,8 11,1 6007,9 204,6 84 (2100 ) 12,7 685

40 (1000 ) 9,5 245,4 15,9 85511,1 285,7 19,1 102812,7 327,4 22,2 120015,9 410,5 25,4 13746,4 196,9 6,4 3697,9 246,4 7,9 4619,5 295,3 9,5 552

48 (1200 ) 11,1 344,3 11,1 64312,7 393,0 90 (2250 ) 12,7 73315,9 491,0 15,9 91619,1 590,0 19,1 11006,4 246 22,2 12867,9 308 25,4 14719,5 369 6,4 395

11,1 430 7,9 490 60 ( 1500 ) 12,7 490 9,5 589

15,9 613 11,1 68619,1 737 12,7 78222,2 861 15,9 97625,4 986 19,1 1173

22,2 137025,4 1568






EK-22 ÇELİK BORULARIN UZUNLAMASINA ELEKTRİKSEL DİRENCİ r = Ohm/m ( DIN - 2458)

Boru anmaçapı, mm

Dış çap mm

Et kalınlığımm

Kesit alanı mm2

Dış yüzey alanı,m2/m

Direnç, r Ohm/m

108 2,9 957 0,339 184 108 4,0 1310 0,339 136

100 108 5,0 1620 0,339 110 108 5,5 1770 0,339 101 108 6,0 1990 0,339 93 133 4,0 1620 0,418 110

125 133 5,5 2200 0,418 81 133 7,5 2960 0,418 60 159 4,0 1950 0,499 92 159 4,5 2180 0,499 82

150 159 6,0 2880 0,499 62 159 7,0 3340 0,499 53 159 8,0 3800 0,499 47 219 4,5 3040 0,688 59

200 211 5,5 3550 0,663 50 211 7,0 4490 0,663 40 211 9,0 5710 0,663 31 273 5,0 4540 0,858 42 264 5,5 4470 0,829 40 264 6,0 4860 0,829 37

250 264 7,0 5650 0,829 32 264 7,5 6040 0,829 30 264 8,0 6430 0,829 28 264 10 7980 0,829 22 324 5,6 5610 1,020 32 321 6,0 5940 1,008 30

300 321 7,0 6910 1,008 26 321 7,8 7620 1,008 23 321 9,0 8820 1,008 20 321 11 10710 1,008 17 356 5,6 6710 1,120 29

350 368 7,0 7940 1,156 23 368 8,0 9050 1,156 20 368 9,0 10150 1,156 18






EK-22 ÇELİK BORULARIN UZUNLAMASINA ELEKTRİKSEL DİRENCİ (Devam)r = Ohm/m ( DIN - 2458)

Boru anmaÇapı, mm

Dış çap mm

Et kalınlığımm

Kesit alanı mm2

Dış yüzey alanı, m2/m

Direnç, rOhm/m

406,4 6,3 7900 1,280 22 419 6,0 7780 1,316 23

419 7,0 9060 1,316 20 400 419 8,0 10330 1,316 17

419 9,0 11590 1,316 15 419 10 12850 1,316 14 419 11 14100 1,316 13 508 6,3 9950 1,590 18 521 7,0 11300 1,637 16

500 521 9,0 14480 1,637 12 521 10 16050 1,637 11 521 11 19190 1,637 9,3 609,6 6,3 11900 1,920 15 616 6,5 12450 1,935 14

600 616 7,0 13390 1,935 13 616 8,0 15280 1,935 12

616 11 20910 1,935 8,5 616 12 22770 1,935 7,8 711 7,1 15370 2,240 11

700 720 8,0 17890 2,262 10 720 10 22300 2,262 8,0

720 12 26690 2,262 6,7 812,8 8,0 20200 2,560 8,9

800 820 9,0 22930 2,576 7,8 820 10 25450 2,576 7,3 820 12 30460 2,576 5,9 914 10 28386 2,870 6,3

900 920 10 28590 2,890 6,3 920 12 34230 2,890 5,2 1016 10 31590 3,190 5,6

1000 1020 10 31370 3,204 5,6 1020 12 38000 3,204 4,7

EK-23 PARALEL BAĞLANMIŞ (n) ANODUN DİRENCİ

Anot çapı ( kok tozu dolgusu ile birlikte) : 40 cm Anot boyu ( kok tozu dolgusu ile birlikte) : 210 cm

Yeraltına konuş biçimi : Dikey konumda Anotlar arası mesafe : 6 m






ÖRNEK : 16 adet anot 6 m aralıkla 3000 Ohm.cm rezistiviteli zemin içine dikey konumda paralel olarak bağlanmış olsun. Bu anot yatağının toplam direnci yukarda verilen grafikten R = 0,5 Ohm olarak okunur.

Bu anot yatağının toplam direnci aşağıdaki bağıntı ile hesap yoluyla da bulunabilir.

R = /2L n Ln 8L/d - 1 + 2L/s Ln 0,656 nR = 3000 / 6,28(210)(16)Ln 8x210/40 - 1 + 2 (2,1)/6 Ln 0,656(16)

RT = 0,6 Ohm






EK- 24 SINIRSIZ UZUNLUKTAKİ KAPLAMALI BORU HATLARINDA BİR NOKTADAN KORUNABİLEN MAKSİMUM BORU UZUNLUĞU( Et kalınlığı 0,25 inç ( 6,35 mm) olan çelik borular için )

IA = Uygulanan dış akım , Amper Eo = Akım uygulanan noktada boru/zemin potansiyeli değişimi, VoltEx = (x) feet uzaklıkta boru/zemin potansiyelindeki değişim, Voltg = Boru kaplaması elektriksel iletkenliği, mhos/ft2

D = Boru çapı, inçx = Akım uygulanan noktaya olan uzaklık, feet

ÖRNEK : Dış çapı 30 inç ( 75 cm) olan kaplamalı bir çelik boru hattının kaplama iletkenliği 100 mhos/ft2 dir. Sınırsız uzunlukta olan bu boru hattına bir noktadan akım uygulanması halinde kaç metre uzunluğundaki boru katodik olarak korunabilir? ( E0 = 1,2 Volt , Ex = 0,3 Volt alınabilir. Eo/Ex = 4 )

Grafikten g = 100 eğrisi ile Eo /Ex = 4 eğrisinin kesim noktası bulunarak, bir yöne doğru korunabilen boru uzunluğu x = 26000 feet ( 7800 m ) elde edilir. Akım ihtiyacı, (IA / D )x ( 0,3/ Ex) = 0,58 bağıntısından IA = 17,4 A olarak hesap edilir.






EK- 25 BELLİ UZUNLUKTA KAPLAMALI BİR BORU PARÇASINDA BİR NOKTADAN KORUNABİLEN MAKSİMUM BORU UZUNLUĞU (Et kalınlığı 0,25 inç ( 6,35 mm) olan çelik borular için)

IA = Uygulanan dış akım , Amper Eo = Akım uygulanan noktada boru/zemin potansiyeli değişimi, VoltET = (L) feet uzaklıkta boru/zemin potansiyelindeki değişim, Voltg = Boru kaplaması elektriksel iletkenliği, mhos/ft2

D = Boru çapı, inçL = Boru parçasının uzunluğu , feet

ÖRNEK : Dış çapı 30 inç ( 75 cm) olan kaplamalı bir çelik boru hattının kaplama iletkenliği 100 mhos/ft2 dir. 26000 feet (7800 m ) uzunlukta olan bu boru parçası bir uçtan akım uygulanarak katodik olarak korunmaktadır. ET=0,3 Volt olması için akım uygulanan noktada E0 = ? Volt olmalıdır ?

Grafikten g = 100 eğrisi ile L = 26000 feet doğrusunun kesim noktası alınarak ( Eo / ET) = 2 okunur. Bu bağıntıdan E0 = 0,6 Volt bulunur.






KAYNAKLAR

1. ASHWORTH,V., BOOKER , C.J.L. Cathodic Protection , Theory and Practice, Ellis Horwood Limited , Chichister, 1986

2. JONES, D.A. , Principles and Prevention of Corrosion , Mac Millan Pub. Co. Newyork, 1992

3. PEABODY,A.W., Control of Pipeline Corrosion , NACE ,Houston,1967

2 PARKER, M.E., PEATTİE,G.E, Pipeline Corrosion and Cathodic Protection , Third edition, Gulf Publishing Co , Houston, 1995

5. SHREIR,L.L., Corrosion Vol.-1 ve Vol.-2 , Newnes Butterwords , 1977

3 APPLEGATE, L.M., Cathodic Protection ,Mc Graw Hill Book Co. , 1960

4 UHLIG, H.H., Corrosion and Corrosion Control , John Wiley and Sons,4.2 Newyork ,1971

8. LA QUE, F.L., Marine Corrosion Causes and Prevention, John Wiley and4.3 Sons, Newyork, 1975

9. MATTSSON,E., Basic Corrosion Technology For Scientists and Engineers,4.4 John Wiley and Sons, 1989

5 ENLOE, L., Practical Corrosion Control Methods for Gas Utility Piping, NACE TASK Group T-10A-16 , Houston, 1995

6 ENGELMANN,H., Gas Pipelines, Die Bibliothek der Technik Vol-122, Pipeline Engineering Gmbh , Essen, 1996

7 12. FONTANA, M.G. ve GREENE , N.D., Corrosion Engineering , Mc Graw Hill Book Co. ,Newyork, 1967

8 MORGAN.J.H., Cathodic Protection, NACE ,Houston, 1985

14. MUNGER,C.G., Corrosion Prevention by Protective Coating, NACE8.2 Houston ,1984

9 McNAUGHTON,K.J., Materials Engineering , Vol-I Selecting Materials For Process Equipment, Vol-II Controlling Corrosion in Process Equipment McGaw Hill Pub. Co. Newyork, 1980

10 SCHRIDBER,C.F., Sacrificial Anodes: Factors Affecting Performance, Oronzo De Nora. S.A. Bioggio, 1987

11 BAECKMANN, W., Pipeline Engineering , Taschenbuch für den Kathodischen Korrosionsschutz, Vulkan-Verlag-Essen, 1983

18. METALS HANDBOOK, Corrosion Vol-13 , ASME , Metals Park,12 Ohio, 1961

19. ACI COMMİTTEE REPORT, Corrosion of Metals in Concret e, ACI






13 Journal, January - February, 1985

14 20 .GREEN, M.M., Cathodic Protection Design , A.F. Manual 88-4515 Washington, 1983

21 SPELLER, F.N., Corrosion Causes and Prevention, Mc Garw Hill Book16 Co. Newyork, 1951

17 22. UHLIG, H.H.,TheCorrosion Handbook, John Wiley and Sons,Newyork, 1971

18 23. ASHWORTH,V.,GOOGAN,C., Cathodic Protection, Theory and Practice, Ellis Horwood Pub. 1993

19 24. .BRITISH STANDARD, Cathodic Protection, BS 7361, Part-I , 1991

20 25.TS-5141, Yeraltı Çelik Boru Hatlarının Katodik Korunması Kuralları, Türk Standartlar Enstitüsü, Nisan 1987

21 26. TS-9234 , Katodik Koruma, Galvanik Anotlar, Türk Standartlar Enstitüsü, Nisan,1991

22 27. TS- 5139, Çelik Boruların Polietilen İle Kaplanması Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Nisan 1987





Documents

KATODİK KORUMA