katodik koruma sistemleri yeni uygulamalar ve ekonomik analiz cathodic protection systems new...
TRANSCRIPT
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
1/176
YILDIZ TEKNK NVERSTES
FEN BLMLER ENSTTS
KATODK KORUMA SSTEMLER, YEN UYGULAMALAR VEEKONOMK ANALZ
Elektrik Mhendisi Emre METN
FBE Elektrik Mhendislii Blm Elektrik Tesisleri Programnda Hazrlanan
YKSEK LSANS TEZ
Tez Danman : Yrd. Do. Dr. Ferit ATTAR (Yldz Teknik niversitesi)
STANBUL, 2007
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
2/176
ii
NDEKLER
Sayfa
SMGE LSTES .......................................................................................................................vi
KISALTMA LSTES ..............................................................................................................vii
EKL LSTES ......................................................................................................................viii
ZELGE LSTES ...................................................................................................................xi
NSZ.....................................................................................................................................xii
ABSTRACT ............................................................................................................................xiv
GR 15
1. KOROZYON......................................................................................................... 15
1.1 Korozyon Reaksiyonlar ........................................................................................151.2 Korozyon Hcresi Ve Akm .................................................................................161.3 Nerst Skalas ..........................................................................................................161.4 Korozyona Etki Eden Parametreler ....................................................................... 181.5 Korozyon Tipleri ...................................................................................................201.5.1 Korozyon Hcreleri(Korozyon Tipleri).................................................................201.5.1.1 Farkl evreler.......................................................................................................201.5.1.2 Oksijen Konsantrasyonu:....................................................................................... 201.5.1.3 Nemli/Kuru Elektrolitler: ......................................................................................211.5.1.4 Homojen Olmayan Toprak ....................................................................................221.5.1.5 Beton / Toprak Ara yzeyi ....................................................................................221.5.1.6 Dolgu Katks:........................................................................................................231.5.1.7 Biyolojik Etkiler: ................................................................................................... 231.5.1.8 Galvanik Korozyon: .............................................................................................. 231.5.1.9 Eski Yeni Sendromu............................................................................................ 24
1.5.1.10 Farkl
Ala
mlar:....................................................................................................251.5.1.11 Metallerin Kirliliinden dolay Korozyon.............................................................251.5.1.12 izikli ve oluklu yzeyler......................................................................................251.5.1.13 Kaak akm Korozyonu .........................................................................................261.5.1.14 Doru akml tama sistemleri..............................................................................271.5.1.15 Kaynak makinalar ve ilemleri .............................................................................271.5.1.16 Katodik Koruma Sistemleri ...................................................................................281.5.2 Metalurjik olarak Korozyon tipleri........................................................................ 29
2. KATODK KORUMA; ......................................................................................... 31
2.1 Katodik korumann esaslar; ..................................................................................32
2.2 D Akm Kaynakl Katodik Koruma;................................................................... 332.3 Galvanik Anotlu Katodik Koruma ........................................................................ 35
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
3/176
iii
2.4 Katodik Koruma Sistemi Elemanlar ...362.4.1 Yatay Anot Yataklar............................................................................................. 362.4.2 Derin Kuyu Anot Yataklar ...................................................................................382.4.3 Yardmc Anotlar...................................................................................................402.4.4 Anot Yata Dolgu Malzemesi (Metalurjik Kok Tozu) ........................................412.4.5 Katot Kablosu Balant Metodu ............................................................................412.4.6 l Kutular .........................................................................................................472.4.7 Sabit Tip Referans Elektrod ..................................................................................502.4.8 Galvanik Anot Yata ve Referans Elektrotlarin Dolgu Malzemesi .................532.4.9 Magnezyun Anotlar ............................................................................................... 532.5 Katodik Koruma Sistemleri Projelendirmesi......................................................... 572.5.1 Zemin elektriksel zgl direnci lm ve yorumlanmas ...................................572.5.2 Zemin Redoks Potansiyelinin llmesi ..............................................................582.5.3 Korunacak Metal Yaplarn Tespiti ve Akm htiyacnn Hesaplanmas...............592.5.4 Katodik Koruma Sistem Seimi ............................................................................ 602.6 Katodik Koruma Sistemlerinin Devreye Alnmas................................................ 62
2.6.1 D
Ak
m Kaynakl
Katodik Koruma.................................................................... 622.6.2 Galvanik Anotlu Katodik Koruma ........................................................................ 62
3. BORU HATLARINDA DI AKIM KAYNAKLI KATODK KORUMA
SSTEMNNN HESABI .....................................................................................63
3.1 Boru Hatt Karakteristikleri ...................................................................................633.1.1 Boru hatt uzunluu : ............................................................................................. 633.1.2 Boru ap ve boru et kalnl: ..............................................................................643.1.3 Kaplama tipi , Kaplama kalnl , Koruma akm ihtiyac.....................................643.1.4 Direncini bulmak iin metodlar............................................................................. 67
3.1.4.1 Ksa hat metodu.................................................................................................... 673.1.4.2 Uzun hat metodu.................................................................................................... 693.1.5 Yeni tesis edilecek Boru hattnda boru kaplama direnci ve koruma akm
younluunun tesbiti ............................................................................................. 713.1.5.1 Toprak spesifik direncinin (zgl diren)llmesi.............................................. 713.1.5.2 Kaplamasz boru hatlarnda Koruma akm younluu..........................................723.1.5.3 Kaplamal hatlar. ................................................................................................... 743.2 Boru hatlarnn d akm kaynakl katodik korunmasnda koruma akm ihtiyacnn
belirlenmesi ve azam koruma akmnn hesab.....................................................773.2.1 Kesintisiz Boru hattndaKatodik koruma koruma uygulamas.............................773.2.2 Sistemdeki akm ve gerilim ifadeleri..................................................................... 79
3.2.3 Tek katodik koruma istasyonunun azami koruma uzunluu.................................803.2.4 Gerekli katodik koruma istasyon says.................................................................813.3 Kesintili Boru Hattnda Katodik Koruma uygulamas ..........................................813.3.1 Sistemdeki akm ve gerilim ifadeleri..................................................................... 823.3.2 Kesintili uygulamada katodik koruma sisteminin azami boru koruma uzunluu .823.4 Anod says, anod tipi, anod yata uzunluunun ve toplam anod yata direnci ve
anod mrnn belirlenmesi ...................................................................................863.4.1 Yatay anod yata ve anodlarn yatay yerletirilmesi............................................ 873.4.2 Anod yatandaki anodlarn toplam direnci ..........................................................873.4.3 Anod yata dolgu-toprak direnci.......................................................................... 883.4.4 Anod yata direnci ............................................................................................... 89
3.4.5 Anod balant kablosu direnci ...............................................................................893.4.6 Boru hattnn direnci .............................................................................................. 89
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
4/176
iv
3.4.7 Boru hatt toprak direnci........................................................................................ 893.4.8 Yatay anod yata ve anodlarn dey yerletirilmesi ...........................................903.4.8.1 Tek anod-toprak direnci......................................................................................... 903.4.8.2 Tek dolgu- toprak direnci ......................................................................................903.4.8.3 Toplam anod yata direnci ..................................................................................903.4.8.4 Anod yata iletme mrnn belirlenmesi ve letme mrne gre anod
ktlesinin hesab ....................................................................................................953.5 Transformator Dorultucu nitesinin (T/R)Gerilim ve Akm Deerlerinin
Belirlenmesi........................................................................................................... 973.5.1 T/R nitesinin akm deeri ....................................................................................973.5.2 T/R nitesi gerilim deerinin belirlenmesi ...........................................................97
4. KATODK KORUMA SSTEMLE KORUNAN BORU HATLARINDA
GEREKLETRLEN L VE TESTLER ...................................................99
4.1 Koruma Seviyesi Testleri ......................................................................................99
4.1.1 Referans elektrodlar
............................................................................................ 1004.1.1.1 Bakr/Bakr slfat referans elektrodu................................................................... 1004.1.1.2 Gm klorid referans elektrodu ......................................................................... 1014.1.1.3 Minimum korunma noktalar...............................................................................1024.2 lm hatalar .....................................................................................................1034.2.1 Referans elektrodunun doruluu ....................................................................... 1034.2.2 Referans elektrodunun temizlenmesi ve hazrlanmas ........................................1044.3 Test ...................................................................................................................... 1044.4 IR dm veya Gerilim dm hatas..............................................................1064.5 Anod gradyent hatas ........................................................................................... 1064.6 Temas direnci hatas ............................................................................................ 108
4.7 Karma potansiyel hatas.......................................................................................1094.8 Katodik koruma potansiyelinin Pratik lmleri................................................. 1094.8.1 Test Kriterlerinin Seimi .....................................................................................1094.8.2 Galvanik Katodik Koruma Sistemi......................................................................1104.8.3 D Akm Kaynakl Katodik Koruma Sistemi .....................................................1104.8.4 -0,85 Volt-ON Kriteri iin Test Metodlar (Tek elektrod potansiyel lm).... 1124.8.5 -0,85 Volt ani-OFF kriteri iin test metodu.........................................................1134.8.6 Yap-Toprak Potansiyeli Snrlar........................................................................ 1144.8.7 Adm-Adm Potansiyel Testi (ift Elektrod Potansiyel lm Metodu) ...........1164.8.8 zole Flanlarn veya zole Kaplinlerin testi........................................................1174.8.8.1 Radyo frekanslzole Flan test cihaz ile yaplan test........................................ 119
4.8.9 Geici Katodik Koruma stasyonu Vastasyla zole Flann Test edilmesi ....... 1194.8.10 Toprak iindeki zole Flanlarn Testi................................................................. 1204.8.11 Katodik Koruma Uygulanm Bir Boru Hattna ait Kesonun Testi.....................1254.8.11.1 Depolarizasyon Metodu ile Keson Testi .............................................................1274.8.12 Keson Ksa Devre yerinin Belirlenmesi iin Testler...........................................1284.8.13 Birbirine Yakn yaplar arasndaki Ksa Devrelerin Testler............................ 1304.8.14 Katodik korumal ve katodik korumasz iki yap arasnda ksa devre iin test ...1304.8.15 Katodik koruma sistemlerine sahip ki boru hatt arsndaki ksa devre testleri... 1324.9 Akm l Test stasyonlar................................................................................1344.9.1 Giriim Test Prosedrleri..................................................................................... 1374.9.2 Katodik Koruma sistemine ait Transformatr/Dorultucu(T/R) nitesinin neden
olduu giriim......................................................................................................1384.10
KCR Boru Kaplama Direncinin deerini bulmak iin metotlar ............................ 143
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
5/176
v
4.10.1 Ksa hat metodu.................................................................................................. 1434.10.2 Uzun hat metodu..................................................................................................1464.11 Katodik koruma sistemi ile korunan Boru Hatlar zerinde bulunan l ve test
istasyonlar...........................................................................................................1484.11.1 Boru hatt Potansiyel l ve test istasyonu........................................................1484.11.2 E potansiyel Test ve l stasyonu.................................................................. 1494.11.2.1 Yabanc Boru Hatt ile Paralel gitme durumu ..................................................... 1494.11.2.2 Yabanc Boru ile Kesime durumu...................................................................... 1504.11.3 Keson Test ve l Kutusu.................................................................................1514.11.4 Akm (IR-gerilim dm) l ve test kutusu................................................... 1524.11.5 zole Flan Test ve l Kutular........................................................................ 1534.11.5.1 ki hatl Keson Test ve l Kutusu ................................................................... 1534.11.6 6-hatl Keson Test ve l Kutusu......................................................................1544.12 Boru-toprak potansiyel Test l sonularnn deerlendirilmesi.......................1554.12.1 Galvanik anodlu Katodik Koruma Sistemlerinde................................................1554.12.2 D Akm Kaynakl Katodik Koruma Sistemleri.................................................157
4.12.3 100 mV Polarizasyon kriteri iin Test Prosedr................................................1604.13 Doru akm Kullanarak Hata Yerinin Bulunmas ............................................... 1654.14 Katodik Koruma sistemi ile Korunan Boru Hatlarnda Giriimin Kontrolu ....... 1674.14.1 Katodik olarak korunan boru hatt ile yabanc boru hattn birbiri ile balamak 1674.14.2 Katodik olarak korunan boru hattnn diren zerinden birbirleriyle balants .1694.14.3 Galvanik anodlar kullanmak suretiyle giriimin kontrol altna alnmas ............ 1704.14.4 Korunmu boru hattna ilave kaplama yaplmas ................................................ 1714.14.5 Akm ekme blgesi ile akm dearj blgesi arasna, kaak akm blgesinde
Yabanc yap zerine izole flanlar veya bu blgede metalik olmayan blmlerkullanmak ............................................................................................................172
4.14.6 Karma metot kullanlmas ...................................................................................173
SONU ..174
KAYNAKLAR.......................................................................................................................175
ZGEM............................................................................................................................176
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
6/176
vi
SMGE LSTES
M Serbest haldeki metal ktlesi (gr)
A Metalin atomik ktlesi
I Akm iddeti (Amper)
T Zaman (sn)
n Deerlik says
F Faraday sabiti (96500 Coloumb / edeer gr)
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
7/176
vii
KISALTMA LSTES
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
SK stanbul Su ve Kanalizasyon daresi
BOTA Boru Hatlar ile Tama A
GDA stanbul Gaz Datm A
TCK Karayollar Genel Mdrl
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
8/176
viii
EKL LSTES
Sayfa
ekil 1.1 Farkl evre yaplarnn sebep olduu korozyon hcreleri........................................20
ekil 1.2 Farkl Oksijen konsantrasyonlarndan etkilenen Konsantrasyon hcreleri...............21
ekil 1.3 Suyun farkl konsantrasyonlar tarafndan etkilenen Konsantrasyon hcreleri......... 21
ekil 1.4 Homojen olmayan topraklar tarafndan etkilenen korozyon hcreleri......................22
ekil 1.5 Beton ve Toprak Elektrotlar tarafndan etkilenen Korozyon hcreleri....................22
ekil 1.6 Farkl metaller tarafndan etkilenen Galvanik korozyon hcreleri ........................... 24
ekil 1.7 Eski Yeni Sendromu................................................................................................24
ekil 1.8 izikli ve oluklu yzeyler .........................................................................................25
ekil 1.9 D anod ve katod un sebeb olduu galvanik korozyon hcresi ...............................26
ekil 1.12 Katodik koruma sistemi tarafndan neden olunan kaak akm korozyon hcresi... 28
ekil 2.3 Anod Kuyusu- Yatay detay izimi ............................................................................ 37
ekil 2.3 Derin Kuyu Anod Yata detay izimi...................................................................... 39
ekil 2.4 Termal Kaynak Detay .............................................................................................. 41
Katodik Koruma Trafo Redresr nitesi .................................................................................42
ekil 2.5 rnek Trafo-Redresr nitesi Gsterge Ekran........................................................43
ekil 2.6 Katodik Koruma Trafo Redresr nitesi Gsterge Paneli........................................43
ekil 2.7 Trafo Redresr nitesi Detay Resmi (Ya Soutmal) ............................................44
ekil 2.8 T / R nitesi Detay Resmi (Hava Soutmal)...........................................................45
ekil 2.9 T / R nitesi Kaide Beton Montaj Resmi .................................................................46
ekil 2.10 l Kutusu Detay izimleri ...................................................................................48
ekil 2.12 Sabit Tip Referans Elektrod ....................................................................................51
ekil 2.13 Seyyar Tip Referans Elektrod .................................................................................52
ekil 2.14 Wenner Metodu.......................................................................................................58
ekil 3.1 D akm kaynakl katodik koruma istasyonunun genel grn............................63ekil 3.2 Boru hattnda kaplama direncinin ve koruma akm younluunun belirlenmesi .....66
ekil 3.3 Akm l test kutusu................................................................................................ 66
ekil 3.4 Ksa hat metodu ile kaplama direncinin tayini..........................................................67
ekil 3.5 Uzun hat metodu ile kaplama direncinin tayini......................................................... 69
ekil 3.6 Wenner in 4-elektrod metoduna gre toprak spesifik direncinin lm.................72
ekil 3.7 Boru hatt zerindeki katodik koruma istasyonlarnn birbirini etkiledii kesintisiz
koruma metodu ................................................................................................. 77ekil 3.8 Boru hatt zerindeki katodik koruma istasyonlarnn birbirini
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
9/176
ix
etkilemedii kesintili uygulama 81
ekil 3.10 Yatay anod yata anodlarn dey yerleimi .........................................................90
ekil 4.1 Yapnn Potansiyelinin lm ................................................................................99
ekil 4.2 Bakr/Bakr slfat elektrodu ....................................................................................101
ekil 4.3 Gm klorid referans elektrodu.............................................................................102
ekil 4.3: Referans elektrodunun kalibrasyonu iin dzenek.................................................105
ekil 4.4: IR Dm veya Gerilim dm hatas ...............................................................106
ekil 4.5 Anod gradyent hatas............................................................................................... 107
ekil 4.6 Temas direnci hatas ................................................................................................ 108
ekil 4.7 Karma potansiyel hatas .......................................................................................... 109
ekil 4.8 Bitm kapl bir boru hattnda llen ON-OFF potansiyelleri ...............................111
ekil 4.9 Tek elektrod metodu ile Potansiyel lm............................................................112
ekil 4.10 Dijital voltmetre kullanarak potansiyel deerlerinin grntlenmesi................... 113
ekil 4.11 Potansiyel pozitif olduunda akmn ve boru hatt zerindeki anodik alann yn116
ekil 4.12 Potansiyel negatif olduunda akmn ve boru hatt zerindeki anodik alann yn116
ekil 4.13 Potansiyel profili ................................................................................................... 117
ekil 4.14 zole Flan Testi ....................................................................................................118
ekil 4.15 Radyo frekanslzole Flan Test cihaz kullanm ................................................ 119
ekil 4.16 Geici Katodik Koruma stasyonu ile test............................................................. 119ekil 4.17 6-Hatl Test stasyonunda zole Flann Test edilmesi .........................................120
ekil 4.18 ki Hatl Test stasyonunda zole Flan Testi........................................................121
ekil 4.19 Magnetik Pusula Metodu ile zole Flann Test edilmesi .....................................122
ekil 4.22 Tipik Keson Tesisi ............................................................................................... 124
ekil 4.23 Katodik koruma sistemine sahip boru hatt zerindeki Kesonun Test edilmesi ...125
ekil 4.24 Geici katodik koruma istasyonu tesis ederek Keson Testi ..................................126
ekil 4.25 Depolarizasyon metodu ile Kesonun test edilmesi ............................................... 127ekil 4.26 Boru hatt ile Keson arasna doru akm uygulayarak ksa devre yerinin bulunmas129
ekil 4.27 ki yap arasndaki ksa devre testi ........................................................................ 130
ekil 4.28 Geici katodik koruma istasyonu tesis ederek iki boru hatt arasnda
ksa devre testi.................................................................................................131
ekil 4.29 Katodik koruma sistemine ait iki boru hattnda ksa devre testi ........................... 132
ekil 4.30 Akm test l istasyonu .......................................................................................134
ekil 4.31 Akm test l istasyonundan diren ve kalibrasyonun belirlenmesi ...................135
ekil 4.32 Gerilim polaritelerine gre akmlarn ak ynleri................................................ 137
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
10/176
x
ekil 4.33 Katodik koruma sisteminin neden olduu giriimler....................................................................
ekil 4.34 Boru hatt sistemlerinde giriim blgelerinin tanm............................................. 139
ekil 4.35 Yabanc boru hatt zerinde adm-adm polarite ................................................. 141
ekil 4.36 Korunmu veya korunmam yaplarn normal ve anormal potansiyelleri. ......... 142
ekil 4.37 Ksa hat metodu ile kaplama direncinin tayini...................................................... 143
ekil 4.38 Uzun hat metodu ile kaplama direncinin tayini..................................................... 146
ekil 4.39 Potansiyel l ve test istasyonu........................................................................... 148
ekil 4.40 Yabanc Boru hatt ile paralel olma durumunda E potansiyel Test ve l
stasyonu. ........................................................................................................149
ekil 4.41 Yabanc Boru Hatt ile kesime durumunda E Potansiyel Test ve l Kutusu. 150
ekil 4.42 Keson test ve l Kutusu ....................................................................................151
ekil 4.43 Akm(IR-dm) Test ve l Kutusu ...............................................................152
ekil 4.44 2-hatlzole Flan Test ve l Kutusu................................................................153
ekil 4.45 6-hatlzole Flan Test ve l kutusu................................................................. 154
ekil 4.46 Salam bir boru hattnda yaplan lm deerleri ve Kaplama direnci ve
koruma akm younluu deerleri ..................................................................162
ekil 4.47 Boru hattnda yabanc bir yap ile olan temas sonucu elde edilen lme sonular
ve kaplama direnci ve akm younluklar .......................................................163
ekil 4.48 Akm l test kutusundan lmlerin alnmas ................................................... 165ekil 4.49 Yabanc bir boru hatt ile elektriksel temas yerinin bulunmas iin gerekli lmler166
ekil 4.50 Katodik korumal boru hattnn yabanc boru hatt ile dorudan balanmas ....... 167
ekil 4.51 Birbiri ile zole flan zerinden birleen iki boru hatt iin tesis edilen
Test ve l kutusu. ........................................................................................ 168
ekil 4.52 Boru hatlar arasndaki balantlarn dorudan yaplmas ....................................169
ekil 4.53 Yabanc boru hatt ile balantnn diren zerinden yaplmas ............................. 169
ekil 4.54 Galvanik anodlar tesis etmek suretiyle giriimin kontrol alt
na al
nmas
.............170ekil 4.55 lave kaplama yapmak suretiyle giriimin kontrol altna alnmas........................ 171
ekil 4.56 zole flanlar veya izole blmler kullanmak suretiyle giriimin kontrol altna
alnmas ...........................................................................................................172
ekil 4.57 Karma metot kullanarak giriimin kontrol altna alnmas....................................173
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
11/176
xi
ZELGE LSTES
Sayfa
izelge 1.1 Anodik ve Katodik reaksiyonlar............................................................................15
izelge 1.2 Nerst Skalas..........................................................................................................17izelge 1.3 eitli Metal ve Alamlarn Cu / CuSO4 elektroduna gre potansiyelleri ..........18
izelge 1.4 Anodik ve Katodik reaksiyonlar............................................................................19
izelge 2.1 Elektrod potansiyeli...............................................................................................31
izelge 2.2 Dolgu Malzemeleri................................................................................................ 53
izelge 2.3 Magnezyun anotlarda istenmeyen elementler ....................................................... 53
izelge 2.4 Magnezyum Anotlarn Elektrokimyasal zellikleri .............................................54
izelge 2.5 Magnezyum Anotlar
n Kimyasal Bileimleri........................................................54izelge 2.6 Rezistiviteye gre zeminin koroziflik zellii ......................................................57
izelge 2.7 Redoks potansiyeline gre zeminin koroziflik zellii........................................59
izelge 3.1 Spesifik kaplama direnlerinin karlatrlmas ................................................... 64
izelge 3.2:6
1=
ON
OFF
U
Ugerilim oranlarna gre dzeltme faktrleri .......................................68
izelge 3.3 Toprak spesifik diren snflandrlmas................................................................73
izelge 3.4 Kaplamasz hatlar boru koruma akm younluu ................................................ 74
izelge 3.5 Kaplamal elik yaplarda katodik koruma koruma akm younluu ihtiyac ......76
izelge 3.6 Toprak zgl direncine gre kaplama direnci.......................................................76
izelge 4.1 Toprak iinde bulunan yaplarn potansiyel snr deerleri.................................115
izelge 4.2 Ksa devre testi .................................................................................................... 133
izelge 4.36
1=
ON
OFF
U
Ugerilim oranlarna gre dzeltme faktrleri.......................................144
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
12/176
xii
NSZ
Bu tez Katodik Koruma Sistemlerinin tantlmas ve disiplinler aras bir mhendislik zm
olarak Elektrik Mhendislii alannda da anlalmas amacyla yazlmtr.
Katodik koruma sistemi topraa gml ve sv iindeki metalik yaplarn korozyonununlemek veya kontrol altna almak iin kullanlan elektrokimyasal bir metottur. Katodik
koruma sistemi korozyonu kontrol altna almak iin elektrik akmna dayanan aktif bir
sistemdir.
Katodik koruma uyguland alanlar
a.) Yeralt yakt ve petrol depolama tanklar ve toprak seviyesi tank tabanlarb.) Yakt ve petrol datm sistemleric.)
Toprak seviyesi veya stndeki s
v
depolama tanklar
n
n i k
s
mlar
d.) me suyu datm sistemlerie.) Doal gaz datm sistemlerif.) Sktrlm hava datm sisitemlerig.) Yangn sistemlerih.) Kanalizasyon sistemlerii.) Deniz rhtmlarnn elik kazklar
j.) skele elik kazklarolarak sralanabilir. Katodik koruma yaplmadnda ne gibi zararlar doaca yukardaki
kullanm alanlarna bakldnda rahatlkla anlalacaktr. Katodik Koruma yaplmamas
durumunda ncelikle maliyet sorunu ortaya kmaktadr. Maliyet ise sisteminin kurulma
maliyetini, evresel tahribat sonucu olaabilecek maliyeti ve sistemin durmas sonucu
oluacak zararlar gz nne alnarak yaplr. Tabii ki maliyetten nce insan hayat ve doal
evre de gz nne alnmaldr. zellikle ehir ii doalgaz, ime suyu ve atk su borularnn
korunmas insan hayat iin nemlidir.
Katodik koruma metalleri korumak amacyla kullanlan tek yntem deildir. Ancak mevcut
uygulanabilir sistemler ierisinde optimum mhendislik zm olarak ska kullanlan bir
zmdr.
Bu tezin yazlmasnda beni destekleyen hocam Yrd. Do. Dr. Ferit ATTARa, bu konuda tez
almas yapmam destekleyen i yerim Elektrik Mhendisleri Odasna ve sabrlar iin
aileme teekkr ederim.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
13/176
xiii
ZET
Ta ann sonunda metallerin kefi ve kullanlmas modern teknolojinin geliiminde nemli
admlardan biridir. ou temel metaller ne yazk ki kararl deildir. Olumsuz ortamlarda
korozyonun deiik oranlaryla bozulabilirler. Korozyon reaksiyonu ve hangi metallere nasletki yapt byk ekonomik anlam tamaktadr.
Katodik korumann aamalar bilimsel olarak dier koruma sistemlerine gre daha ksa
aklanabilir. Prensip olarak sv veya sulu ortamlardaki metallerin korozyonunun zm
elektriksel gerilimle kontrol edilen elektrokimyasal bir prosesdir. Elektrokimya yasalarna
gre reaksiyonun yn ve oran potansiyelin d ile birlikte azalacaktr. Tm bu ilikiler
yzyldr bilinmesine ramen katodik koruma snrl bir alanda kullanlmaktadr, uygulamalar
geniletilmelidir. Katodik koruma elektrik mhendislii alannda halen garip ve yabanc
olarak grlp geri planda kalmaktadr. Katodik koruma pratikte teoriden daha karmaktr.
Svlarla ve suyla temas eden malzemelerde katodik koruma genel olarak kullanlan tek
yntemdir. Fakat gelecekte endstriyel alanlarda daha ok kullanlacaktr.
Anahtar szck: Katodik koruma, anod, lme
.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
14/176
xiv
ABSTRACT
The discovery and use of metals at the end of the Stone Age was one of the most important steps
in the development of modern technology. Most base metals are, unfortunately, not stable. In
unfavorable environments they can be destroyed at variable rates by corrosion. The study of
such corrosion reactions and the methods by which corrosion of metals can be fought is a task
of great economic significance.
The processes of cathodic protection can be scientifically explained far more concisely than
many other protective systems. Corrosion of metals in aqueous solutions or in the soil is
principally an electrolytic process controlled by an electric tension, i.e., the potential of ametal in an electrolytic solution. According to the laws of electrochemistry, the reaction
tendency and the rate of reaction will decrease with reducing potential. Although these
relationships have been known for more than a century and although cathodic protection has
been practiced in isolated cases for a long time, it required an extended period for its technical
application on a wider scale. This may have been because cathodic protection used to appear
curious and strange, and the electrical engineering requirements hindered its practical
application. The practice of cathodic protection is indeed more complex than its theoretical
base.
At present cathodic protection is only generally applied for materials in contact with natural
waters and soil, but future applications are envisaged for industrial plants and containers.
Keywords: Cathodic protection, Anod, measurement
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
15/176
15
GR
1. KOROZYONMalzemelerin zaman ierisinde bulunduklar ortamn etkisiyle tahribata uramas korozyon
olarak tanmlanr. Korozyonun en fazla grld malzeme tr ise elektrokimyasal
reaksiyonlara eilimlerinin yksek olmasndan dolay metallerdir. Metallerin korozyona
urama miktarlar oksijene olan ilgileriyle alakaldr. Serbest halde kararl olan (Titanyum vb)
metallerin korozyon dayanmlar daha yksekken, oksijen ilgisi nispeten daha fazla olan
(demir vb) metaller daha kolay oksitlenme eilimindedirler. Metallerin korozyona uramalar
iin ana lt oksijen ilgileriyken bunun yan sra birok yan etken de mevcuttur. Mesela
Aluminyum oksijen ilgisinin iyi olmasndan dolay korozyon direnci yksek bir malzeme
halini alr. yle ki aluminyumun d yzeyi ok hzl oksitlenir ve yzey tamamen
oksitlendikten sonra oksitlenme durur ve daha alt yzeylerin oksitlenmesi engellenir. Yani
yzey oksitlenmeye kar aluminyum oksitle kaplanm olur. Halk arasnda demirin
korozyonuna paslanma adi verilir. Pas; Fe(OH)2 formll bir korozyon rndr.
Metallerin korozyonlar ierisinde en nemli ve tehlikeli boyutta olan demirin korozyonudur.
retim kolaylklar ve dk maliyet birok yerde elik ve demir kullanmn
yaygnlatrmtr. zellikle boru hatlarnda ve tanklarda metal zeri korozyona kar
korunma amal kaplanmaktadr. Ancak bu kaplamann herhangi bir noktasnda oluabilecek
muhtemel tahribat neticesinde belli noktadan balayarak ok hzl ekilde korozyon
mekanizmas almaya balar
1.1 Korozyon ReaksiyonlarKorozyon srasnda anodik (elektron veren, ykseltgenme ) reaksiyonlar ile katodik
(elektron alan, indirgenme) reaksiyonlar birlikte oluur. Demir metalinin bulunduu
ortamdaki anodik ve katodik reaksiyonlarunlardr.
izelge 1.1 Anodik ve Katodik reaksiyonlar
Reaksiyon Giren rn
Anodik Fe0 Fe+2 + 2e-(yonlama)
Katodik 1/2O2 + H2O + 2e- 2(OH)-
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
16/176
16
2H+ +2e- H2 (Asitli Ortamda)
Toplam Fe0+1/2O2 +H2O Fe(OH)2 (Pas)
1.2 Korozyon Hcresi Ve AkmMetal herhangi bir elektrolit ortamda ortama elektron vererek korozyona urar. Ortama
yaylan pozitif ykl demir iyonlar bir korozyon akm meydana getirir. Faraday elektroliz
kanunu korozyondan dolay ortama yaylan metal miktarlarn hesaplamakta kullanlr.
M = A x I x t/n x F
M = Serbest haldeki metal ktlesi (gr)
A = Metalin atomik ktlesi
I = Akm iddeti (Amper)
T = Zaman (sn)
n = Deerlik says
F = Faraday sabiti (96500 Coulumb / edeer gr)
Bu forml nda yaplacak olan hesaplamada 1 amperlik korozyon akmyla yaklak olarak
9 kg elik iyonlar.
1.3 Nerst SkalasMetallerin oksitlenme eilimini NERST Skalas yardmyla renebiliriz. Bu skala, 1
atmosferde ve 25C de 1 mol / lt iyon sulu zeltisi hidrojen gaz ile temastaki platin
elektrodu standart referans elektrot kabul edilerek, her bir metalin 25 Cdeki zeltisinde
metal ile zelti arasnda llen potansiyel deerlerinin srasdr. Nernst skalasnda hidrojene
gre daha negatif olan metaller daha aktif, yani iyonlama eilimi daha fazla olan metali;
hidrojene gre daha pozitif olan metaller ise daha soy, yani iyonlama eilimi daha az olan
metali karakterize etmektedir. Bir metalin aktiflii, elektronunu verme eilimi, dier bir ifade
ile reaksiyona girme eilimidir. Metaller aktifletike daha kolay korozyona maruz kalr.
NERST Skalasnda verilen elektrot potansiyelleri, standart potansiyellerdir. Pratikte su ve
zemin ierisindeki elektrot potansiyeli iin kalomel veya doygun Cu / CuSO4 (Bakr / Bakr
slfat) referans elektrotu kullanlr. Bu elektrotlarn standart hidrojen elektroduna gre llen
elektrot potansiyelleri;Kalomel elektrot = +0,280 V
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
17/176
17
Cu / CuSO4 = +0,316 V
NERST SKALASI
izelge 1.2 Nerst Skalas
Metal Reaksiyon Potansiyeli (V)
Lityum Li+ + e Li -3,03
Potasyum K+ + e K -2,925
Sodyum Na+ + e Na -2,713
Magnezyum Mg++ + 2e Mg -2,371
Alminyum Al+++ + 3e Al -1,66
inko Zn++ + 2e Zn -0,763
Krom Cr++ + 2e Cr -0,74
Demir Fe++ + 2e Fe -0,44
Kadminyum Cd++ + 2e Cd -0,402
Nikel Ni++ + 2e Ni -0,23
Kalay Sn++ + 2e Sn -0,14
Kurun Pb++ + 2e Pb -0,126
Hidrojen 2H+ + 2e H2 0
Bakr Cu++ + 2e Cu +0,337
Civa Hg++ + 2e Hg +0,792
Gm Ag+ + e Ag +0,799
Platin Pt++ + 3e Pt +1,2
Altn Au+++ + 3e Au +1,45
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
18/176
18
izelge 1.3 eitli Metal ve Alamlarn Cu / CuSO4 elektroduna gre potansiyelleri
Metal veya Alam Elektrot Potansiyeli (V)
Saf Magnezyum -1,75
AZ-63 Magnezyum Alam -1,60
Saf inko -1,10
%5 inkolu Alminyum -1,05
Saf Alminyum -0,80
Pik Demir -0,50
Yumuak elik (Temiz
yzeyli)-0,50 ila - 0,80 aras
Yumuak elik (Pasl
yzeyli)-0,20 ila - 0,50 aras
Kurun -0,50
Bakr -0,20
Pirin -0,20
Bronz -0,20
Karbon, Grafit, Kok +0,30
1.4 Korozyona Etki Eden Parametreler1. Ortamn Etkisi; Metallerin korozyona urama hz byk lde bulunduu ortamla
alakaldr. Ortamdaki nem miktar, asitlik baziklik durumu, havann oksijenin veya
suyun ortam tarafndan geirilebilme yetenei, kaak akmlar ve eitli bakteriler
korozyonu balatc ve hzlandrc etken olarak karmza kar.
2. Scakln Etkisi; Ortam scaklnn artmas iyon hareketini arttrarak korozyon hznarttrr. Ortam scakl 50 ila +50 C derece arasnda deien toprak 0 derecede
donar ve iyon hareket hz minimuma der. Scakln artmasnn oksijen
younluunu drc ve dolaysyla korozyon hzn drc etkisi de vardr.
Ancak bu etki iyon hareketinin artmasndan dolay olan reaksiyonlarn yannda
olduka zayf kalmaktadr.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
19/176
19
3. Malzeme Seiminin Etkisi; Korozyona sebep olan etkenlerden biri de birbiriyle potansiyel fark bulunan metallerin bir arada kullanlmasdr. Bu durum korozyonu
balatc ve hzlandrc bir etkendir. Mesela ok dlen bir hata olarak elik satan
yaplan panolarn zerine konulan paslanmaz elik cvata ve contalar bulunduklar
blgede galvanik korozyona sebep olmaktadr. Bu tip durumlarda ana yzeydeki
civatalar ya da contalar plastik civatalar ile izole edilmelidir.
4. Taneler Aras zellik Farklar; Metallerin tane boyutlar arasndaki farklar ve ikitanedeki farkl younluklar neticesinde iki tanenin snr korozyon balangc iin
uygun bir ortam oluturur. ok dlen bir hata olarak paslanmaz elik malzemeden
imal edilen tanklar ve benzeri yaplardaki kaynak blgeleri retici tarafndan hi
beklemedii halde korozyona uramaktadr. Bu korozyonun nne gemenin yolu ya
elektrodlu kaynak kullanmamak ya da nleyici olarak galvanik anotlu katodik koruma
sistemi uygulamaktr.
5. Sistem Dizayn; Korozif malzemelerin depoland sistemlerde korozif ortamn (su vb) birikmesini engellemeye ynelik tasarmlar uygulanmaldr. Ayrca arasnda sv
birikintisine sebep olabilecek ok ince aralklardan kanlmaldr.
6. Sistemin Bulunduu Ortamn Oksijen Konsantrasyonu; Ayn tip toprak ierisindeznm hava konsantrasyonu her yerde ayn olmayabilir. Farkl havalandrma
koullarndaki sistemlerde yan yana duran sistem bir blgede anot iken hemen
yanndaki blgede katot grevi grerek elektrokimyasal korozyona sebep olabilir.
7. Zemin Elektriksel zgl Direncinin Etkisi; Dk elektriksel zgl direnli blgelerdeiletkenliin yksek olmas iyonik ortamn daha aktif olmasna sebep olmaktadr.
Bundan dolay korozyon mekanizmas daha hzl geliir.
izelge 1.4 Anodik ve Katodik reaksiyonlar
Zemin Elektrik zgl Direnci ( ) Zemin Korozif zellii
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
20/176
20
1.5 Korozyon Tipleri1.5.1 Korozyon Hcreleri(Korozyon Tipleri)1.5.1.1 Farkl evrelerBoru hatlar birok farkl tip topraklardan geer. Metaller farkl topraklarda farkl
potansiyeller gsterir. Bu topraklardaki elektrik potansiyelleri farkl yerlerde bazen anod
bazen de katod olur. Anod ve Katod her ikisinin de elektriksel ve elektroliksel sreklilii akm
ak, oksidasyon sonucu ve hidrojen artmasna(Korozyon ve koruma) baldr. Boru hatt
sahas veya Tank sahas Anod rmesine maruz kalr.
Eer toprak Farkl yaplardaki yatay katmanlar ihtiva ediyorsa enine birok toprak
katmanlarn geen boru hatlar korozyonun bu tiplerinden sk sk etkilenecektir.
ekil 1.1 Farkl evre yaplarnn sebep olduu korozyon hcreleri
1.5.1.2 Oksijen Konsantrasyonu:Dk oksijen konsantrasyonlu elektrolite maruz kalan boru hatlar ve tanklarn yzeyi
yksek oksijen konsantrasyonuna maruz kalan boru hatt veya tanklarn yzeyine gre
genellikle anodik zellik gsterir ve korozyona urar. Boru hattnn veya tankn kaz veya
toprak dolgu esnasndaki boru altnda kalan toprak zemin dk oksijen ihtiva eder,boru
zerine yaplan kum ve toprak dolgular daha yksek oksijen eder, bylece boru altndaki
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
21/176
21
ksm anod, boru zerinde kalan dolgulu blm fazla oksijen ierdiinden Katod zellii
gsterir
ot
ekil 1.2 Farkl Oksijen konsantrasyonlarndan etkilenen Konsantrasyon hcreleri
1.5.1.3 Nemli/Kuru Elektrolitler:Az veya ok su ieren Elektolitler boru veya tank sahalarnda farkl ksmlarda farkl
potansiyeller oluturur.
Genellikle ok su ieren ksmlar elektrokimyasal korozyon hcrelerinde Anod olur.
Boru hatt sert bir bataklk alanndan kuru bir alana geerken veya tank yeri kuru bir toprakta
iken tankn taban yeralt su seviyesi ile doygunlua ular.
ekil 1.3 Suyun farkl konsantrasyonlar tarafndan etkilenen Konsantrasyon hcreleri
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
22/176
22
1.5.1.4 Homojen Olmayan ToprakBoru hatlar ve tanklar homojen olmayan farkl toprak yaplarnda elektrolitler farkl elektrik
potansiyelleri gsterir.
Bu homojen olmayan toprak kark metallerden oluan mikroskobik elerin etkisinde kalr.
Bu yksek potansiyelli alanlarda Elektrokimyasal korozyon hcreleri Anod olur.
Boru hatt veya tankn daha sert zeminlerindeki farkl byk potansiyellere maruz kalan ksm
bir elektrolittir veya bu ksmlarda kk anodik alanlar ve byk katodik alanlar vardr.
ekil 1.4 Homojen olmayan topraklar tarafndan etkilenen korozyon hcreleri
1.5.1.5 Beton / Toprak Ara yzeyiBoru hatlar ve tanklarn imento ile temas eden yzeyleri ve dier elektrolit etkisindeki ksm
her alanda farkl potansiyeller gsterir. imento ile temas etmeyen blmler de
elektrokimyasal korozyon hcreler Anod olur.
Bir boru hatt ve tankn imento ve toprak (veya su) ile temas eden ksmnda korozyon
hcreleri ok kat olur, nk metallerin Farkl byk potansiyelleri iki farkl elektrot
oluturur.
ekil 1.5 Beton ve Toprak Elektrotlar tarafndan etkilenen Korozyon hcreleri
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
23/176
23
1.5.1.6 Dolgu Katks:Toprak ierisine sonradan konulan homojen olmayan katk maddeleridir.
Bu yaplarda herhangi bir metal Anod veya Katod durumunda olabilir. Ayrca farklartlarda
ki elektrolitlerde izoleli malzemeler veya metalik malzemeler gerekten anot veya Katod
konumunda olabilir(Galvanik Korozyon)
Genel rnek olarak pasl elikten yeni elie, Karbon veya Bakr balantsndan elie olan
balantlar (yeni) elik yapda, anod olur.
1.5.1.7 Biyolojik Etkiler:Biyolojik Organizmalar metallerin yzeyinde byr ve nfuz ederler, farkl evre
faktrlerinde metal yzeylerinde kt korozyona sebep olur.
Genellikle bakteriler 15 ile 45 arasndaki scaklklarda korozyon bymesini hzlandrr.
Bu bakteriler genellikle oksijen ihtiyalarna gre oksijenli veya oksijensiz alanlara gre
snflandrlmtr. Bunlarn metabolizmas elektrokimyasal reaksiyon oluturur, bu oluum
malzemelerin iyon akn ve pH deerini engeller.
Baz bakteriler Korozyon orannn kimyasal dengelerinin bozulmasnda ve metal iyonlarnn
direk olarak oksidasyonunda ve indirgenmesinde etkilidir. Oksijenli ortamda yetien bakteriler ve kimyasal konsantrasyon hcreleri, havadar ortamda oksijen oluturma
yeteneindeki bakteriler korozyon oluumunu hzlandrr.
Yap kaplamasnn bozulmasndan dolay birok mineral ve organik asitler retilir. Bu
bozulmalar sonucu oluan retimler bazen yiyecek olarak kullanlr ve bundan dolay
korozyon hzlanr.
1.5.1.8 Galvanik Korozyon:Bu tip korozyon metalin bir blmnn Anod olmas dier ksmnn Katod olmasndan dolay
oluan potansiyel fark neticesi meydana gelen elektrokimyasal bir korozyon hcresidir. Ayn
elektrolit iinde bulunan farkl metaller farkl potansiyellere sahiptir. Bu potansiyel fark bir
korozyon hcresinin gerilimini meydana getirir ve elektrokimyasal korozyon balar, eer
elektrolit Anottan Katoda sreklilik arz ediyorsa ve elektron iin metalik yol mevcutsa
elektrik devresi tamamlanacak ve elektrokimyasal korozyon meydana gelecektir.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
24/176
24
ekil 1.6 Farkl metaller tarafndan etkilenen Galvanik korozyon hcreleri
1.5.1.9 Eski Yeni SendromuBu korozyon tipi her eye ramen ok etkili olabilir. elik retimindeki yksek enerji
oluumundan dolay, elii bir metal snfna koyabiliriz. Yeni elik eski paslanm elie
gre daha aktiftir.
Potansiyel yeni eliin oluturduu yksek negatif potansiyelden farkldr ve eski eliinoluturduu dk potansiyel Elektrokimyasal korozyon hcresinin bir srcs veya
gerilimidir. Eski kaplamasz elik boru bu tip korozyona bir misal tekil eder ve yeni borunun
kaplamal ksm bir Anod paslanm ksm ise Katod grevi gsterir
ekil 1.7 Eski Yeni Sendromu
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
25/176
25
1.5.1.10 Farkl Alamlar:En ok grnen korozyon eklidir. Zira 200 den fazla farkl metal alam mevcuttur. Ayrca
metaller yzde yz saf deildir. Her farkl metal alam farkl elektriksel potansiyele haizdir.
Bu fakl
potansiyellerden dolay
korozyona sebep olacak elektromotor kuvvetleri retilir vefarkl metal alamlarndan dolay korozyon ortaya kar.
1.5.1.11 Metallerin Kirliliinden dolay KorozyonHibir imalat prosesi mkemmel deildir. Baz pislikler metaller imal edilirken ve
soutulurken metal iine karabilir. Metal yzeyindeki bu pislikler korozyon hcresi
meydana getiren elektrolitlere sebep olabilirler.
1.5.1.12izikli ve oluklu yzeylerizikli ve oluklu yzeyler metal yzeyinde anodik alanlar meydana getirir. Buradaki
korozyon ekli eski-yeni sendromuna benzer. Boru hattnn tesisi srasnda borularn kanallara
yerletirilmesi ve boruda yaplan ilemler esnasnda boruda bu tr yzeyler oluur. Boru
topraa gmldkten sonra bu durum daha da ktleir zire sz konusu yzeylerde metal
incelir.
ekil 1.8 izikli ve oluklu yzeyler
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
26/176
26
1.5.1.13Kaak akm KorozyonuBu tip elektrokimyasal korozyon hcresi elektrolit iinde herhangi bir d kaynan yap
zerine etkisiyle bir potansiyel gradyannn gelimesiyle ortaya kan elektromotor kuvvet
tarafndan veya metalde endklenen akm tarafndan meydana getirilir.
Bu tip korozyon d enerji kaynaklar tarafndan yksek gerilimlere meydana getirileceinden
iddetli olur.
Kaak akm korozyonu dardan akm endklenmesi ve esas olarak toprak zgl direnci, pH ,
galvanik hcre gibi evre artlarndan bamsz olduundan nceki blmlerde aklamas
yaplan doal korozyondan farkldr.
ekil 1.9 D anod ve katod un sebeb olduu galvanik korozyon hcresi
Bu tip kaak akm korozyonu anod ve katod arasndaki akm ak dorudan metal yap
zerinden olduu iin okiddetli bir korozyondur.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
27/176
27
1.5.1.14Doru akml tama sistemleriElektrikli demir yollar, elektrikle alan rayl sistemler balca kaak akm korozyonunun
doru akm kaynadr. Bu sistemlerde kaak akmlarn etkisi 24 saattir.
ekil 1.10 Doru Akm Tama sisteminin sebeb olduu kaak akm korozyonu
1.5.1.15Kaynak makinalar ve ilemleriDoru ak
m kaynak makineleri kaak ak
m korozyonuna neden olabilen doru ak
mkaynaklardr. ekilde grlecei zere doru akm hatlarnn biri topraklama ubuu
zerinden topraklanmtr. Bu durumda metal olan bot anod olarak ve topraklama ubuu ise
katot olarak alr.
ekil 1.11 Doru akm kaynak ileminin neden olduu kaak akm korozyonu
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
28/176
28
1.5.1.16Katodik Koruma SistemleriKatodik koruma sistemleri dier metalik yap
lar zerinde kaak ak
m korozyonunun bal
cakaynadr. Bu elektrokimyasal korozyon hcresine rnek yabanc bir boru hattnn korunmu
boru hattnn anod yatann yaknndan geip ve sonra boru hattn kesme durumudur.
ekil 1.12 Katodik koruma sistemi tarafndan neden olunan kaak akm korozyon hcresi
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
29/176
29
1.5.2 Metalurjik olarak Korozyon tipleriTABAKALAMA KOROZYONU; Taneler aras korozyon, ektrzyon veya hadde yzeyine
paralel olarak gerekleirse buna tabakalama korozyonu denir. Alminyum ve
alamlarnda grlen bu tr korozyonda hasar, haddeleme ynnde uzam tane snrlarnda
meydana gelir. Korozyona uram metal tabakalar birbirinden ayrlr ve oluan korozyon
rnleri malzemenin tabakalar halinde birbirinden ayrlmasna sebep olur.
SEML KOROZYON; Bir alam iinde bulunan metallerden birinin dierinden nce
korozyona uram halidir. %70 Cu + %30 Znden oluan pirin iinde bulunan Zn kolayca
korozyona urayabilir. Korozyon sonucu, alam yzeyinde Zn konsantrasyonu azalr ve
normal sar renk, bakr krmzsna dnr. ok sk rastlanan bu seimli korozyon olayna
inko azalmas ad verilir.
KAPLAMA BOZUKLUU KOROZYONU; Kaplama yaplm bir metalin potansiyeli ile
kaplamasz metalin potansiyeli birbirinden farkldr. ilik hatalar nedeniyle kaplamann
baz blgelerinin bozulmas veya delinmesi halinde bu blgeler anot olacaktr ve korozyonaurayacaktr. Bu tip korozyon metal yzeyinde ok kk blgelerde younlaan bir
korozyondur.
GERLMEL KOROZYON; ekme gerilmesine maruz ve saldrgan bir ortamda bulunan
korozyona duyarl malzemelerde ortaya kar. ekme gerilmesine dik blgesel atlaklarn
oluumu ile malzeme hasara urar.
KAVTASYON KOROZYONU; Kavitasyon korozyonu hzla akan svlarn malzeme
yzeyine yakn blmlerinde oluan alak basn kabarcklarnn bymesi ve patlamas ile
meydana gelir. Oluan ok dalgalar yzeye arparak malzeme yzeyini rten tabakay tahrip
ederler. Aa kan metal znerek korozyona urar. Bu tr korozyona urayan yzeylerin
grnm kaba ve deliklidir, oyuklar sktr, yzeyde petek grnm oluur.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
30/176
30
BIAK ZGS KOROZYONU; Stabilize edilmi paslanmaz elikler,(Ti ve Nblu
elikler) 1100Ca stld zaman (Genellikle kaynak srasnda) Ti ve Nb karbrler znr.
Hzla soutulduunda zelti iinde kalrlar. Daha sonra metal Krom Karbr kelme
scaklna stld zaman Ti ve Nb karbr oluturamaz ve alam sanki stabil olmam gibi
davranr. Korozyon hasar kaynaa komu ok dar bir blgede meydana gelir.
ARALIK KOROZYONU; Perin, civata, conta gibi alt rtl yzeylerde ve aralklarda
meydana gelen nemli bir korozyondur. Aralk korozyonunun meydana gelmesi iin araln
zeltinin girebilecei kadar geni, ayn zamanda zeltinin kamayaca kadar dar
olmaldr. Sistemin mekanizmas; aralk iinde bulunan sz geen zelti durgun olduu iin
gerekli oksijen ksa zamanda tkenir. Bylece araln ii ve d arasnda oksijen iyonu
konsantrasyonu fark aralk korozyonuna sebep olur.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
31/176
31
2. KATODK KORUMA;Katodik korumann temel ilkeleri elektro- kimyasal korozyon teorisine dayanmaktadr.
Katodik koruma korozyona urayan metallerin katot olarak polarizasyonunu gerektirir. Bu
korunacak metali daha aktif bir metal ile (galvanik anot veya kurban anot) eleyereksalanaca gibi dtan akm uygulayarak da gerekletirilebilir. lk yntemde koruma iin
gerekli doru akm korunan metal ve galvanik anot iftinin oluturduu elektrokimyasal hcre
tarafndan retilir.
Galvanik anotlar koruma srasnda belirli hzlarla znerek arlklarn kaybederler. Bunlar
uygun zaman aralklaryla yenileyerek koruma ilevine sreklilik kazandrlr. kinci
yntemde korunan metal ve anot iftinin akm retir nitelikte olmas gerekmez. nk
koruma iin gerekli akm uygun bir d kaynaktan ekilir.
Galvanik anotlu, katodik koruma sistemlerinde kullanlan anot malzemeleri genellikle inko,
alminyum ve magnezyumdur.
D akm kaynakl katodik koruma sistemlerinde Fe-Si, Pb-Sb-Ag ve Ti bazl anotlar
kullanlr.
Katodik olarak korunmu olan bir metal yapnn korunup korunmad aada belirtilen
referans elektrotlarn karsndaki koruma potansiyel deerlerini salamak gerekir.
izelge 2.1 Elektrod potansiyeli
Referans Elektrot Koruma Potansiyeli (mV)
Doygun kalomel elektrot (Hg2Cl2): -780
Gm-Gmklorid (Ag/AgCI): -810
Bakr-Bakrslfat (Cu/CuS04) : -850
inko (Zn): +250
Katodik korumann en fazla uyguland alanlar;
Gemilerin taban yzeylerinde,
Gemilerin balast tanklarnda,
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
32/176
32
Dubalarda ve balast tanklarnda, Yeralt boru hatlarnda, Mavnalarda ve-iskele ayaklarnda,
Petrol depolama tanklar
nda, Su depolama tanklarnda,
2.1 Katodik korumann esaslar;Katodik Koruma korozyona urayan metalin (korozyon sisteminde anot olarak davranan
metalin) potansiyelini deitirerek onu katot olarak davranmaya zorlamaktadr. znmeyen
bir soy anot yardmyla korunacak bir yap devrenin negatif kutbunu oluturacak ekilde
doru akm devresine balanr. Bu tip korumaya "DI AKIM KAYNAKLI KATODK
KORUMA" denir.
Korunacak yap, elektrik devresinin katodik kutbunu oluturduu iin doru akm
kaynandan buraya srekli bir elektron beslenmesi sz konusudur. Bu ise srekli bir elektron
k ile (Fe Fe+2+2e-) znmesi sz konusu olan metalin korozyonunun durmasna
neden olur. nk znme annda salnan ve korozyon hcresinin katoduna akan elektronlardoru akm kaynandan fazlas ile geri beslenecektir.
Katodik korumann bir baka ekli ise korunacak metalden daha aktif bir metali anot olarak
kullanarak elektrokimyasal bir devre oluturup, aktif metalin korozyonu ile korozyona kar
korunacak yapya elektron transferi salayarak yapy katot haline getirerek korumaktadr, ki
bu metoda "GALVANK ANOTLU KATODK KORUMA" denir.
Katodik korumann amac, belirli bir ortamda metal iin sabit bir potansiyel eiinin
altnda metalin elektrolit ortama gre negatif olarak kutuplatrarak korozyondan
korumaktadr.
Sonuta metal yapnn her noktasnda birim alana devaml olarak akm gelmektedir.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
33/176
33
Bu akm younluu kaplamann direncine ve o blgedeki potansiyel farkna baldr.
Dolaysyla, koruma iin seilen lt, metalin toprak/deniz ile bann kuraca minimum
potansiyelidir. lmler genellikle Bakr/Bakr Slfat elektrotu referans alnarak
yaplmaktadr.
Bu artlar altnda:
Demir iin katodik koruma -850 mVoltun altnda, Bakr iin katodik koruma -250 mVoltun altnda salanmaktadr.
Elektrolit ortam ile temas halindeki metalin her noktasnda minimum potansiyele
eriilmi olmas gerekir.
2.2 D Akm Kaynakl Katodik Koruma;Katodik koruma yaplacak yzey alann fazlalndan veya zemin korozifliinin
fazlalndan kaynaklanan akm ihtiya fazlal galvanik anotlarla karlanamyorsa d akm
kaynakl sistem tercih edilir. Ayn zamanda bu sistem zemin rezistivitesinin yksek olduuyerlerde de galvanik anotlu sistemden daha olumlu sonular verir.
D akm kaynakl katodik koruma sisteminin btn bu avantajlarnn yannda, dier
avantaj da; Akm ihtiyacnn deien koullara bal olarak drlmesine veya
ykseltilmesine izin vermesi ve iletmesinin kolay olmasdr.
D akm kaynakl katodik koruma sistemi temel olarak bir anot yata bir trafo
redresr nitesi ve bir sabit tip referans elektrodun katot (korunacak boru) la bir
elektrokimyasal devre kurmasdr.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
34/176
34
1.) YARDIMCI ANOT ZNCR2.) ANOT YATAI DOLGU MALZEMES (METALURJK KOK TOZU)3.) YER ST KESON BORUSU4.) KADE BETONU5.) YARDIMCI ANOT
6.) ANOT YATAI KAPAI7.) SABT TP REFERANS ELEKTROD
8.) TRAFO REDRESR NTES
KATOT
REFERANS ELEKTRODKABLOSU
KATOT KABLOSU
7
ANOT (1X16 EPR CSPE)KABLOSU
8
4
3
6
2
5
1
ekil 2.1 Toprak Zeminlerin D Akm Kaynakl Katodik Koruma ema
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
35/176
35
2.3 Galvanik Anotlu Katodik KorumaBoru hattna, elektrod potansiyeli elikten daha elektro negatif olan magnezyum anot
balanarak oluturulan elektrokimyasal devrede boru Hatt katot durumuna getirilerek
korozyonun nlenmesi salan
r.
Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinin istenilen akm belli bir sre kesiksiz olarak
vermesi iin anotlarn uygun ekilde seilmesi ve balantlarn evreden ok iyi yaltlmas
gerekir.
Teorik olarak, elektrod potansiyeli demirden daha elektronegatif olan her metal galvanik anot
olarak kullanlabilir. Ancak katodik koruma iin gerekli akm ve potansiyeli zamanla
deimeyecek bir ekilde salayan ve ekonomik ller iinde kullanlmas uygun olan
metaller magnezyum, inko ve bunlarn alamlardr.
Toprak elektriksel zgl direnci 4000 ohm.cm den yksek olan yerlerde ve akm ihtiyac
yksek ok uzun boru hatlarnda kullanlmas uygun deildir.
min 150 cm
KATOT KABLOSU (1X25 NYY KABLO)
KATOT
THERMAL KAYNAK
ANOT KABLOSU (1X25 NYY KABLO)
MAGNEZYUM ANOT YATAI
ZEM N KOTU
BORULU TP L KUTUSU
ekil 2.1 Kara Yaplarin Magnezyum Anotlu Galvanik Katodik Koruma emas
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
36/176
36
2.4 Katodik Koruma Sistemi Elemanlar2.4.1 Yatay Anot Yataklar
Sistem projesinde belirtilmi olan derinlikte ve genilikte korunacak olan boruya paralel
olarak ve minimum 30 mt, maksimum 100 mt olacak ekilde kurulmaldr. Anot yata
derinlii borunun derinliine gre belirlenir. Anot yata uzunluu ise sistemin ihtyia
duyduu akma gre belirlenmi miktarda yardmc anotu ieren anot zinciri boyunda
olmaldr. Anot zincirinin anot yatana indirilmesinden nce yatak tabanna 20 cm
yksekliinde kok tozu serilecektir. Anot zinciri yatan tam ortasna kok tozunun zerine
serilecek ve zeri 20 cm kok tozu ile kapatlacaktr. Anot zincirine paralel olarak ve
kelepelerle bal havalandrma borusu kullanlacaktr. Yatay anot yatann balad vebittii yerlerde havalandrma borusu yzeye kacak ve anot yata balang ve biti
noktalarnda kurulacak olan kaide betonu ierisinden perforesiz keson boru ierisinden
yzeye kan havalandrma borularnn gaz tahliyesi salanacaktr. Aada anot yata rnek
izimi verilmitir.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
37/176
37
METALURJKKOK TOZU
METALURJKKOK TOZU
METALURJKKOK TOZU
40cm
20cm
20
cm
20 cm
40 cm
20 cm
ANOT ZNCR
HAVALANDIRMABORUSU
ANOT ZNCR
400 cm
ZEMN KOTU
HAVALANDIRMABORUSU
A-A' KEST
DOLGU TOPRAK
220 cm
KESONBORU
1,6x50 cm Ti TP ANOT
5000 cm
ANOT ZNCR
HAVALANDIRMABORUSU
ANOT YATAI KAPAI
KESONBORU
DOLGU TOPRAK
ANOT YATAI KAPAI
KADE BETONU KADE BETONU
ekil 2.3 Anod Kuyusu- Yatay detay izimi
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
38/176
38
2.4.2 Derin Kuyu Anot Yataklar
Sistem projesinde belirtilmi olan derinlikte ve genilikte ve korunacak olan boruya dik
olarak minimum 30 maksimum 100 mt uzaklkta olacakekilde kurulmaldr. Anot yata
derinlii sistemin ihtiya duyduu akma gre belirlenmi miktarda yardmc anotu ieren
anot zincirini boyunda olmaldr. Anot yata ap istenen rezistivite deerini salayacak
genilikte sistem projesinde belirtilen apta olmaldr. Anot zinciri bir ask ktleye
balanarak anot zincirine kelepelerle bal havalandrma borusu ile birlikte anot yatana
sarktlmaldr. Havalandrma borusu yzeye kacak ve anot yatann yzey seviyesine
monte edilecek olan kaide betonun ierisindeki perfore edilmemi keson boru ierisinden
anot yata kapana balanacaktr. Aada derin kuyu anot yata rnek izimiverilmitir.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
39/176
39
Ac
tive
Dep
th/AktifDerin
lik
Inac
tive
Dep
th/
na
ktifDerin
lik
To T/R Unite /T/R nitesine
Mass / Ask Ktlesi
Anode Cable / Anot Kablosu
Tubular MMO Ti- Anode / Titanyum Tp Anot
Ventilation Pipe / Havaland rma Borusu
Grounbed Cap / Derin kuyu kapa
Base Concrete /Kaide Beton
Ground Level/Zemin Kotu
ekil 2.3 Derin Kuyu Anod Yata detay izimi
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
40/176
40
2.4.3 Yardmc Anotlar
Katodik koruma sistemlerinde ada yardmc anotlar olarak Karma Metal Oksit Kapl
Titanyum Tp Anotlar kullanlamaktadr. KMO Ti Tp anotlar elektrokatalitik kaplama
yntemiyle bir soy metal olan Grade 1 Titanyum tplerin karma metal oksit kaplanmasyla
elde edilir. Elde edilen kaplamal Titanyum tpler srekli ve kesintisiz elektriksel iletkenlii
salamasnn yan sra, 20 yl boyunca ktle kaybetmeme zelliine haizdir. Kara tipi KMO
kapl titanyum anotlarn maksimum akm kapasiteleri 100 A/m2, deniz tipi anotlarn ise 600
A/m2dir.
izelge 2.2 Kullanlacak olan Titanyum tp anotlarn zellikleri
1) Anot Tipi 2) Boyutlar 3) MaxAkm
k
4) Tek ZincirdeOlabilecek Max
Anot Miktarlar
5) ST 1,6/50 6) 16 x 500 mm 7) 2,50amp
8) 15
9) ST 2,5/50 10)25,4 x 500mm
11)4,00amp
12)15
13)ST1,6/100
14)16 x 1000mm
15)5,00amp
16)10
17)ST2,5/100
18)25,4 x 1000mm
19)8,00amp
20)15
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
41/176
41
2.4.4 Anot Yata Dolgu Malzemesi (Metalurjik Kok Tozu)
Karma metal oksit kapl Ti anotlar, elektriksel direnlerini azaltmak ve polarizasyonlarn
nlemek amacyla bir anot yata malzemesi iine yerletirilerek kullanlacaktr. Anot
yata malzemesi olarak metalurjik kok tozu kullanlacaktr. Kok tozu max tane ap 10
mm olacak ve 100 nolu elekten geen ksm (toz) % 5den az olacaktr. Bu koullarda anot
yata elektrik zgl direnci (rezistivitesi) 50 ohm.cmden byk olmayacaktr.
2.4.5 Katot Kablosu Balant MetoduKatodik koruma sistemlerinde kablo balantlar yaplrken termal kaynak metodu uygulamaken doru yntemdir. Termal kaynakematik izimi aada ilginize sunulmutur.
ZOLE RTKATOT BALANTI KABLO
TERMAL KAYNAK DETAYI
ELK BORU CDARI
ELK BORU KAPLAMASI
TERMAL KAYNAK BALANTISI
ZOLE DOLGU MALZEMES
ekil 2.4 Termal Kaynak Detay
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
42/176
42
Katodik Koruma Trafo Redresr nitesi
D akm kaynakl Katodik Koruma sisteminde gerekli olan doru akm iin trafo redresr
nitesi kullan
l
r. Trafo redresr nitesi ebekeden ald
alternatif ak
m
trafo nitesi iledoru akma evirip istenilen gerilime drr. Bu akm redresrden geirilerek pozitif u
anoda negatif u katoda balanr.
T/R nitesi korunan metalin bulunduu ortamdaki deiikliklere gre referans elektrodlar
yardmyla gerekli akm ihtiyacn tespit ederek otomatik olarak verilecek akm ayarlamakta
ve sisteme vermektedir.
Transformatr Redresr nitesi kullanld iklim koullarna veya yerine gre hava ve ya
soutmal olarak tasarlanlr. T/R tipinin seiminde en nemli etken trafo nitesinin en kolay
nasl soutulabileceidir.
T/R nitesi ayn zamanda el ile ve otomatik olarak alabilmektedir. n gsterge panelinde
boru ile referans elektrot arasndaki potansiyeli fark, Bal olan anotlardan ekilen akm
(amper) ve anot voltajn gsterir.
21)Besleme Gerilimi 22)Mono faz 200 250V AC, 45 65Hz23) alma Scakl 24)+70C 30 C25) Pano ls 26)800x600x1000 mm27) Doruluk Kontrol 28)Gerilim/Akm
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
43/176
43
Konrol Paneli
kaz Lambas
Gsterge Paneli ve Membran Tu Takm
AmaKapamaDmesi
41) Koruma Kontrol 42) Ters Diyot KorumasKsa Devre Korumas
Yksek Gerilim ve Akm Korumas
43) Gsterge Paneli 44) 4x20 satr Likit Kristal Gsterge (LCD)45) Balant Paneli 46) 220 AC Besleme balantlar(Ray klemens)
Anot(+)
47) Katot(-)48) Referans Elektrot
49) Redresr Grubu 50) Mikro lemci Tabanl Tristr Atelemeli sistem, Hata Kontroll51) Kontrol Modlleri 52) Anot-Katot Akm Kontrol
Anot-Katot Gerilim Kontrol
Katot-Referans Elektrot Gerilim Kontrol
ekil 2.5 rnek Trafo-Redresr nitesi Gsterge Ekran
ekil 2.6 Katodik Koruma Trafo Redresr nitesi Gsterge Paneli
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
44/176
44
D PanoYan Grnmler
Seviye Gstergesi
D Panon Grnm
ekil 2.7 Trafo Redresr nitesi Detay Resmi (Ya Soutmal)
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
45/176
45
AmaKapamaDmesi
Gsterge Paneli ve Membran Tu Takm
kaz Lambas
toroid Transformatr
ekil 2.8 T / R nitesi Detay Resmi (Hava Soutmal)
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
46/176
46
M10 Cvata
Kaide BetonKaide Beton
3 Adet Galvaniz Boru(D:50 mm)
ekil 2.9 T / R nitesi Kaide Beton Montaj Resmi
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
47/176
47
2.4.6 l Kutularl kutular, 2 mm et kalnlnda elik borudan imal edilecek ve zeri scak
daldrma galvaniz kaplanacaktr. malat TSE 5141de verilen verilere uygun olarak detay
izimlerde belirtildii ekilde yap
lmal
d
r.
Boru Hattna uygulanan koruma akmlarnn etkili olup olmadnn iletme sresince
kontrol edilebilmesi iin, boru hatt boyunca yeteri sayda l istasyonu konulmaldr.
l istasyonlar en ok 1 km yi gemeyecek aralklarla ve zellikle zemin elektrik
direncinin dk olduu blgelere gelecekekilde boru Hatt boyunca datlmaldr. Ayrca
normal l istasyonlarna ek olarak aada belirtilen noktalara da zel olarak l istasyonu
konulmaldr.
Boru Hattnn muhafaza borusu iine alnd blgelerin her iki ucuna, Akarsu ve dere geitlerine, Komu boru hatlar ile kesim noktalarna, Elektrik yaltm noktalarna, Galvanik anotlarn balant noktalarna, Kaak akmlar iin nlem alnan noktalarna, Yardmc anotlarn bulunduu anot yata zerine
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
48/176
48
ekil 2.10 l Kutusu Detay izimleri
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
49/176
49
Katot
Anot
Pirin Lama
Fiber Plaka
M4 Vida
M5 Cvata
l
Kutus
u
Kapa
ekil 2.11 l Kutusu Kapa
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
50/176
50
2.4.7 Sabit Tip Referans Elektrodinko tipli, Cu/CuSO4 ve Ag/AgCl tipli olmak zere en ok kullanlan 3 tip referans
elektrot vardr. Referans elektrot, tarifi TS-4363de verilmitir.
inko tipli referans elektrodun eliin korozyonuna sebep olmas ve boya filminde fazla
potansiyel gerilimi oluturmas sebebiyle kullanlmas mahsurludur. Ag/AgCl tipli elektrot ise
daha ok deniz suyunun kirlilik faktrlerinden etkilenmemesi ve AgCl nin znmemesi
sebebiyle deniz suyundaki lmler iin kullanlr. Bakr/Bakr slfat Referans Elektroda
toprak alt yaplarn llmesinde sk kullanlan, doygun bakr slfat zeltisi iine
elektrolitik bakr metal daldrarak yaplan elektroddur. Hazrlan TS 4363de aklanmtr.
Doygun Bakr/Bakr slfat Referans Elektrodunun standart hidrojen elektroduna kar
potansiyeli 316 mVdur.
Kullanlacak referans elektrodundan beklenen zellikler aadaki gibi olmaldr;
Referans Elektrot, devreden akm getii zaman elektrottaki omik gerilimazalmasndan dolay ortaya kan hatalar dzeltmek iin en az i dirence sahip
olmaldr.
Referans Elektrotlar, anotlara 15-20 m uzakla monte edilmelidir. Ortam artlarnda kararl ve gvenilir olmaldr. Referans elektrotun akm iddeti hibirekilde endktif etki olmamaldr Polarize olmamaldr, yeni lme devresinde yklenen akmdan dolay potansiyel
deimemelidir.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
51/176
51
POROZ SERAMK KAP
6 mm2 KESTL BAKIRTEL (L=10m)
MENTO VEYA ALI DOLGU
LEHML EK
EKZOLASYONU
BAKIRSLFAT
ZELTS
+
JELMALZEMES
DOLGU MALZEMES
(BENTONT+JPS+SODYUM SLFAT)
1x10 mm2 NYY KABLO
BEZ TORBA
ekil 2.12 Sabit Tip Referans Elektrod
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
52/176
52
Bak
rSlfat(CuSO)
Bak
rubuk
4
Pla
stikD
Kap
Kablo
Ahap Tapa
Tapa
M10 Somun
Pabu
ekil 2.13 Seyyar Tip Referans Elektrod
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
53/176
53
2.4.8 Galvanik Anot Yata ve Referans Elektrotlar in Dolgu Malzemesiizelge 2.2 Dolgu Malzemeleri
Bileenler Tip (A)** Tip B
Jibs(CaSO42H2O), (%) 70-75 25-30
Bentonit, (%) 20-25 40-50
Sodyum Slfat(Na2SO4), (%) 5-6 25-30
zgl Elektriksel Direnci (ohm.cm) 50-100 25-50
Anot yata dolgu malzemesinin kullanlmasnn salad dier avantajlarunlardr;
Anot yata iinde anot daha dzgn olarak harcanr. Bunun sonucu olarak anotktlesini kullanm yzdesi artar.
Anot yata dolgu malzemesi, anot evresini srekli rutubetli ve yatak direncinidk tutar.
Anot yata dolgu malzemesi yardm ile galvanik anotlar yksek direnlizeminler ierisinde de kullanabilmek mmkn olur.
Zemin elektrik zgl direnci dk olan zeminlerde Tip A, zemin elektrik zgl direnci
yksek zeminlerde Tip B kullanlmaldr. Zemin zgl elektrik direncinin 500 ohm.cmden
dk olmas halinde anot yata kullanlmayabilir.
2.4.9 Magnezyun AnotlarKatodik koruma sistemlerinde galvanik anot olarak en ok magnezyum anotlar
kullanlmaktadr. Magnezyun anotlarn elektrokimyasal ve kimyasal zellikleri aadaki
tablolarda verilmitir.
izelge 2.3 Magnezyun anotlarda istenmeyen elementler
Fe, %. en ok 0.020
Pb, %, en ok 0.006
Si. %. en ok 0.200
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
54/176
54
Cu, X. en ok 0.050
Mn. %. en ok 0.170
Sn, %. en ok 0.001
Ni, %. en ok 0.010
izelge 2.4 Magnezyum Anotlarn Elektrokimyasal zellikleri
Atom Arl (gr/mol) 24.3
Younluk, (g/cm3) 1,74
Elektrot potansiyeli, (mV) (Cu-CuSO4 referans elektroduna
gre. deniz suyu iinde)
-1500
Teorik akm kapasitesi (amper, saat /kg) 2200
Teorik ypranma (kfc/amper.yl) 4
Anot akm verimi. (%) 50
elie kar devre potansiyeli (mV) 550 - 700
Kullanlaca zeminin zgl elektrik direnci (Ohm.cm), en ok 4000
Magnezyum anotlar kullanlacak yere ve istenen akm ihtiyacna gre AZ 63 ve yksek
potansiyelli olarak iki tipte imal edilmektedir.
izelge 2.5 Magnezyum Anotlarn Kimyasal Bileimleri
KTLE OLARAK %ELEMENT
Yksek Potansiyelli Mg Anot AZ 63 Mg Anot
Alminyum En ok 0,05 5,3 6,7
inko En ok 0,03 2,5 3,5
Manganez 0,5 1,5 0,25 0,40
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
55/176
55
Silisyum En ok 0,05 En ok 0,3
Bakr En ok 0,02 En ok 0,08
Demir En ok 0,03 En ok 0,3
Nikel En ok 0,002 En ok 0,003
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
56/176
56
ANOT
BALANTI
METAL
BEZTORBA
ANOT
KEST
ANOTYATAIDOLGUMALZEMES
YALITIM
KABLO
Lehimli
Ek
TORBALI17
LB.MAGNEZYU
MA
NOT
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
57/176
57
2.5 Katodik Koruma Sistemleri ProjelendirmesiKatodik koruma sistemlerinin projelendirmesinde aadaki hususlara dikkat edilmelidir.
2.5.1 Zemin elektriksel zgl direnci lm ve yorumlanmasSistem elektriksel zgl direncinin lm zeminin korozifliinin tespiti asndan nemlidir.
Ayrca zemin elektriksel zgl direnci anot yata direncinin hesaplanmasnda dolaysyla her
bir anodun verebilecei maksimum akmn bulunmasnda gereklidir.
Trk Standardnda TS-5141de verilmi olan snflandrma aadaki gibidir.
izelge 2.6 Rezistiviteye gre zeminin koroziflik zellii
Zemin Elektrik zgl Direnci ( ) Zemin Korozif zellii
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
58/176
58
ZEMN KOTU
ekil 2.14 Wenner Metodu
2.5.2 Zemin Redoks Potansiyelinin llmesiZeminin koroziflik zelliini tam olarak belirleyebilmek iin, boru Hatt boyunca
gerekli grlen yerlerdeki redoks potansiyeli deerleri de llr. Balk, bataklk gibi baz
zeminlerde anaerobik ortamlarda yaayan baz bakteri trleri korozyon hzn artrc olarak
rol oynarlar. Bunlardan en nemlisi slfat redkleyici (deslfovibro desulfuricans)
bakterilerdir. Bu bakteri anaerobik ortamlarda slfatn bileiminde bulunan oksijeni
kullanarak slfre dntrr. Yani (+6) deerli kkrd (-2) deerli kkrt haline indirger.
Ayrca boru yzeyinde slfat bulunmamas halinde katodik reaksiyon sonucu oluan hidrojen
atomlarn harcayarak boru yzeyinin depolarize olmasna neden olurlar. Bu olay korozyonun
ve katodik koruma yaplm borularda akm ihtiyacnn artmasna neden olur.
Bir zeminde anaerobik korozyonun mevcut olup olmad, zeminin redoks potansiyeli
llerek anlalabilir. Redoks potansiyelini lmek iin platin elektrot kullanlr. Platin
elektrot zemin iine daldrldktan sonra herhangi bir referans elektrot ile arasndaki
potansiyel fark llr. Redoks potansiyeli deerleri gz nne alnarak zeminler aadaki
ekillerde snflanabilir;
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
59/176
59
izelge 2.7 Redoks potansiyeline gre zeminin koroziflik zellii
Redoks Potansiyeli, mV Zemin Korozif zellii
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
60/176
60
X 1,5 gvenlik katsays alnmaldr.
Akm ihtiya katsays borunun cinsi, kaplamas, iinde bulunduu ortam, ya v.b. kriterlerle
deikenlik gstermektedir. rnein BURSU 12 projesi kapsamnda yaplan katodik
koruma ilerinde Bitm kapl elik borular iin akm ihtiya katsays 0,96 mA / m2
alnmken polietilen kapl elik borular iin 0,29 mA / m2 alnmtr.
Akm ihtiyac tayininde daha gvenli ve kesin metod akm ihtiya testi uygulanmasdr. Bu
test korunacak olan metal yapya bir test trafosu yardmyla kurulacak olan geici anot yata
zerinden akm vermek kouluyla koruma kriterini salayan akmn tespit edilmesidir.
2.5.4 Katodik Koruma Sistem SeimiKatodik koruma sistemi olarak iki ayr alternatifimiz vardr.
1. Galvanik anotlu katodik koruma2. D akm kaynakl katodik korumaSistem seimi yaplrken dikkat edilmesi gereken konu en nce sistemin iletme kolayl ve
ekonomikliidir. Galvanik anotlu sistem daha dk akm ihtiyac olan yaplarda ekonomik
zmler sunabilirken d akm kaynakl sistem byk sistemlerde gerek ekonomik adan
gerekse sistemin sal asndan galvanik anotlu sitemden ok daha iyi netice vermektedir.
Galvanik anotlu sistemin tercih edilecei durumlar;
1. Elektrik temininin mmkn olmad ya da pahalya malolduu durumlar2. Akm ihtiyac olduka dk sistemler3. Trafo iletme ve bakmnn yaplamad durumlar4. Keson gei borularD akm kaynakl sistemin tercih edilecei durumlar;
ok dk akm ihtiyacna sahip sistemler haricinde hemen her sistemde kd akm kaynakl
sistem uygulanabilir. Gnmzde enerji temini eitli dahili enerji kaynaklar ile kolaylkla
salanabilmektedir. (Rzgar jeneratr, gne paneli) Bunun yan sra trafo nitesinin
merkezden uzak olduu yerlerde bakmnn zor olaca dnlerek d akm kaynakl
sistemin tercih edilmemesi olduka yaygndr. Bunun zm de SCADA sistemiyle
birbiriyle haberleen trafolar ve merkezi bilgisayardr.
Ayrca her ne koul olursa olsun ok yksek akm ihtiyacna sahip sistemlerde d akm
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
61/176
61
kaynakl katodik koruma sisteminin kullanm bir zorunluluktur.
Tm bunlarn yan sra yksek elektriksel dirence sahip zeminlerde galvanik anotlu sistem
kullanm salkl deildir. 4000 ohm.cmden daha yksek elektriksel zgl dirence sahip
sistemlerde Mg anotlu sistemin kullanlmamas TSE 5141 tarafnda nerilmektedir.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
62/176
62
2.6 Katodik Koruma Sistemlerinin Devreye Alnmas2.6.1 D Akm Kaynakl Katodik Koruma
Katodik koruma sistemi kurulduktan ve trafo redresr nitesi almaya baladktan sonar
ksa bir sure hattn polarizasyonunu tamamlamas iin beklenir. Hat polarizasyonunu
tamamlayana kadar yaplan lmler yanltcdr.
Sistem almaya balad andan itibaren d akm kaynakl katodik koruma l
kutularndan okunacak katot zemin potansiyeli 850 mVun mutlak deerinin zerinde
olmaldr. Bakteriyel korozyon riski bulunan yerlerde bu deerin 950 mVun zerindeolmas gerekmektedir.
Ayrca trafo redresr nitesi drenaj noktasndan hatta verilecek potansiyelin kt kaplanm
borularda 1500 mV un mutlak deerinden yksek olmas kaplama bozukluklarna sebep
olabilmektedir.
Sistem kontrolleri her mevsimde en az bir kez yaplmaldr. Tm hattn dolalmas mmkn
olmayan durumlarda en azndan kritik noktalar kontrol edilmelidir. Kritik noktalar;
Har ba, hat sonu, dere geileri, by-pass kablosu balant noktalar, izole flan noktalar v.s.
2.6.2 Galvanik Anotlu Katodik KorumaGalvanin anotlu katodik koruma iin de sistemin kontrol ayn kriterleri iermektedir. Ancak
galvanik anotlu sistemde ayrca anot zemin potansiyeli ve anot katot akm lmleri de
yaplmaldr. Bu lmler kullanlan anotlarn nizami olup olmadklar konusunda ve
miktarlar hakknda bizi bilgilendirici niteliktedir.
Her iki sistem iin de hattn devreye alnmas sonucunda eer hat zerinde A.C. akm
grlrse polarizasyon hcresi yardm ile bu A.C. akmn boru zerinden alnmas gerekir.
-
8/3/2019 Katodik Koruma Sistemleri Yeni Uygulamalar Ve Ekonomik Analiz Cathodic Protection Systems New Applications and
63/176
63
3. BORU HATLARINDA DI AKIM KAYNAKLI KATODK KORUMASSTEMNNN HESABI
ekil 3.1 D akm kaynakl katodik koruma istasyonunun genel grn
elik borunun katodik olarak korunmas iin
Bakr/Bakr slfat referans elektroduna ghre boru-toprak veya boru-su potansiyeli -850mV veya daha negatif olacaktr.
Topraa gml veya suya daldrlmi boru yzeyi ile Bakr/BakrSuklfat referanselektrodu arasndaki polarizasyon kaymas 100 mV veya daha fazla olmaldr.
3.1 Boru Hatt Karakteristikleri3.1.1 Boru hatt uzunluu :km cinsi