Özel Çevre Koruma Bölgeleri Biyoçeşitlilik İzleme ve Koruma ...
Katodik Koruma Es
-
Upload
api-3731669 -
Category
Documents
-
view
2.843 -
download
2
Transcript of Katodik Koruma Es
www.kimyamuhendisi.com
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
KİMYA METALURJİ FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
KOROZYON
KATODİK KORUMA
HAZIRLAYAN:
00051059 EMEL ŞENDENEL
BAHAR 2004
www.kimyamuhendisi.com
ÖZET
Yapılan araştırmalara göre korozyon ve korozyondan doğan hasarlar tahmin edilenin de
çok üstündedir. Özel işletmeler ve yerlere göre bu değer daha yüksek rakamlar
göstermektedir. Bu da işletmenin verimli ve karlı çalışmasını etkilemektedir. Hatta gerekli
önlemler alınmazsa işletmenin çökmesine veya yenilenmesine sebebiyet vermektedir.
Korozyonla savaşımda dünyada bir çok teknikler kullanılmaktadır.Bunlardan bir tanesi de
Katodik Korumadır. Projemde de, katodik koruma hakkında kısaca bilgi verilmektedir .
www.kimyamuhendisi.com
TEŞEKKÜR
Bizi böyle bir projeyi araştırmaya sevk eden ve bana yol gösteren değerli hocamız Sayın
Prof. Dr. Sabriye Pişkin ’e ve benden çalışma ve araştırmalarımda yardımlarını
esirgemeyen Emek Möröydor Derun’a teşekkür eder saygılarımı sunarım .
www.kimyamuhendisi.com
GİRİŞ
Metalik malzeme içerisinde bulunduğu ortam tarafından korozyon adı verilen tahribata
uğrar ki, bu olay halk arasında paslanma olarak tanınır.Pas bir korozyon ürünüdür.Metal ve
alaşımların içinde bulundukları ortamın elektro kimyasal etkisi ile tahribatına
KOROZYON denir.Yüzeyden kopan pas tabakaları,yeni pas tabakalarının oluşmasına ve
metalik yapının delinmesine ve fonksiyonunu yitirmesine yol açar.
Genel olarak korozyon ortamları :
- Toprak altı, su altı, atmosferik ortam ve özel kimsayal ortamlardır.
- Endüstride ve güncel yaşamımızda korozyonun etkilediği yapıtlar.
- Toprak altında : Boru hatları, tanklar, temel kazık ayakları vb...
- Atmosferik ortam : Bütün metal ve metal alaşımlardır.
- Kimyasal ortamlar : Kimya fabrikalarındaki tanklar, Özel kimyasal malzemelerin
kullanıldığı metalik yapıtlar.
Korozyonla savaşımda dünyada bir çok teknikler kullanılmaktadır.
- Bunlardan başlıcaları ;
- Katodik Koruma ( Toprak altı , su ve su altı sistemlerine )
- Anodik Koruma ( Su ve Asidik ortamalar )
- Metalik ve metalik olmayan kaplamalar (Kısmen su , Asidik ve atmosferik ortamlar)
- Boyama ( genelde atmosferik ve sulu ortamlar )
www.kimyamuhendisi.com
İÇİNDEKİLER
1 . Korozyonun Tanımı
2 . Korozyonun Mekanizması
3 . Korozyon Reaksiyonları
4 . Korozyondan Korunma Teknikleri
5 . Korozyondan Korunmak İçin Yapılması Gerekenler
6 . Katodik Koruma Nedir?
7 . Katodik Korumanın Uygulama Alanları
8 . Katodik Korumanın Esasları
9 . Minumum Potansiyel Yaklaşımı
10 . Galvanik Anotlu Katodik Koruma Sistemi
11 . Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemi
12 . Sistemlerin Karşılaştırılması
13 . Katodik Koruma Kriterleri
14 . Kaplamalarla Birlikte Kullanma
15 . Yeraltı Tanklarında Katodik Koruma
16 . Beton İçi Korozyona Karşı Katodik Koruma
17 . Galvanizli Saçlarda Katodik Koruma
18 . Gemilere Katodik Koruma
19 . Sonuçlar Ve Tartışma
20 . Kaynaklar
www.kimyamuhendisi.com
1 . KOROZYONUN TANIMI
Korozyon genel anlamda , kademeli bir aşınma veya kimyasal ve/veya elektro kimyasal
reaksiyonlarla bozunca olarak tanımlanır. Korozyon, metallerin mekanik yollar dışındaki
bozunumları olarak ta tanımlanır böylece metal doğadaki haline döner. Demir ve çelik
genellikle ; oksijen ve suyun bulunduğu her ortamda korozyona uğrar.
Korozyonun hızı, ortam koşullarına göre değişir. Örneğin, su içinde suyun hızı yada
asitliğiyle , metalin hareketiyle sıcaklıkta yada havalanmadaki artışla, bazı bakterilerin
veya başka etkili bir takım faktörlerin varlığıyla artış gösterir. Diğer taraftan, korozyon
koruyucu tabakalarla (veya filmler) geciktirilir. Suyun alkalinitesi de çelik yüzeylerde
korozyon hızını azaltır. Ama korozyonun gerçekleşebilmesi için daima su ve oksijen
gereklidir. Korozyon miktarının her ikisi de belirler. Örneğin , kuru havada çelikte
korozyon görülmez. Havadaki nem oranı %30'un altında ise normal veya normalin
altındaki sıcaklıklarda korozyon önemsenmeyecek kadar azdır. Korozyonun, rutubeti
giderme yoluyla engellenmesi buna dayanır. Bütün metal yapılar doğal çevrede belli
derecelerde korozyona uğrar. Tunç, prinç, paslanmaz çelik , çinko ve alüminyum koruma
olmaksızın uzun süre dayanacakları umulan kullanım koşulları altında çok yavaş bir
korozyona uğrarlar. Demirin ve çeliğin yapısal korozyonu, metal gerektiği ölçüde
korunmazsa hızla ilerler. Demir ve çeliğin bu korozif hassasiyeti önemli bir ilgi odağıdır.
Çünkü uygun maliyetleri ve fiziksel özellikleri gözönüne alındığında çok büyük miktarlar
kullanılmaktadır. ABD'de çeliğin korozyonundan dolayı yıllık kayıp 70 milyar dolara
yakın bir değere ulaşmaktadır. Demir ve çeliğin korozyona karşı korunması bakım
mühendislerinin vazgeçilmez bir alanıdır.
www.kimyamuhendisi.com
2 . KOROZYONUN MEKANİZMASI
Islak atmosferde, yeraltında, beton içinde yada su altında metallerdeki korozyon; bir
metalden diğerine,aynı metalin yüzeyinden bir noktadan diğer bir noktaya geçen galvanik
akımlarından kaynaklanır. Bu elektrik akımlarının gerçekleşebilmesi için elektrik akımının
geçişine izin veren ortamda ıslak bir iletken veya elektrolit olmak zorundadır. Korozyonun
görülebilmesi için elektrolitin varlığı vazgeçilmez bir koşuldur. Sulu ortam özellikle de
tuzlu su mükemmel bir elektrolittir .
Metaller üzerinde belirtilen korozyon tipleri aşağıdaki gibidir:
• Uniform (homojen dağılımlı ) korozyon
• Yerel (delinme) tipi korozyon
• Galvanik korozyon
• Gerilimli korozyon
• Erozyon korozyonu
• Yorulmalı korozyon
www.kimyamuhendisi.com
3 . KOROZYON REAKSİYONLARI
Metaller nötr haldeki atomlarının en dış kabuğundaki serbest elektronlarını vererek iyon
oluşturmak eğilimi gösterirler .
Korozyonun sebebi, kararsız haldeki metalin serbest elektronlarını vererek pozitif iyon
oluşturması, elektronları alan mukabil malzemenin ise negatif iyon oluşturması neticesinde
pozitif iyonlarla negatif iyonlar arasındaki çekim kuvveti ile iyonik bağlı kararlı bir metal
bileşiğinin metalin yüzeyinde bir korozyon ürününe, yani pasa dönüşerek metali tahrip
etmesidir.
Korozyon reaksiyonları, bir çift anodik ve katodik reaksiyonların toplamıdır.
Anodik Reaksiyon : Fe° =>Fe++ + 2e¯
Katodik Reaksiyonlar : ½ O2 + H2O + 2e¯ => 2(OH)¯
2H+ +2e¯ => H2 (Asitli ortamda)
Toplam Reaksiyon : Feº+½O2+H2O => Fe(OH) 2 (Pas)
4 . KOROZYONDAN KORUNMA TEKNİKLERİ
• Korozif elemanların ortamdan uzaklaştırılması
• Ortama frenleyici ilavesi
• Anodik frenleyiciler
• Katodik frenleyiciler
• Çift etkili frenleyiciler
• Konsantrasyonun değiştirilmesi
• Sıcaklığın değiştirilmesi
• Korozif ortamın hızının değiştirilmesi
• Uygun malzeme seçimi
• Alaşım elementi ilavesi (Pasifleştirme – Nötralize etme)
www.kimyamuhendisi.com
• Kaplama (Metalik kaplama-püskürtme , Elektrolitik kaplama , Daldırma ,
Difüzyonla kaplama , Organik kaplamalar , İnorganik kaplamalar )
• İşletmede alınan tedbirler.
Tablo 1 'de korozyondan korunma teknikleri görülmektedir.
Tablo 1. Korozyondan korunma teknikleri
KOROZYONDA KORUNMA TEKNİKLERİ
Malzemede alınan önlemler İşletmede
alınan
önlemler
Ortamda alınan
önlemler
Katodik
koruma Malzeme
seçimi
Kaplama
Metal Metal olmayan
Sıcaklığın
değiştirilmesi
Metal
Daldırma
Organik
İnorganik
Geçici
koruma
altında
taşıma ve
depolama
sırasında
alınan
önlemler
Hızın
değiştirilmesi
Sementasyon
Boya
Korozif
elemanın
ortamdan
uzaklaştırılması
Dış akım
kaynaklı
katodik
koruma
Metal dışı
Met
püskürtme
Lastik ,
pist
Kimyasal
dönüşümlü
kaplamalar
Tasarım
aşamasında
alınan
önlemler
Konsantrasyonun
değiştirilmesi
Galvanik
katodik
koruma
Alaşımlama
Cladleme
Asfalt
kaplama
Seramik
emaye
kaplama
www.kimyamuhendisi.com
5 . KOROZYONDAN KORUNMAK İÇİN YAPILMASI GEREKENLER
• Uygun tasarım
• Uygun malzeme seçimi
• Yeterli yüzey kaplaması
• Katodik koruma
• Anodik koruma
olarak gruplandırılabilir. Bu önlemler grubundan katodik koruma dışındakiler korozyon
hızını azaltan , başka bir deyimle korozyonu kısmen önleyen yöntemlerdir. Katodik
koruma ise korozyonu tamamen önleyen etkili ve rakipsiz bir yöntemdir.
www.kimyamuhendisi.com
6 . KATODİK KORUMA NEDİR?
Korozyona karşı önlemlerin en güçlüsü KATODİK KORUMA dır. Katodik korumanın
temel ilkeleri elektro- kimyasal korozyon teorisine dayanmaktadır.
Su , su altı ve toprak altı sistemlerine uygulanır. Korozyon bir elektro kimyasal bir olay
olduğu için , sistemde elektron alış verişi olur. Doğada bulunan elementlerin birbirlerine
göre kimyasal olarak zayıf ve kuvvetli olanları vardır. Kuvvetli elementler zayıf olan
elementlerden elektron koparırlar ve böylece zayıf olan elementleri korozyona uğratırlar.
Zayıf olan elementleri korozyondan korumak için kuvvetli olan elementlere dışardan
elektron verilerek bu denge sağlanır veya elektron alış verişin olduğu ortam ile yapı arası
polarizasyon sağlanılarak bağlantısı kesilir. Bu olaya KATODİK KORUMA denir.
Dünya çapında , boru hatları ,depolama tankları, kuyu iç boruları, yapı destekleri , iletişim
kabloları ve daha bir çoğu gibi yeraltı metalik yapılara çok büyük yatırımlar yapılmaktadır.
Bu metalik elemanlar toprakla doğrudan temas halinde olurlarsa ve korunmamışlarsa ,
korozyona maruz kalırlar. Yüzeye uygulanan çok çeşitli kaplama biçimleri kullanılarak bu
sorun aşılmaya çalışılmıştır. Böyle kaplamalar etkili olabilmişlerse de küçük delikler
daima varolmuştur. Bu mikro delikler kaplanmamış çıplak metale geçiş imkanı sağlar ve
korozyonun gerçekleşmesine izin verir. Sonradan uygulanan onarımlar fazlasıyla pahalıdır.
Buna ek olarak ,ortaya çıkarılmamış zayıf noktalar (veya sızıntı ) kazalara neden olabilir
veya yolların çökmesi yada petrol sızıntılarının çevreye zarar vermesi gibi tehlikelere yol
açabilir. Katodik koruma ile , çıplak metaller ve kaplanmış metallerdeki korozyon
tamamen önlenebilir. Uygulamada, çelik,bakır,pirinç,kurşun ve alüminyum gibi metallerle,
her türlü toprakta ve hemen hemen bütün dengeli ortamlarda korozyona karşı katodik
koruma ile korunabilirler. Ayrıca katodik koruma , intergranuler korozyonu ,stres-
korozyon çatlamasının ,pirincin çinko kaybını veya paslanmaz çeliğin deniz suyu içinde ve
çeliğin yeraltında çukurlaşmasını ortadan kaldırmada da etkili olarak kullanılır. 1824'de Sir
Humprey Davy, demir veya çinkoyu bakırla eşleştirerek bakırın korozyona karşı
korunabileceğini kaydetti. İngiltere Deniz Kuvvetleri Komutanlığı, katodik koruma
sağlamak için demir blokları , bakır-plaka kaplı geminin tekne kısmına tutturdu. Ne yazık
ki , uygulanan katodik koruma sisteminin gövdeye monte edilen kısımlarından dolayı
gemilerin hızını yavaşlatması deniz kuvvetleri bu uygulamadan vazgeçmeye zorladı.
Ancak, bakırın korozyon hızı görülebilir bir şekilde yavaşladı. 1829'da, Davy,
www.kimyamuhendisi.com
şamandıraların demir kısımlarını korumada başarılı oldu. 1840'da Robert Maller kurbanlık
anoda kısmen uyan bir çinko alaşım üretti. 1950 yılına kadar gemilerin korunumu
araştırılamadı. Kanada Deniz Kuvvetleri , korozyona dirençli boyalarla birlikte kullanılan
antifouiling boyaların uygun kullanımıyla geminin katodik korumasının yapılabilir ve
maliyetinin düşürülebilir olduğunu tespit etti. 1910-12 yıllarında elektrik akımı vasıtasıyla
katodik korumanın ilk uygulamaları İngiltere ve ABD'de yapıldı. O zamandan beri katodik
korumanın kullanımı dünya çapında yaygınlaştı. Günümüzde bu uygulamalarla korunan
binlerce km gömülü boru ,iskele,tank,gemi ve kablo vardır.
7 . KATODİK KORUMANIN UYGULAMA ALANLARI
En Fazla Kullanılan Alanları:
Boru hatları : İçme Suyu Boru Hatları, Doğalgaz Boru Hatları, Petrol Boru Hatları, Yangın
Hidrant Boru hatları, Deniz altı Boruları, Atık Su boruları..
Deniz yapıtları : Yük Gemiler, Feribotlar, Deniz Otobüsleri, Denizatı Gemisi, Yatlar,
Liman – İskele ve Platform, Kazık Ayakları, Palplanşlar, Dubalar ..
Tanklar : Yer altı LPG, Akaryakıt Tankları, Atık su tankları, Yer üstü Akar yakıt tankları
( İçleri ve taban kısımları )..
Su Sistemleri : Boyler Tankları, Eşanjör soğutma ve ısıtma sistemleri, Elektrikli
termosifonlar
Diğer Kullanma Alanları :
Buharlaştırıcıda, ısı değiştiricilerde su borularında,
Kurşun kılıflı kablolarda
www.kimyamuhendisi.com
8 . KATODİK KORUMANIN ESASLARI
Katodik korumanın temeli korunacak metali bir pilin katodu haline getirmektir. Bu temel
prensip bir Cu-Zn pili polarizasyon diyagramında gösterilmiştir. Eğer katodun
polarizasyonu, korozyon potansiyelinin ötesinde anodun açık-devre potansiyeline bir dış
akım uygulanmasıyla devam ettirilirse, her iki elektrotta aynı potansiyele ulaşır, çinkonun
korozyonu gerçekleşmez. Akım, yardımcı anottan korozyon hücresinin anodik ve katodik
alanlarına girer, ve DC kaynağına geri döner.
Katodik koruma dıştan akım verilerek, anodun potansiyellerinin açık devre potansiyeline
getirilmesi şeklinde de uygulanabilir bunun sonucu olarak metalin bütün yüzeyi aynı
potansiyele ulaşır ve korozyon durur. Anodun açık-devre potansiyeli FA ötesinde polarize
olursa korozyon için bu fazla akımın değeri yoktur Bu durum kaplamalara zararlı olabilir.
Bundan dolayı ,asıl uygulamada bu akım kuramsal olarak minimuma yakın tutulur. Eğer
akımın, komple korunma için gerekli olan seviyenin altına düşerse koruma kısmi olur,
yeterli olmaz. Demir ve çelik yapıların tam olarak korunabilmesi için gerekli olan kriter
şunlardır. Metalin her noktasında ölçülen potansiyel değerinin Cu/CuSO4 referans
elektroduna göre -850 mV veya daha negatif olmalıdır. Çelik yapıya uygulanan akım
kendiliğinden 15 sn içinde potansiyelinin 100 mV düşmesi Hiç akım uygulanmadan
ölçülmüş olan doğal potansiyeline göre çelik yapının-300 mV polarize edilmesi.
İki türlü uygulanışı vardır ;
Dış akımlı sistem : Alternatif akım doğru akıma çevrilerek verilir.
Galvanik Usul : Elementler arasındaki EMK ( Elektro Motor Kuvvet ) den yaralanılır.
Katodik koruma,korozyona uğrayan (korozyon sisteminde anot olarak davranan) bir
metalin potansiyelini değiştirerek onu katot olarak davranmaya zorlamaktadır.Çözünmeyen
bir soy anot yardımıyla korunacak bir yapı devrenin negatif kutbunu oluşturacak şekilde
doğru akım devresine bağlanır.Bu tip korumaya ‘’Dış Akım Kaynaklı Katodik
Koruma’’denir.
www.kimyamuhendisi.com
Katodik korumanın bir başka şekli ise korunacak metalden daha aktif bir metali anot olarak
kullanarak yapay bir pil devresi oluşturup,aktif metalin korozyonu ile Korozyona karşı
korunacak yapıya elektron transferi sağlayarak yapıyı katot haline getirerek korumaktadır
ki bu metoda ‘’Galvanik Anotlu Katodik Koruma’’denir.
Galvanik anotlar koruma sırasında belirli hızlarla çözünerek ağırlıklarını kaybederler.
Bunları uygun zaman aralıklarıyla yenileyerek koruma işlevine süreklilik kazandırılır.
İkinci yöntemde korunan metal ve anot çiftinin akım üretir nitelikte olması gerekmez.
Çünkü koruma için gerekli akım uygun bir dış kaynaktan çekilir. Yavaş çözünürlük
yanında ekonomik olan malzemeler anot malzemesi olarak kullanılır.
Galvanik anotlu, katodik koruma sistemlerinde kullanılan anot malzemeleri genellikle
çinko, alüminyum magnezyum dur.
Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde Fe-si, Pb-Sb-Ag, Ti bazlı anotlar
kullanılır.
Katodik olarak korunmuş olan bir metal yapının korunup korunmadığı aşağıda belirtilen
referans elektrotların karşısındaki koruma potansiyel değerlerini sağlamak gerekir.
Referans Elektrot Koruma Potansiyeli
(miliVolt)
Doygun kalomel elektrot
(Hg2Cl2) -780
Gümüş-Gümüş Klorid
(Ag/AgCI) -810
Bakır-Bakır-Sülfat (Cu/CuS04) -850
Çinko (Zn) +250
www.kimyamuhendisi.com
Katodik korumanın amacı, belirli bir ortamda her metal için sabit bir potansiyel eşiğinin
altında metali toprağa göre negatif olarak daha negatif olarak yükleyerek her tür
korozyondan korumaktır.(Şekil 1)
Şekil 1 Metalin korozyonu ve katodik korunması
Sonuçta metal yapının her noktasında birim alana devamlı olarak akım gelmektedir. Bu
akım yoğunluğu kaplamanın direncine, ve o bölgedeki potansiyel farkına bağlıdır.
Dolayıyla, koruma için seçilen kriter, metalin toprak/deniz ile bağının kuracağı minimum
potansiyelidir. Ölçümler genellikle Bakır/Bakır Sülfat elektrotu referans alınarak
yapılmaktadır.
Bu şartlar altında:
Demir için katodik koruma -850 mili Voltun altında,
Bakır için katodik koruma -250 mili Voltun altında sağlanmaktadır.
Toprak/Deniz ile temas halindeki metalin her noktasında minimum potansiyele
erişilmiş olması gerekir
www.kimyamuhendisi.com
9 . MİNUMUM POTANSİYEL YAKLAŞIMI
Uygulanan yöntem ne olursa olsun koruma için temel şart,korozyona uğrayan metali
polarize ederek potansiyelini(EM) anodik çevrelerin açık devre potansiyeli(EA) hizasına
kaydırmaktadır.Bu potansiyeli minimum potansiyel (Emin) olarak adlandıracağız. Minimum
potansiyel (Emin) katodik korunma yönteminin akım ihtiyacını (I gerek ) belirler.
Korunan metal ve galvanik anot çifti tarafından üretilen veya dış akım kaynağından
verilen akım (I uyg )bu akım ihtiyacını karşılar büyüklükte olmalıdır.Tam koruma ancak bu
şartla sağlanır.(Şekil 2)
www.kimyamuhendisi.com
10 . GALVANİK ANOTLU KATODİK KORUMA SİSTEMİ
Korunması gereken metalden daha elektronegatif bir metal ile bir bataryada galvanik çift
oluşturulur.Bu bataryada, pozitif elektrot, yani anot tahrip olurken diğeri yani katot
polarizasyona maruz kalır.Bu tür korumada güç azdır ve anodun kullanım süresi
sınırlıdır.Bu sebeple bu tür koruma uzun olmayan yada çok iyi yalıtılmış hatlar ile geçici
korumalar için ve 10 mA civarında akım ihtiyacında kullanılır. Bu tip koruma verilen
düşük akımdaki diğer şebekeleri etkilemediğinden avantajlıdır Diğer yandan potansiyel
ayarlanmasına imkan tanımadığından bu konuda elverişsizdir. (Şekil 3)
Şekil 3 Galvanik anotlu katodik koruma sistemi
www.kimyamuhendisi.com
Sistemin galvanik anotlu olarak belirlenmesi daha uygun olduğu koşularda , anot tipinin en
ekonomik ve en uzun ömürlü olanını tercih etmek gereklidir. Aşağıda anot tipleri hakkında
genel bilgiler sunulmuştur.
Magnezyum Anotlar
Zemin içindeki elektrot potansiyeli yüksek olduğu için, yer altı yapılarının katodik
korumasında genellikle magnezyum anot kullanılır. Pratikte iki tip magnezyum anot
kullanılır. Bunun biri Az-63 standardındaki magnezyum diğeri de yüksek potansiyelli
magnezyum anottur.
Grafit Anotlar
Petrol kokunun yüksek sıcaklıkta eritilerek grafit haline getirilmesi ile Grafit anot yapısı
elde edilir.Grafit anotlardan en fazla 2 mA/cm2 akım çekilebilir. Fakat zemin içinde
1mA/cm2’den fazla akım çekilmesi halinde anot 1-2 yıl içerisinde kullanılmaz hale gelir.
Demir Silikon Anotlar
%14-15 oranında silisyum ve % 1-2 oranında karbon ve mangan elementlerinden oluşan bu
anot tipi, yüzeyinde SiO2’den bir film tabakası ile kaplanmıştır. Bu Film tabakası sayesinde
pasifleşerek anot ömrü uzatılmıştır. Buna rağmen deniz suyu ve klorun iyonun bulunduğu
ortamlarda yüzeydeki film tabakası kalkarak anodun kütle kaybının hızlanmasına neden
olmaktadır.
Alüminyum Anotlar
Alüminyum anotlar genelde galvanik anot olarak kullanılmaktadırlar. Ucuz ve hafif oluşu
ve korozyon ürünleri (alüminyum tuzları ) içme suyunu kirletmedikleri için su tanklarının
dış akım kaynaklı katodik korumasında yardımcı anot olarak kullanılmak üzere tercih
edilirler.
www.kimyamuhendisi.com
Gümüş-Kurşun Anotlar
Kurşun değişik alaşımlar halinde deniz suyu içerisinde kullanılır. Kurşun anotların
yüzeyleri, elektriksel iletkenliği çok yüksek olan kurşun peroksit tabakası ile
kaplanmaktadır. Bu oksit tabakası anodun tahrip olmadan uzun süre yüksek performans ile
çalışabilmesini sağlamaktadır. Örneğin %1-2 oranında gümüş kurşun anotlardan 300
mA/m2 akım çekilebilmektedir. Endüstride daha çok Ag + Sb + Pb alaşımları anot olarak
kullanılmaktadır. 5cm çapında ve 30 cm boyundaki bir kurşun anottan deniz suyu içinde 5-
20 amper akım çekebilmek mümkündür.
Çinko Anotlar
Yer altı ve sualtı yapılarında galvanik anot olarak saf çinko kullanılabilir. Deniz içinde
kullanılan anotlar %0,1-0,5 oranında alüminyum içerir.
www.kimyamuhendisi.com
11 . DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODİK KORUMA SİSTEMİ
Bu sistemde sürekli akım kaynağı kullanılır.Negatif kutup, korunacak boruya pozitif kutup
da zemin yatağı yada toprak plakasına bağlanır.Zemin anot yatağına karma metal oksit
kaplı titanyum tüp veya şerit anotlar yerleştirilir.Anotlar kendini yok ettiğinden ve elektrik
akımı yüksek olduğundan 20 yıl 'a uygun bir kullanım süresi için gerekli malzeme
öngörülmektedir. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi,galvanik anotlu katodik
koruma sisteminden daha güçlüdür ve potansiyel ayarlaması mümkündür.Ancak çevredeki
şebekeleri etkileme gibi bir mahsuru vardır.Bu koruma tipi büyük şebekelerde tavsiye
edilir.Potansiyel uyarlamaları ile adaptasyonda elastikiyet sağlar. Fakat dağıtım
şebekelerinde diğer şebekelere etkisinin engellenmesine dikkat edilmelidir(Şekil 4).
Şekil 4 Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi
www.kimyamuhendisi.com
Katodik koruma yapılacak yüzey alanın fazlalığından veya zemin korozifliğinin
fazlalığından kaynaklanan akım ihtiyaç fazlalığı galvanik anotlarla karşılanamıyorsa daha
ucuz olan bir katodik koruma sistemi yöntem olan dış akım kaynaklı sistemi tercih edilir.
Aynı zamanda bu sistem zemin rezistivitesinin yüksek olduğu yerlerde de galvanik anotlu
sistemden daha olumlu sonuçlar verir.
Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminin bütün bu avantajlarının yanında, diğer
avantajları da ; akım ihtiyacı sonraki değişen koşulara bağlı olarak düşürülmesine veya
yükseltilmesine izin vermesi ve işletmesinin kolay oluşudur.
Dış akım kaynaklı sistemlerde kullanılan malzeme ve teçhizat hakkında aşağıda bilgi
verilmiştir.
Etüd Proje
Etüd Proje için gerekli veriler:
Zemin Özgül direnci
Zemin Redoks Potansiyeli
Yüzey Kaplaması
Yüzey Alanı
Katodik koruma için gerekli akım ihtiyacı boru alanı,boru kaplamasına zemin
rezistivitesine göre akım ihtiyacı tespit edilir. Akım ihtiyacına sağlayabilecek T/R ünitesi
ve Anot sayısı ve cinsi tespit edilir. Anotlara uygun olarak anot yatağı tasarlandıktan sonra
gerekli ölçüm istasyonları (Ölçü kutuları) boru hattı üzerine 500-1000 m aralıklarla
yerleşim yerleri belirlenir.
Trafo Redresör Ünitesi
Dış akım kaynaklı Katodik Koruma sisteminde gerekli olan doğru akım için trafo redresör
ünitesi kullanılır. Trafo redresör ünitesi şebekeden aldığı alternatif akımı trafo ünitesi ile
doğru akıma çevirip istenilen gerilime düşürür. Bu akım redresörden geçirilerek pozitif uç
anoda negatif uç katoda bağlanır.
www.kimyamuhendisi.com
Transformatör Redresör Ünitesi Kullanıldığı iklim koşullarına veya yerine göre hava ve
yağ soğutmalı olarak tasarlanılır. T/R tipinin seçimin de en önemlisi trafo ünitesinin en
kolay nasıl soğutulabileceği önemlidir.
T/R ünitesi aynı zamanda el ile ve otomatik olarak çalışabilmektedir. Ön gösterge
panelinde Boru ile referans elektrot arasındaki potansiyeli farkı, Bağlı olan anotlardan
çekilen akımı (amper) ve anot voltajını gösterir.
Platin-Titanyum Anotlar
Titanyum metali üzerine 5-10 mm kalımlığında platin kaplanarak 150-300 A/m2 akım
üretebilen yardımcı anotlar elde edilebilmektedir. Bu anotların deniz suyu içerisinde bile
kütle kayıpları çok azdır. Yaklaşık olarak 5x10-6 kg/A x yıldır. Bu anotlar genellikle deniz
suyu içerisinde verimlidir.
Metal Oksit Kaplanmış Titanyum Anotlar
Titanyum üzerine iletkenliği çok yüksek metal oksitler kaplanarak elde edilen anotlarda
kütle kaybı yok denecek kadar azdır. Anot yüzeyi polarize olmadığı için sürekli aktif halde
kalır. Bu anotlar hem zemin içerisinde hem de deniz suyunda kullanılabilmektedir. Asitlere
karşı tam dayanıklıdır. Deniz Suyu içerisinde 600 A/m2 akım çekebilmektedir.
Yardımcı Anotlar
Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde yardımcı anot olarak çok çeşitli metaller
kullanmak mümkündür.Yardımcı anotlarda aranan başlıca özellikler yüksek potansiyele
ihtiyaç duyulmadan istenilen akımı verebilmesidir. Aynı zamanda uzun süre
parçalanmadan akım verebilir halde olmasıdır. Kütle kaybının az olması yanında birim
yüzeyden çekilebilen akımın fazla olmasıdır.
www.kimyamuhendisi.com
TS-5141’e göre bazı yardımcı anotların özellikleri şöyledir.
Anot Cinsi
Zemim İçerisinde
çekilebilen maksimum
akım yoğunluğu
mA/cm2
1 Amper x Yıl akım
başına kaybı,kg
Demir Silikon Anot 4 1
Grafit Anot 2 1
Alüminyum anot 2 4
Kurşun anot (%6 Sb+%1Ag ) 2 Çok Az
Hurda Çelik 0,5 9
Anot Yatağı
Anot Yatağı Dolgu Malzemesi:Akım sonucu meydana gelen kaybını karşılayarak anot
ömrünü artırmak ve anot boyutlarını artırarak direnci düşürmek amacı ile anot yatağına
dolgu malzemesi kullanılır. Genelde 40-100 Ohm.cm rezistivitesine sahip olan Kok tozu
kullanılmaktadır.
Anot Yatağı Tasarımı : Anot yatakları Derin Kuyu veya Yatay yatak halde tasarlanırlar.
Derin kuyu Anot yatakları:Katottan en fazla 100m, en az 30 m mesafede olacak şekilde
yerleştirilir. Oluşturulacak in aktif derinlik10~15 m mertebesinde olmasına dikkat edilir.
İnterferans etkisi yaratıp yaratmadığı kontrol edilir ki akım kaçağı olmasın.
Yatay Anot Yatakları:Yatak direncinin derin kuyuya göre daha düşük olmasına karşın,
yüzeyde çok yer kaplaması nedeniyle tercih edilmemektedir. Yerin uygun olduğu boru
hatlarında boru eksenine paralel olarak ve boru hattına en az 30 m en çok 100 m mesafeye
yerleştirilir. Derinliği zemin rezistivitesi , nemlilik oranına ve anot tipine bağlı olarak
değişir.
www.kimyamuhendisi.com
Ölçü Kutusu
Dış akımlı katodik koruma sistemlerinde, özellikle boru hatlarında Boru-Zemin Potansiyeli
sistemin çalışmasını gösteren en önemli bilgidir. Bu potansiyeli ölçmek amacı ile TS-
5141’e göre yaklaşık olarak 1 Km’ de bir ölçü kutusu yerleştirilir. Ölçü kutusunun bir ucu
içerisinde , bir ucu boru üzerine katvelt kaynağı ile şöntlenmiş 1x10 mm2 NYY kablo
bulunulur. Ölçü kutusunun içerisindeki bu kablo ve seyyar tip referans elektrot ile Boru-
Zemin Potansiyeli ölçülür.
Ölçü Kutusu Dış çapı 100mm olan galvaniz kaplı fırın boyalıdır.Zemine tapliye betonu ile
yerleştirilirler.
Referans Elektrotlar
Korunan metal (katot) 'in iyonik ortam içerisindeki potansiyel yüklemesini tespit etmek
için referans olarak referans elektrot kullanılır.
Örneğin; Boru Hatlarında , Boru zemin potansiyelini ölçmek amacıyla iki tip Bakır / Bakır
Sülfat (Cu/CuSO4) referans elektrot kullanılmaktadır. Birincisi Trafo Redresör ünitesine
bağlı sabit tip referans elektrottur. İkincisi Ölçü kutularından okuma yapmak için
kullanılan seyyar tip referans elektrottur.
Sıklık ile Cu/CuSO4, Ag/AgCl, Zn/ZnSO4 referans elektrotlar kullanılır.
www.kimyamuhendisi.com
12 . SİSTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI
Galvanik Anotlu Katodik Koruma
Sistemi
Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma
Sistemi
1. Dış akım kaynağına gerek yoktur.
Katodik koruma için gerekli akım galvanik
anotlardan sağlanır.
1. Bu sistem elektrik şebekesi bulunmayan
bölgelerde uygulanamaz.
2. Bu sistemde akım maliyeti yüksektir. Bu
nedenle akım ihtiyacı yüksek olan boru
hatlarında tercih edilmez. Galvanik anotlu
katodik koruma sistemi 0.5 ile 1.00 mA’den
daha az akım ihtiyacı olan boru hatlarında
ekonomik olabilir.
2. Elektrik akımı şebekeden alındığı için
ekonomiktir. Bu nedenle akım ihtiyacı için
akım sınırı yoktur. Bu sistem, Trafo
Redresör ünitesi sayısı artırılarak çok uzun
boru hatlarında ekonomik olarak
uygulanabilir.
3. Galvanik anotlu katodik koruma
sisteminde devre potansiyeli düşük
olduğundan, yüksek elektriksel özgül direnli
zeminler içinde bu sistemin uygulanması
güçleşir. 5000 ohm.cm’den daha yüksek
özgül dirençli zeminlerde
uygulanmamalıdır.
3. Dış akım kaynaklı katodik koruma
sisteminde zemin özgül direnci ile ilgili bir
sınır yoktur. Anot yatağının direnci
düşürülerek ve Trafo Redresör ünitesinin
sayısı artırılarak istenilen akım
uygulanabilir.
4. Yapımı basit ve kolaydır. İşletme
sırasında hiç bir ayar gerektirmez.
4. Proje sırasında göz önüne alınmayan
faktörler nedeni ile değişimler meydana
gelirse, bunlar işletme sırasında ayar
yapılarak düzeltilebilir.
5. Anotlar, boru hattı boyunca dağılmış
olduğundan, işletme sırasında kontrolü
güçtür. Arızanın belirlenmesi için her
anodun ayrı ayrı kontrol edilmesi gerekir.
5. Trafo redresör ünitesi kolayca
erişilebilecek yerlere konulduğundan,
işletme sırasında sistemin kontrolü kolaydır.
6. Anot / Zemin potansiyeli düşük
olduğundan, anot yatağının çevre metalik
yapılar üzerine interferens etkisi önemsizdir
6. Anot yatağının civarındaki metalik
yapılarda interferans etkisi yapabilir. Bunun
için yapancı metal yapılar üzerinde özel
önlemler alınması gerekebilir.
www.kimyamuhendisi.com
7. Anottan çekilen akım kontrol edilemez.
Borunun akım ihtiyacı polarizasyon nedeni
ile zamanla azalır.
7. Boru akım ihtiyacı değiştikçe sisteme
uygulanan akım ihtiyacı istenilen
seviyelerde ayarlanabilir.
8. Anoda yakın olan metal yüzeyinde aşırı voltaj nedeni ile metal kaplamasında soyulma meydana gelmez.
8. Anoda yakın olan metal yüzeyinde aşırı
voltaj nedeni ile metal kaplamasında
soyulma meydana gelebilir.
Anot İhtiyacı : 1 m2 yüzeyde yeterli katodik koruma sağlamak için gerekli akıma katodik
koruma akım ihtiyacı denir. Bu akımı anot vereceğinden bu bilgilerden gerekli
hesaplamalar yapılarak anodun boyutu tahmin edilen ömrü ve gerekli olan anot sayısı
bulunabilir. Daha önce gösterildiği gibi galvanik anot olarak kullanılan en yaygın üç metal
magnezyum, çinko ve alüminyumdur.
www.kimyamuhendisi.com
13 . KATODİK KORUMA KRİTERLERİ
Normal koşullarda bir çelik yapının katodik olarak korunması için, doygun Cu/Cu(SO4)2
referans elektroduna göre - 0,85 V potansiyelden daha elektronegatif bir potansiyele kadar
katodik olarak polarize edilmesi gerekir. Bu değer Ag/AgCl referans elektrotu ile - 0,80
Volt'a karşı gelir. Beton içinde yapılan katodik koruma sistemlerinde, pasiflik nedeniyle bu
değere erişmek mümkün olmaz. Beton içindeki çeliğin katodik koruması için başka bir
kriter uygulanır. Çeliğin korunması için katot da 100 mV luk bir polarizasyon kayması
yeterlidir.
www.kimyamuhendisi.com
14 . KAPLAMALARLA BİRLİKTE KULLANMA
Katodik koruma uygulanırken yalıtkan kaplama kullanmak her zaman avantajlıdır. Böyle
kaplamalar koruyucu akımın dağıtılmasında , toplam akım ihtiyacının azaltılmasında ve
anodun ömrünün uzatılmasına etkili olurlar. kullanışlıdır. Örneğin kaplanmış bir boru
hattında akım dağılımı çıplak boru hattına göre daha düzgündür, gerekli olan anot sayısı ve
toplam akım daha azdır ve bir anot boru hattının daha uzun bir kısmını daha uzun süre
koruyabilir.
15 . YERALTI TANKLARINDA KATODİK KORUMA
Toprak altına yerleştirilen akaryakıt tanklarında toprak ve zemin suyundan dolayı
korozyona uğraması kaçınılmazdır. Çürümenin boyutu ve zamanı 1 günde veya 10 yılda
belirlenebilir. Yer altı tanklarını korozyondan önlemek için ;tankın dış yüzeyi uygun
bitüm-asfalt malzeme ile kaplanır ve bu kaplamanın dışına katodik koruma uygulanır.
16 . BETON İÇİ KOROZYONA KARŞI KATODİK KORUMA
Son yıllarda, betonarme demirlerinin katodik olarak korunması da uygulama alanına girmiş
bulunmaktadır. Betonarme demirleri, hem galvanik anot (çinko), hem de dış akım kaynaklı
katodik koruma sistemleri ile korunabilmektedir.
Katodik koruma için en önemli şart, betonarme demirlerinin elektriksel bağlantısının tam
olmasıdır. Normal halde betonarme demirleri bir biri ile temas etmekle beraber, bu temas
düşük voltajlı elektrik akımını iletmek için yeterli değildir. En iyisi betonarme demirlerinin
birbirine kaynak edilmesidir.
Beton içindeki betonarme demirlerinin dengeli bir şekilde katodik olarak korunabilmesi
için uniform bir akım dağılımı gerekir. Bu nedenle anot biçimi ve boyutlarının seçimi
büyük önem taşır. Bu amaca en uygunu, oksit kaplı titanyumdan yapılmış olan tel kafes
şeklindeki anotlardır.
www.kimyamuhendisi.com
17 . GALVANİZLİ SAÇLARDA KATODİK KORUMA
Korozyona karşı katodik koruma konusunda ilk akla gelen uygulamalar toprak altında
bulunan tankların, boru hatlarının veya iskelelerin yada gemi gövdelerinin korunmasıdır.
Hepsinin ortak özellikleri elektriksel potansiyeli yükseltilen bir gövde ve kurban edilen bir
başka metalin mevcudiyetidir.
Bilindiği gibi paslanma, elektron ihtiyacı içinde olan oksijen atomlarının elektron fazlası
olan metaller ile reaksiyona girmek suretiyle metal oksitler oluşturması yani oksidasyon
reaksiyonudur. Ortamda birden fazla metal çeşidinin bulunması halinde, oksijen atomu
potansiyeli düşük olan metal ile reaksiyona girme eğilimi göstermektedir. İşte katodik
koruma yönteminin dayandığı nokta budur. Korunması istenen metalin potansiyeli
yükseltilir ve ortama kurban edilecek başka bir metal yerleştirilir.
Ortamda birden fazla metal çeşidinin bulunduğu ancak potansiyel farkı oluşturacak gerilim
kaynağı bulunmayan durumlarda metaller arası "reaksiyona girme eğilimleri" sıralaması
yani "normal potansiyel" değerleri önem kazanmaktadır. Bu değerler hidrojenle
karşılaştırılarak, göreceli olarak belirlenmiştir, dolayısıyla hidrojenin normal potansiyeli
sıfırdır. Bu sıralamanın bir başka adı da asalet sıralamasıdır. En asil metal altındır.
Asalet sıralamasına göre demir çinkodan daha asildir. Hem demir hemde çinko bulunan bir
ortamda dışarıdan herhangi bir gerilim uygulanmadan çinko kendini feda eder ve beyaz toz
halindeki çinko-oksitleri oluşur.
Tamamen metallerin kendi aralarındaki potansiyel fark dolayısıyla katodik koruma
sağlanması söz konusu potansiyel farkın büyüklüğü ile sınırlıdır. Çinko kaplı demir
malzeme için bu sınır 1mm mertebesindedir. Yani arkalı önlü çinko ile kaplanmış bir plaka
temiz bir şekilde kesildiğinde kesim yüzeyinde koruma sağlanabilmesi için plaka
kalınlığının azami 2mm olması gerekmektedir.
Galvanizli sac uygulamalarında çinkonun korozyona karşı katodik koruma etkisi, söz
konusu uygulamada meydana gelebilecek çizilme, kesilme gibi durumlar için etkili ve
ekonomik bir koruma sağlamaktadır. Günlük hayatta karşılaşılan en çarpıcı örnek
galvanizlenmiş bir dış yüzeye sahip ev tipi LPG tüplerdir. Bunlar son tüketim noktasına
ulaştırılıncaya kadar bir çok darbeye, çiziğe maruz kalırlar, ancak paslanmazlar.
www.kimyamuhendisi.com
18 . GEMİLERE KATODİK KORUMA
- Gövdeyi ve bağlantı elemanlarını
- Gemi içindeki tankları korumak amacı ile gerçekleştirilir.
Gemi gövdeleri günümüzde yüksek performanslı boyalarla korunmaktadır. Bu boyaların
katodik koruma sırasında oluşan alkali ortama dayanıklı olması gerekmektedir, zira söz
konusu ortamın klor iyonu konsantresi oldukça yüksektir. Iyi boyanmış yüzeylerin katodik
koruma akım ihtiyacı harcanabilir anotlarla koruma yapılması halinde yeni gemiler için
5_10mA/m2 'dir. Bu ihtiyaç zamanla ve boya kalitesindeki değişiklik nedeni ile
200 mA/m2 'ye çıkabilir. Ortalama akım ihtiyacı 10-30 mA/m2 civarındadır. Örneğin
günümüzde okyanusa çıkan gemiler için 10 mA/m2 koruma akımı yeterli kabul
edilmektedir. Hariçten akım uygulaması ile yapılan katodik korumada ise ıslak bölge akım
ihtiyacı 25-35 mA/m2 olarak hesaplanır. Çok iyi kaplanmış yüzeylerde bu ihtiyaç
azalabilir.
Genel olarak gemi gövdelerinin kıç kısmındaki koruma akım ihtiyacı diğer bölgelere göre
daha yüksektir. Kıç kısmındaki şiddetli su hareketi ve değişik metallerin bulunması bunun
nedenidir. Gemilerin katodik koruma tasarımında tüm gemi gövdesinin katodik koruma
tasarımında tüm gemi gövdesinin katodik olarak korunması dikkate alınabileceği gibi
birçok halde de yalnız kıç bölgesi katodik olarak korunur, diğer bölümler korunmasız
bırakılır. Tüm korunma halinde anotların %15-25 'i kıç bölgesine yerleştirilir. Pervanenin
gövdeye bağlanması halinde çıplak bronz pervane için ayrıca ilave koruma akımına ihtiyaç
vardır. Örneğin ticaret gemileri için ilave ortalama değer 500 mA/m2 'dir.
Gemilerde tankların dahili korumalarında yalnız harcanabilir anotlarla koruma yapılır.
Emniyet açısından ise hem magnezyum anotlarla hem de hariçten akım uygulaması ile
koruma yapılmamaktadır. En büyük tehlike katodik koruma sırasında açığa çıkan gazların
magnezyum veya koruyucu akımdan çıkacak kıvılcım ile ateşlenerek patlamasıdır.
Periyodik olarak doldurulup boşaltılan tankların kısa zamanda koruyucu filmle kaplanması
için genelde tankların koruma akım yoğunlukları yüksektir.
www.kimyamuhendisi.com
19 . SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Korozyonla savaşmada dünyada bir çok teknikler kullanılmaktadır. Bu teknik grubundan ;
katodik koruma dışındakiler korozyon hızını azaltan , başka bir deyimle korozyonu kısmen
önleyen yöntemlerdir. Katodik koruma ise korozyonu tamamen önleyen etkili ve rakipsiz
bir yöntemdir
www.kimyamuhendisi.com
20 . KAYNAKLAR
Jackson, C. W. 1997. "Insulation: an investment worth protecting." Insulation Outlook.
Norsworthy, R. 1998. "Coating proves effective on hot oil pipe- lines." Pipeline and Gas
Journal March.
Patrick J. Dunn - Richard Norsworthy - Çeviren: Mak. Müh. Zafer CEYLAN (ODE
Yalıtım A.Ş.)
İTÜ –Ders Ödevi - Kayihan ALTINÖZ, Melek ERTOGAN, Melih ÜZMEZ, Hakan KART
http://www.argem.com.tr/katodik.htm
http://www.hmkorozyon.com
http://www.sanalhocam.com
http://www.geocities.com/kimyacıyım/cevrevekimya/korozyon.htm
http://www.makinamuhendisi.com
http://petso.com.tr/banka
http://www.kimyager.com
http://www.ekomedikal.com
http://www.gemsan.com.tr
http://www.ekabin.com/td2.