2013

Gazi Üniversitesi

Prof. Dr. Timur KOÇ

10.04.2014

HALİÇ METRO GEÇİŞ KÖPRÜSÜ KATODİK KORUMA AKIM İHTİYACI

DEĞERLENDİRME RAPORU

DEĞERLENDİRME RAPORU

Haliç Metro Geçiş Köprüsü çelik ayaklarına uygulanacak katodik koruma

sistemine esas olacak KATODİK KORUMA AKIM İHTİYACI nın tespiti amacıyla

HM KOROZYON MÜHENDİSLİK MÜŞAVİRLİK OTOMOTİV SAN. VE TİC. LTD. ŞTİ.

tarafından yapılan testlere ait değerlendirmem aşağıdadır.

1- TEORİK BİLGİLER (Katodik Koruma . Prof. Dr. Timur KOÇ, Prof. Dr. Hayri

Yalçın, Palme Yayınevi, Kitabı 2. Bölüm sayfa 2.1-2.5 ) (Aynen alınmıştır)

Dış akım kaynaklı katodik koruma metale dıştan bir doğru akım

uygulanarak yapılır. Bir transformatör redresör sisteminden elde edilen doğru

akımın (-) ucu korunacak olan metale, (+) ucu da bir yardımcı anoda bağlanır.

Şekil -1 Dış akım kaynaklı katodik koruma

Uygulanacak olan katodik koruma akımının şiddeti korunacak metalin yüzey

alanına ve metalin içinde bulunduğu ortamın koroziflik derecesine bağlıdır.

Katodik koruma uygulamalarında en önemli konu, korunacak yapının katodik

koruma akım ihtiyacının belirlenmesidir. Metali tam olarak korumak için gerekli

olan minimum akım şiddeti, katot ve anot reaksiyonlarının polarizasyon eğrileri

çizilerek teorik olarak belirlenebilir.

Denge halinde çeliğin potansiyeli Ecor değerini alır. Korozyon hızı , anodik

ve katodik polarizasyon eğrilerinin kesim noktasına karşı gelen icor dır. Şekil-2.

Şekilden görüldüğü üzere denge halinde demirin korozyon potansiyeli E cor = -

250 mV ve korozyon hızı da icor = 103 A /cm2 ( 1 mA/cm2 ) dir.

Şekil-2 Asitli ortamda çeliğin dış akım kaynağı ile katodik olarak korunması

Böyle asidik ortamda korozyona uğrayan bir çeliğe katodik bir dış akım

uyguladığımızı düşünelim. Katodik koruma sonucu çeliğin potansiyeli negatif

yönde 120 mV artarak - 370 mV ‘ a düşmüş olsun. Şekilden görüleceği üzere,

katodik koruma sonucu çeliğin korozyon hızı başlangıçtaki korozyon hızının

binde birine, yani 1 A/cm2 ye düşürülmüş olur. Bunu sağlamak için çeliğe iapp =

104 A/cm2 kadar bir dış akım uygulanmıştır. Grafikten açıkca görüldüğü üzere,

uygulanan dış akım ile korozyon hızının ne derece azalacağı, anodik

polarizasyon eğrisinin eğimine, yani a değrine bağlıdır. Şekilde verilen örnekte

a = 40 mV dır. Yani metal katodik yönde 40 mV polarize edildiğinde korozyon

hızında onda bir oranında azalma meydana gelmektedir.

Bu örnekten, katodik koruma akım ihtiyacının yalnız anodik

polarizasyon eğrisi ile değil, katodik polarizasyon eğrisinin eğimi ile de ilgili

olduğu açıkca görülmektedir.

Doğal sular ve zeminler gibi nötral ortamlarda yapılan katodik koruma,

yukardaki örnekte verilen asitli ortamlardakinden biraz farklıdır. Aradaki fark

nötral çözeltiler içinde katodik reaksiyonun hidrojen çıkışı şeklinde değil de,

çözünmüş oksijenin redüksiyonu ile yürümesinden kaynaklanır . Bu

durumda çeliğin korozyon hızı, metal yüzeyine oksijen difüzyon hızının

kontrolü altındadır. Su içinde oksijen difüzyon hızı çok yavaş olduğundan , nötral

ortamlarda çeliğin korozyon hızı da oldukça düşüktür. Şekil-3.

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

Şekilde verilmiş olan örnekte, katodik koruma uygulanmadan önce çeliğin

korozyon hızının 10 A/cm2 olduğu görülmektedir. Bu değer genellikle hareketli

sularda mümkün olur. Durgun sular içinde oksijen difüzyonu daha yavaş ve

korozyon hızı daha da küçüktür. Diğer taraftan durgun sular içinde oluşan

korozyon ürünleri metal yüzeyinde çökelerek kabuk oluştururur. Bu kabuk

korozyon hızında büyük ölçülerde azalmalara neden olur.

Oksijenin çözelti içindeki difüzyon hızı çok yavaş olduğundan oksijen redüksiyonu

ile gerçekleşen katodik polarizasyon eğrileri kısa bir süre sonra bir limit akıma erişir.

Bu durumda korozyon hızı da ancak limit akım yoğunluğuna kadar yükselebilir.

Böyle bir çeliği katodik olarak korumak için , önceki örnekte olduğu gibi yine katodik

yönde 120 mV polarize etmiş olduğumuzu düşünelim. Polarizasyon sonunda çeliğin

korozyon hızı 0,1 A/cm2 değerine düşecektir. Bunu sağlamak için katodik koruma

devresine 100 A/cm2 (1 A/m2) lik bir dış akımın uygulanması gerekecektir. Bu

değer katodik reaksiyonun limit akımı ile sınırlıdır. Eğer metal yüzeyine kaplama

yapılacak olursa, katodik koruma için gerekli akım ihtiyacı büyük ölçüde azalacaktır.

Şekilden aşırı korumanın zararlı etkisi de açık olarak

görülmektedir.Eğer çelik katodik yönde gereğinden fazla polarize edilerek

potansiyeli negatif yönde daha fazla artırılacak olursa , katot

reaksiyonunda değişme olmaktadır. Artık katotda yalnız oksijen

redüksiyonu reaksiyonu değil, suyun elektrolizi ile hidrojen çıkış

reaksiyonu da gerçekleşmektedir. Aşırı koruma sonucu katotda hidrojen gazı

çıkışı başlamaktadır. Katotda hidrojen gazı çıkışının bazı sakıncaları vardır.

Açığa çıkan hidrojen gazı metal yüzeyinde bulunan kaplamanın soyulmasına

neden olabilir. Ayrıca stres korozyonunun söz konusu olduğu ortamlarda ,

metal yüzeyinde açığa çıkan hidrojen atomlarının bir kısmı molekül halinde

uzaklaşmak yerine atom halinde metal yapısına girerek orada hidrojen

kırılganlığına neden olabilir. Üstelik aşırı koruma halinde katodik koruma için

harcanan akım da gereksiz yere artırılmış olur.

2- AKIM İHTİYACI

Katodik kruma akım ihtiyacı tayin yöntemleri

Tahmini seçim

Kaplama direnci tayin edilerek tablolardan seçim

Polarizasyon direnci yöntemiyle deneysel tayin

Polarizasyon Kırılma yöntemiyle deneysel tayin

Mühendislik uygulamalarında deney yapma imkanı yoksa tahmini veya

kaplama direncine göre tablolardan yararlanılarak akım ihtiyacı tayin

edilmektedir. Polarizasyon direnci çok küçük boyutlarda ve çok küçük

akımlarda yani denge potansiyelinden 5 mV sapma düzeneğinde yapılan ve

polarizasyon eğrisinin lineer bölgesindeki eğiminden hesaplanan bir

yöntemdir. Ve LABORATUARLARDAKİ BİLİMSEL ÇALIŞMALARDA

uygulanır. Polarizasyon kırılma yöntemi ise mühendislik uygulamalarında

kullanılan bir yöntemdir. Bu yönteme ait kısa bilgi daha önce yayınlanmış

olan kitabımızdan aynen aşağıya alınmıştır. (Katodik Koruma . Prof. Dr.

Timur KOÇ, Prof. Dr. Hayri Yalçın, Palme Yayınevi, Kitabı 2. Bölüm sayfa

2.13-2.4 )

Polarizasyon Kırılma Yöntemi ile akım ihtiyacı tayini

Teorik ilkeleri daha önce açıklanmış olan polarizasyon kırılma yöntemi,

esas olarak bir laboratuvar metodu olmasına rağmen, uygun koşulların

sağlanması halinde katodik koruma akım ihtiyacını belirlemek amacıyla arazide

de uygulanabilir. Bu amaçla yüzey alanı belli olan ve iki ucundan izole edilmiş

bulunan bir boru parçasına bir dış akım uygulanarak, akım yoğunluğuna karşı

gelen potansiyel değerleri okunur. Elde edilen bu değerler ile E-log i grafiği

çizilir. Böylece elde edilen polarizasyon eğrisinin lineer olan Tafel bölgesi

korozyon potansiyeline ekstrapole edilir. Kesim noktası korozyon hızını verir.

Katodik korumanın tam olarak gerçekleşmesi için korozyon hızından daha büyük

bir akımın uygulanması gerekir. Bunun için polarizasyon eğrisindeki lineer

bölgenin başlamış olduğu noktaya karşı gelen akım şiddeti (ik ) katodik koruma

akım ihtiyacı olarak alınır. Bu noktada, metal yüzeyinde bulunan bütün anodik

akımların sıfır olduğu kabul edilir. Şekil-2.10

Şekil-2.10 Polarizasyon kırılma yöntemi ile katodik koruma

akım ihtiyacının belirlenmesi

Bu yöntem ile bulunan katodik koruma akım ihtiyacının gerçeğe yakın

olması için, söz konusu boru kaplamasının ve zeminin üniform yapıda olması

gerekir. Yüksek rezistiviteli zeminler içinde düzgün bir polarizasyon eğrisi elde

etmek mümkün olmaz. Bu yöntemin arazide uygulanması sırasında karşılaşılan

diğer bir sorun da, anot yatağının ölçüm noktasına yakın olması halinde kendini

gösterir. Bu durumda anodik etkiler nedeniyle katodik koruma akım ihtiyacı daha

küçük bulunur.

(Yukarıda yer alan değerlendirme genel olarak uzun boru hatları için

dikkate alınmalıdır. Deniz içi iskele ve köprü kazıklarında katodik koruma

akım ihtiyacı testi için anotlar gerçek uygulama aşamasında olacağı gibi

sistemde homojen akım dağılımı sağlanması amacı ile kazıklara yakın ve

dağıtılmış olarak monte edilmektedir.)

3- TEST UYGULAMASI

Sahada AKIM İHTİYACI TESTİ için kurulan deney düzeneği aşağıdadır.

BİRİNCİ TEST (3 GÜNLÜK)

1.GÜN

09.01.2013 Saat 16:45

Volt =18,2

Akım=112 A

Referans1 : -893 mV

Referans2 : -870 mV

Referans3 : -877 mV

Referans4 : -1.430 mV (Anot enterferansından etkilen Ref.

Etkilenen Boru alanı ( S ) = 3,14 x D x L = 3.14* 2.5 m X 86 m.= 675 m2

Akım Yoğunluğu= 112 Amper/675 m2 = 165mA/m2

(Diğer testlerde Bu na benzerdir)

4- DEĞERLENDİRME

Test sonuçlarının sunulduğu yazıda

“Kazık ayaklarda saglıklı bir test yapabilmek için iki hususa dikkat edilmesi

gerekmektedir.

1. Verilecek olan test akımının bagımsız olması, yani diger yapılara kaçmaması

2. Konulacak olan referans elektrotun anodun enterferasından etkilenerek yanlıs

okuma

yapmamasıdır.

Bu kriterlere baglı olarak, yapılacak testin ayagın dısı yerine içinde yapılması

tarafımızca daha uygun oldugu görülmüstür.

Test ayagın dısında yapılsaydı. Verilen akım diger ayaklara da kaçacak ve

polarizasyon için ayak adedi katınca akım vermek gerekecekti. Bu akım verilebilmesi

için yeni büyük kapasiteli test cihazı ve çok sayıda Titanyum anot un kullanılması

gerekecekti. Yapılabilir miydi? Yapılabilirdi. Ancak bu imalat ve testin süresi en az 2 ay

olabilecekti. Testin kısa zamanda yapılabilmesini bir an önce gerçek akım ihtiyacının

tespit edilmesini geciktirecektir.” “Bu kriterlere baglı olarak, yapılacak testin ayagın dısı

yerine içinde yapılması tarafımızca daha uygun oldugu görülmüstür.”

Denilmektedir.

Yukarıda kitabımızdan alınmış teorik bilgiler dikkatle okunup değerlendirilirse

Akım ihtiyacının elektrokimyasal yöntemlerden biri olan POLARİZASYON KIRILMASI

YÖNTEMİ ile yapılması halinde uygulama için doğru ve uygulanabilir değerler

alınabilir.

HM KOROZYON MÜHENDİSLİK MÜŞAVİRLİK OTOMOTİV SAN. VE TİC. LTD.

ŞTİ Tarafından Kurulan deney düzeneği aslında bu deneyin yapılmasına uygundur.

Ancak deney yapan teknik personel bu yöntem yerine geçici bir katodik koruma yaparak

oradan elde edilen değerleri vermişlerdir. Verilen değerler katodik oruma için BİR

FİKİR VERİR ancak BU DENEYLE ELDE EDİLEN AKIMDAN AKIM İHTİYACI

HESAPLANMASINDAN ELDE EİLEN DEĞER ile POLARİZASYON KIRILMASI

YÖNTEMİ İLE DENEYSEEL OLARAK ELDE EDİLEN AKIM İHTİYACI değeri AYNI

OLMAZ .

Deney düzeneğinin bu deney için doğru uygulamanın yanlış olmasına karşılık

testin kazığın içinde yapılması da sonuçlar bakımından uygulamaya uymayacak

değerler oluşturacaktır. Kazık dışı ortamı ile kazık içi ortamı ELEKTROKİMSAYAL

ORTAM ÖZELLİKLERİ aynı değildir. Çünkü kazığın içinde akım ve potansiyelin

dağılımı sınırlıdır. en fazla çapın 16 katı mesafeye akım gidebilir. Ancak dışarıda bu

sınırlamalar yoktur. Ayrıca Kazık dışında su hareketinden ve dalgalardan dolayı

oksijen konsantrasyonu sürekli devinim halinde olup su seviyesinde yüksek derinlere

doğru daha düşüktür. Kazık içerisinde ise başlangıçta kazık dışındakine yakın bir

oksijen konsantrasyonu bulunsa da kazık içinde dalga hareketi ve devinim minimum

olacağından zamanla ortamda bulunan oksijen harcanacak ve kazık dibinde nerede ise

minimum seviyelere ulaşacaktır. Bu nedenle birinden elde edilen sayısal değerin diğer

tarafta kullanılması uygun olmayacaktır.

Deneyde Toplam 4 adet de Cu/CuSO4 referans elektrot kullanılmıştır Ancak

deniz suyu ortamında Ag/AgCl elekrodu kullanılmalıdır(TÜRK STANDARDI TS EN

12473/Nisan 2002 sayfa 25 ve bölüm 7.2). Bu iki eletrot arasındaki en önemli fark Bakır

sülfat referans elektrodun içerisinde bakır elektrot ve doygun bakır sülfat elektrolit

bulunmakta, ölçüm için batırıldığı deniz suyu ortamında ise klorür iyonlarının olmasıdır.

Sülfat, klorürlü, veya klorür, sülfat içeren bir ortam da kullanılırsa kısa zamanda elekrod

çözeltisi kirleneceğinden ölçümlerde hatalı sonuçlar elde edilir. HM KOROZYON

MÜHENDİSLİK MÜŞAVİRLİK OTOMOTİV SAN. VE TİC. LTD. ŞTİ adına bu deneyi

yapan teknik personel deniz suyu doldurulmuş çelik kazıkların iç yüzeyinde Cu/CuSO4

referans elektrod yerine Ag/AgCl referans elektrod kullansalardı daha doğru değerler

elde edebilirlerdi.

SONUÇ OLARAK :

Yukarıda anlatılanlar doğrultusunda yapılacak değerlendirmede HM

KOROZYON MÜHENDİSLİK MÜŞAVİRLİK OTOMOTİV SAN. VE TİC. LTD. ŞTİ.’nin

TEST SONUCU OLARAK SUNMUŞ OLDUĞU AKIM İHTİYACI DEĞERLERİ GERÇEĞİ

YANSITMAMAKTADIR. Uzun yıllara dayanan akademik kariyerim ve endüstriyel

tesislerde teknik danışmanlık yaptığım veya uygulanması aşamasında içinde

bulunduğum projelere dayanarak, adı geçen firma tarafından tespit edildiği söylenilen

akım ihtiyacı değerleri ÇOK BÜYÜKTÜR. Firma tarafından önerilen bu akım ihtiyacı

değerlerinin kullanılarak proje yapılması da PROJE MALİYETLERİNİ AYNI

BOYUTLARDA ARTIRACAKTIR.

Bilgilerinize sunulur.

Prof. Dr. Timur KOÇ

YAYINLANMIŞ KİTAPLARIM