halİÇ metro geÇİŞ kÖprÜsÜ katodİk koruma akim … · 2015-01-27 · kazık içerisinde ise...
Post on 03-Jan-2020
7 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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
top related