HALİÇ METRO GEÇİŞ KÖPRÜSÜ KATODİK KORUMA AKIM İHTİYACI DEĞERLENDİRME RAPORU

Transkript

1 2013 HALİÇ METRO GEÇİŞ KÖPRÜSÜ KATODİK KORUMA AKIM İHTİYACI DEĞERLENDİRME RAPORU Gazi Üniversitesi Prof. Dr. Timur KOÇ

2 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 ) (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.

3 Denge halinde çeliğin potansiyeli E cor değerini alır. Korozyon hızı, anodik ve katodik polarizasyon eğrilerinin kesim noktasına karşı gelen i cor dır. Şekil-2. Şekilden görüldüğü üzere denge halinde demirin korozyon potansiyeli E cor = mv ve korozyon hızı da i cor = 10 3 A /cm 2 ( 1 ma/cm 2 ) 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 mv a düşmüş olsun. Şekilden görüleceği üzere, katodik koruma sonucu çeliğin korozyon hızı başlangıçtaki korozyon hızının binde birine, yani 1 A/cm 2 ye düşürülmüş olur. Bunu sağlamak için çeliğe i app = 10 4 A/cm 2 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.

4 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/cm 2 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.

5 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/cm 2 değerine düşecektir. Bunu sağlamak için katodik koruma devresine 100 A/cm 2 (1 A/m 2 ) 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.

6 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 ) 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 (i k ) katodik koruma

7 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.)

8 3- TEST UYGULAMASI Sahada AKIM İHTİYACI TESTİ için kurulan deney düzeneği aşağıdadır.

9 BİRİNCİ TEST (3 GÜNLÜK) 1.GÜN Saat 16:45 Volt =18,2 Akım=112 A Referans1 : -893 mv Referans2 : -870 mv Referans3 : -877 mv Referans4 : mv (Anot enterferansından etkilen Ref. Etkilenen Boru alanı ( S ) = 3,14 x D x L = 3.14* 2.5 m X 86 m.= 675 m 2 Akım Yoğunluğu= 112 Amper/675 m 2 = 165mA/m 2 (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.

10 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

11 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

12 YAYINLANMIŞ KİTAPLARIM