1. KOROZYONUN TANIMI, ÖNEMİ VE KOROZYONDAN KAYNAKLANAN EKONOMİK KAYIPLAR

Transkript

1 1. KOROZYONUN TANIMI, ÖNEMİ VE KOROZYONDAN KAYNAKLANAN EKONOMİK KAYIPLAR 1.1. Korozyonun Tanımı ve Önemi Korozyon, malzemelerin kısa sürede kullanılmaz hale gelmesine yol açabilecek önemli bir hasar türüdür. Korozyondan kaynaklanan hasarların neden olduğu kayıpların önlenmesi çok önemlidir. Günümüz koşullarında teknolojik olarak önüne geçilemeyen korozyon hasarlarının, zamanında saptanması ve ilerlemesinin kontrol altında tutulması, ayrıca bu hasarların yol açabileceği zarar ve kayıpların en alt düzeye indirilmesi mümkündür. Teknolojik öneme sahip metallerin, Au, Pt gibi birkaç istisna dışında hemen hemen tümü tabiatta bileşik halinde bulunur. Başka bir deyişle metallerin, doğanın etkisine dayanabilen milyonlarca şekli bileşik halidir. Bileşiklerden metal veya alaşımların üretimi ancak ilave sermaye-malzeme-enerji-emek ve bilgi sarfı ile olur. Üretilen metal ve alaşımların ise tekrar kararlı halleri olan bileşik haline dönme eğilimleri yüksektir. Bunun sonucu olarak metaller, içinde bulundukları ortamın elemanları ile reaksiyona girerek, önce iyonik hale ve oradan da ortamdaki başka elementlerle birleşerek bileşik haline dönmeye çalışırlar; yani kimyasal değişime uğrarlar ve bozunurlar. Sonuçta metal veya alaşımın fiziksel, kimyasal, mekanik veya elektriksel özelliği istenmeyen değişikliklere (zarara) uğrar. Korozyon hem metal veya alaşımın bozunma reaksiyonuna, hem de bu reaksiyonun sebep olduğu zarara verilen addır. Korozyon metalik malzemelerin içinde bulundukları ortamla reaksiyona girmeleri sonucu hariçten enerji vermeye gerek olmadan doğal olarak meydana gelen bir olaydır. Korozyon için genel bir tanım yapılacak olursa; KOROZYON, bir malzemenin bulunduğu ortam içerisinde, malzeme-ortam ara yüzeyinde meydana gelen kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyonlar sonucunda bozulmasıdır. Sadece fiziksel nedenlerle meydana gelen bozulmaya korozyon denmez. Buna aşınma demek daha doğru olur. İçinde su bulunan ortamlarda meydana gelen korozyona sulu ortam korozyonu denir. Atmosferde, toprak altında, sular içinde veya her türlü sulu kimyasal madde içinde oluşan 1

2 korozyon buna örnektir. Suyun kararlı olmadığı yüksek sıcaklıklarda, gazlarla metallerin kimyasal reaksiyonu sonucu oluşan korozyon ise kuru veya yüksek sıcaklık korozyonu dur. Kazanların alevle veya sıcak gazlarla temas eden bölgelerinde oluşan korozyon, bu tür korozyona bir örnektir. Bu iki çok önemli korozyon türü yanında organik sıvıların veya ergimiş metallerin sebep olduğu korozyonlardan da bahsedilebilir. Kimyasal korozyon deyimi metal ve alaşımların gaz ortamlardaki korozyonunu ifade eder. Korozyon havada olursa oksitlenme adını alır. Bu bir kuru korozyon şeklidir. Elektrokimyasal korozyon sulu ortamlardaki korozyonu ifade eder yani ıslak korozyondur. Gerçekte bu korozyon reaksiyonlarını kimyasal ve elektrokimyasal olarak ikiye ayırmak doğru bir ayrım olmaz. Çünkü korozyon olaylarında karşılaşılan reaksiyonların çoğunluğu elektrokimyasal esaslıdır. Korozyonun neden olabileceği hasarların kontrol altına alınması, donanım emniyeti, iş birliği, güvenlik ve ekonomiklik açısından gereklidir. Korozyon hasarlarının belirlenmesi ve kantitatif olarak tanımlanmasında kullanılan yöntemlerin başında hasarsız muayene yöntemleri yer almaktadır. Özellikle; Kimya endüstrisinde Boru iletim hatlarında Petrokimya endüstrisinde İnşaat sektöründe Uçak, uzay ve deniz teknolojisinde Kuvvet santrallerinin metal donanımlarındaki korozyon hasarsız muayene yöntemleri ile tespit edilir. Bunun için, i) hangi tür korozyon, ii) bu korozyonun sebebi, iii) ne boyutta olduğu ve iv) önlemek için hangi yöntemin uygulanacağı iyi tespit edilmelidir. Yani kısaca; Korozyon türü, Metal-korozyon sistemi ve Korozyon davranışı iyi bilinmelidir. 2

3 Korozyonun, malzeme - ortam sistemi içerisinde, bu sistemin ara yüzeyinde oluşan kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu meydana geldiğini söylemiştik. Bu reaksiyonlar; Malzeme yüzeyinde korozyon ürünlerinin katmanlar halinde veya bölgesel olarak birikmesine, Malzemelerin tek düze veya bölgesel çözünmesine, Malzemenin içyapısında meydana gelen değişikliklere, neden olarak korozyon hatalarına yol açarlar. Ortam-ara yüzey-malzeme sisteminde oluşan bu olaylar aşağıdaki şemada verilmiştir. ORTAM - ARAYÜZEY - MALZEME KOROZYON Korozyon ürünlerinin malzeme yüzeyinde birikimi Çözünme -Tek düze -Bölgesel Malzemenin iç yapı değişikliği Yüzey özelliği değişimi Ağırlık değişimi Çatlak, mekanik hasar oluşumu KOROZYON HASARI Malzemelerin özellikleri genel olarak fiziksel özellikler mekanik özellikler kimyasal özellikler olarak sınıflandırılır. Çoğunlukla fiziksel özellikler - mekanik özellikler olarak sınıflandırılır. Ancak doğru olanı kimyasal özellikleri de katmaktır. Malzemenin kimyasal bileşimi ve kimyasal kararlılığı (bulunduğu ortamla tepkime oranı) önemlidir. Malzeme - korozyon sistemi etkileşimi, korozyon ile malzemenin yapısal işlevi arasındaki ilişkiyi ve bunun sonucu oluşabilecek korozyon ve hasar olasılığını belirler. Korozyonun olası olduğu hallerde, malzemenin ömrünün kestirilebilmesi, korozyon hasarlarının gelişimini belirleyen boyutsal parametrelerinin bilinmesine bağlıdır. Malzemelerin (özellikle metalik) içinde bulundukları ortamla kimyasal tepkimeye (reaksiyona) girerek bozunmaları, yani orijinal özelliklerinde, bileşimlerinde istenmeyen değişiklikler olması metalik korozyon olarak bilinir. Metalik malzemelerin korozyonunun 3

4 başlaması ve gelişiminde malzemenin kimyasal özellikleri yanında fiziksel ve mekanik özelliklerinin de rolü büyüktür. Korozyon sistemi / Malzeme-İşlev ilişkisi Korozyon sistemi Malzeme/Ortam Parçanın işlevi Korozyonun başlaması Malzeme/Parça özellikleri Korozyonun gelişimi Olabilecek hasar türü Korozyonun olasılığı Hasar olasılığı Korozyonun tarihçesine göz atacak olursak; bilindiği gibi üretilen ilk malzeme metaldir. Metallerin insanoğlu tarafından üretilmeye başlamasıyla metalik korozyon da başlamıştır. İlk metal üretiminin 8-9 bin yıl önce Anadolu da yapıldığı iddia edilmektedir. Bu metal bakırdır. Onu daha sonra demir izlemiştir. Yani metalik korozyonun tarihide böyle başlamıştır. Korozyonun tarihi metalin tarihi kadar eskidir ama, korozyonun neden ve nasıl meydana geldiğinin anlaşılması 20. yüzyılın son yarısında mümkün olmuştur. Yani korozyonun mühendislik ve ekonomik alanlarda önemi bu yüzyılda metal kullanımının büyük boyutlara ulaşması ile çarpıcı olmuştur. Günümüzde bazı korozyon türleri hala tam olarak açıklığa kavuşturulamamıştır. Mesela oyuklanma, gerilim, korozyon çatlaması, hidrojen gevrekliği bunlar arasındadır. Yine bölgesel korozyonda bir oyuk, çukur veya çatlağın tam olarak nerede ve ne zaman oluşacağı hala meçhuldür Korozyondan Kaynaklanan Ekonomik Kayıplar Korozyon ve korozyon kontrolü çok önemli bir konu olduğu halde ne yazık ki pratikte yeteri kadar üzerinde durulmamaktadır. Korozyon, endüstriyel yatırımların ve üretimin maliyetini etkileyen en önemli faktördür. Bunun dışında, emniyet, sağlıklı işletme ve verimlilik de ancak korozyona karşı önlem alınarak sağlanabilir. Yapılan çalışmalar dünyadaki metalik korozyon kayıplarının her yıl ülkelere gayri safi milli hasılalarının yaklaşık %3,5-5 i arasında bir yük yüklediğini göstermektedir. Türkiye için %4,5 civarındadır. 4

5 Korozyon kayıpları yalnız metal kayıpları olarak düşünülmez. Kayıplar, malzeme-enerjisermaye-emek-bilgi kayıplarının toplamıdır. Korozyonu tam olarak yok etmek mümkün değildir. Alınan çeşitli önlemler ile korozyon hızı önemsiz sayılan derecelere indirilebilir. Korozyonla mücadelenin temeli ekonomidir. Pratikte problemlerin en ekonomik olarak ve yeterli emniyeti sağlayacak şekilde çözülmesi istenir. Bu çözüm her zaman en iyisi olmayabilir. Bazı hallerde biraz oksitlenmeye (paslanmaya) göz yumularak daha ucuz olan çözüm seçilebilir. Örneğin, yumuşak çelik gibi düşük maliyetli ve düşük performanslı malzemeleri kullanmak ve bunları oksitlendikçe sık sık değiştirmek de bir çözüm yolu olabilir. Korozyondan kaynaklanan kayıpların, bilim ve teknolojinin sağladığı imkânlardan ekonomik ve doğru olarak yararlanılması halinde bazı alanlarda %40 a kadar, fakat ortalama %20 oranında azaltılabileceği de bilinmektedir. Korozyon ekonomik açıdan her ülkenin büyük kayıplara uğramasına neden olur. Bunun dışında korozyon nedeni ile uğranılan zararları şu şekilde özetleyebiliriz. Korozyon her şeyden önce insan hayatını ve sağlığını zarara sokan bir olaydır. Bilindiği gibi bakırın korozyon ürünlerinin insan sağlığı için çok zararlı olması nedeni ile bakır kaplar yüzyıllarca kalayla kaplanarak kullanılmıştır. Uçaklarda bazı önemli parçaların korozyon nedeni ile kırılması (yorulmalı korozyon, gerilim korozyon çatlaması gibi nedenlerle) uçağın düşmesine ve can kaybına neden olabilir. Korozyon dünyadaki sınırlı metal kaynaklarının en önemli israf nedenidir. Her yıl üretilen metalik malzemelerin yılsonuna kadar yaklaşık 1/3 ünün korozyon nedeni ile kullanılmaz hale geldiği tahmin edilmektedir. Devre dışı kalan metalik malzemeler hurda olarak kısmen değerlendirilebilirse de 1/3 ü bir daha kazanılmamak üzere kaybedilir. Ve doğaya geri döner. Bu ise yıllık metalik malzeme üretiminin 1/10 unun korozyon nedeni ile bir daha kazanılmamak koşuluyla kaybı demektir. Korozyon nedeni ile malzeme kaybı yanında sermaye-emek-enerji ve bilgi de kaybolur. Metalik malzemelerin üretimi sermaye-malzeme-emek-enerji ve bilgi gerektirdiğinden korozyona ilave olarak bunların kaybı da söz konusu olacaktır. Korozyon ortamı kirletir ve ayrıca kirli ortam metal korozyonunu hızlandırır. 5

6 Korozyon olarak nitelendirilebilecek çözünmeler teknolojinin gelişimi ile her gün daha aşağı sınırlara çekilmektedir. Örneğin, ilaç endüstrisi ve atom santrallerinde korozyon olarak nitelenebilecek metal çözünmesi ile atmosferik koşullarda bir çelik yapının korozyonu arasında çok büyük farklar vardır. Atmosferik koşullarda milimetrenin kesri düzeyindeki korozyon nedeni ile uğranılan kalınlık azalmaları normal kabul edilirken, bir atom santralinde soğutma suyunun içinden geçtiği borularda korozyonun pratik olarak sıfıra yakın olması istenir. Korozyon kayıplarının maliyetinin hesabı çok zordur. Bu zorluk doğrudan (direkt) korozyon kayıplarının ötesinde dolaylı olarak (indirekt) ortaya çıkan çeşitli yan kayıpların belirlenmesinden kaynaklanır. Dolayısıyla elde edilen değerler yanıltıcı olabilir. Korozyon nedeniyle dolaylı olarak ortaya çıkan çeşitli yan kayıplar dört grupta toplanır. i) Direkt kayıplar ii) İndirekt kayıplar Tesisin servis dışı kalması Ürün kaybı Ürün kirlenmesi Korozyon için alınan aşırı önlemler Direkt Kayıplar : Görevini yapamayacak ölçüde korozyona uğramış malzemelerin yenileri ile değiştirilmesi ve korozyonu önlemek için yapılan müdahalelerdeki harcamalar şeklindedir. Örneğin, Sıcak su borularının değiştirilmesi, Otomobil egzost susturucularının değiştirilmesi İndirekt Kayıplar : Tesisin servis dışı kalması : Korozyon sonucu meydana gelen arızanın tamiri için geçen süre içinde tesis stop ederek üretim duracaktır. Termik santralinin bir gün devre dışı kalması hesapsız kayıplar ortaya çıkarır. 6

7 Ürün kaybı : Bir deponun, tankın veya boru hattının korozyon sonucunda delinmesi halinde, olayın farkına varılıncaya kadar ürün kaybı söz konusu olur. Bu kayıplara korozyon kaybı olarak bakılır. Çevre kirlenmesi hatta tehlikeli yangınlar olabilir. Ürün kirlenmesi : Çözünen korozyon ürünleri elde edilen kimyasal madde içine karışarak onun kirlenmesine neden olur. Özellikle gıda maddeleri, ilaçlar ve kozmetik ürünleri içine pas karışarak kaliteyi bozabilir. Pb borular içme suyu içine zehirli Pb bileşiklerinin karışmasına neden olur. Korozyon için alınan aşırı önlemler : Çoğu zaman korozyon hızının başlangıçta tam olarak bilinmesi mümkün olmaz. Bu nedenle tasarım sırasında gereğinden kalın malzemeler veya emniyetli olması için çok pahalı malzemelerin kullanılması yoluna gidilir. Korozyon olayı meydana gelmediği halde yapılan masraflar da korozyon kaybı olarak kabul edilir. Bunların dışında; Tamir, bakım, ürün ve veri kaybı, Duraksamalar nedeniyle ilgili kurumların etkilenmesi, Dayanıklı tüketim araçlarına ödenen garanti teminat giderleri, Paslı borulardaki buhar, yakıt, su ve basınçlı hava kaçakları nedeniyle enerji ve yakıt kaybı, Artan işçilik gereksinimleri ve yedek parça depolama ihtiyacından dolayı işletme yatırımlarındaki artış ve Korozyonun sebep olduğu hasarlı kazalardaki can kaybı da korozyon kayıpları arasında sayılabilir. Örneğin; Beton içindeki çelik donanımların korozyonu son derece önemlidir. ABD de görülen yapıların %23 ünün ( adet) korozyon nedeni ile yapısal yeterliliğini kaybettiği ileri sürülmektedir. Köprüler, limanlar, deniz içi ve deniz kenarındaki yapılar kısacası çelik donatılı ve klorür kirlenmesine maruz, ıslak ve rutubetli ortamda kullanılan beton yapılar korozyon açısından oldukça hayati tehlikelere maruzdur. 7