Katodik Koruma ve Korozyon  Katodik Koruma Sistemleri

Katodik koruma nedir: Üretim, iletim ve dağıtımda kullanılan metaller zamanla paslanır. Bunun literatürdeki adı ‘’Korozyon’’ dur.

Fransızca bir kelime olan korozyon aşınma, çürüme, paslanma anlamına gelmektedir. Kimyasal etkilere maruz kalan metaller fiziksel ve kimyasal özelliklerini yitirir. Kütlesel olarak zamanla kaybolması olayıdır. Buna korozyon olayı denir.

Metallerin çoğu su veya hava ile temasa maruz kaldığında korozyona uğrar. Özellikle suyun içindeki veya toprağın altındaki metal borular için büyük bir risktir. Korozyona karşı önlem alınmadığı takdirde geri dönüşü olmayan ağır hasarlara sebep olmaktadır.

Metallerin korozyona uğramaması için birçok koruma yöntemi geliştirilmiştir. Metalleri korozyondan korumak için kullanılan elektrokimyasal metal koruma yöntemidir. Katodik koruma uygulamasına 1930’lu yıllarda başlanmıştır. Korozyon ile mücadelede en etkili ve en ekonomik yöntemdir.

Katodik Koruma Sistemleri

Korozyonu kontrol altına almak için elektrik akımına dayanan, aktif bir sistemdir. Korozyon olayı bu iki reaksiyonun bir arada yürümesi ile gerçekleşir. Elektronlar anottan katoda doğru metal üzerinden akar. Katot reaksiyonu anottan gelen bu elektronları kullanarak yürür. Katot reaksiyonu için elektronlar dış kaynaktan verilirse, anot reaksiyonu ile elektron üretilemez. Bu durumda anottaki korozyon olayı durmuş olur.

Korunacak metal yapıyı oluşturacak bir elektrokimyasal hücrenin katodu durumuna getirir. Metal yüzeyinde yürümekte olan anodik reaksiyonların durdurulması işlemidir.

Amaç, korunacak olan metalin potansiyelini anodun açık devre potansiyeline kadar polarize etmektir. Bunu sağlamak için metale katodik yönde bir dış akım uygulanır.

Metale dıştan uygulanan akım ile verilen elektronlar, metal yüzeyinde yürümekte olana anodik reaksiyonları tam olarak durdurur. Böylece katodik reaksiyonun hızını da arttırır. Anot reaksiyonu korunmakta olan metalin yüzeyinde değil, katodik koruma devresinde bulunan anotta yürür. Korunmakta olan metal yüzeyi artık tam olarak katot olur.

Katodik koruma sistemlerinin ana prensibi elektrokimyasal korozyon teorisine dayanır. Katodik koruma sistemi korozyonu kontrol altına almak için, elektrik akımına dayanan aktif bir sistemdir. Korozyonu önlemek için bu boruların yanına, onlarla temas edecek şekilde, daha reaktif bir metalin yerleştirildiği koruma yöntemidir.

Eğer koruma elektrik akımı kesilirse, korozyon materyal / çevre kombinasyonu için normal değerlerde gelişmesine devam eder. Besleme akımı bütün koruma için yetersizse korozyon azaltılmış değerde gelişecektir.

Katodik koruma sistemi tesis edilip gerekli ayarları yapılır. Yeterli koruma akımı sağlanır. Sonra akımlar ve potansiyeller önceki duruma göre genellikle sabit kalır. Akımlarda ve potansiyellerdeki aşırı değişimler sistem arızası olarak görülür.

Katodik Koruma Nasıl Yapılır?

Katodik koruma iki ana grupta incelenir:

• Galvanik anotlu katodik koruma
• Dış akım kaynaklı katodik koruma

Galvanik Anotlu Katodik Koruma

Galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinde korunması istenilen korozyona uğramakta olan bir metale kendisinden daha negatif potansiyelde metal (anot) bağlanarak bir galvanik pil meydana getirilir. Bu durumda metal yapı katot haline getirilir. Katodik koruma devresinden akım geçebilmesi için anot ve katot arasında devre direncini yenebilecek kadar bir potansiyel farkının olması gerekir. Galvanik anottan çekilen akım, galvanik anodun açık devre potansiyeli ile devre direncinin büyüklüğüne bağlıdır. Galvanik anotlar kendiliklerinden çözünerek aynı bir pil gibi akım üretirler.

Anodun çözünmesi sonucu açığa çıkan elektronlar, dış bağlantıdan katoda (korunan metal yapı) taşınarak katodik reaksiyon için gerekli olan elektronları sağlar. Galvanik anotların akım kapasiteleri ve akımın verimi bellidir. Katodik koruma devresine belli süre yetecek miktarda ve sayıda galvanik anot bağlanarak korunacak metal yapının yüzey alanı istenilen süre katot halinde tutulabilir. Galvanik anotlar, koruma sırasında belirli hızlarla çözünerek ağırlıklarını kaybederler. Bunları uygun zaman aralıklarıyla yenileyerek koruma görevi süreklilik kazandırılır.

Galvanik Katodik Koruma Sistemlerinin Avantajları

• Dış akım kaynağına gerek yoktur. Akım anotlardan sağlanır. Galvanik anotlu katodik koruma sistemi elektrik enerjisinin bulunmadığı yerlerde tek alternatiftir.
• Tesisi maliyet açısından ekonomik ve uygundur.
• Galvanik katodik koruma sistemlerinin yapımı basit, kolay, maliyet açısından ekonomik ve uygundur. İşletme sırasında hiç bir ayarı gerektirmez, çevre yapılar üzerinde interferans etkisi yapmaz.
• Anot – katot arasındaki potansiyel farkı akım gereksinimini karşılayacak ölçüde otomatik olarak ayarlanır.
• Bakımı ve işletim masrafları düşüktür.
• Aşırı koruma potansiyeli yönünden uygundur.
• Diğer metalik yapılar üzerindeki kaçak akım etkileri azdır.
• Minimum istimlâk ve irtifak maliyeti azdır.
• Tankların korunmasında tankın dış çapı etrafında uniform akım dağılışı vardır.

Dezavantajları

• Küçük koruma geriliminin elde edilmesi (sınırlı potansiyel farkı),
• Yüksek dirençli elektrolitler de oldukça küçük akımların elde edilmesi (tipik 1–2 A)
• Akım maliyeti yüksektir. Bu nedenle yüksek akım ihtiyacının söz konusu olduğu hallerde tercih edilmez.
• Galvanik anotların potansiyeli düşük olduğu için, yüksek rezistiviteli elektrolitler içinde etkili olamazlar.
• Büyük veya genişletilen yapılarda yeni anotların yerleştirilmesi ve tesisi ekonomik olarak uygun değildir.
• Yüksek özgül dirençli ortamlarda etkisiz kalması (özellikle 5.000 ohm. cm’den daha büyük ortamlarda bu sistem kullanılamaz.)
• Tank korumada bir sistem ancak bir tankı koruyabilir. Diğer bir tank için ayrı bir sistem yapılması gerekir.
• Korozyonu ve sistemi kontrol etme ve izleme zorluğu vardır.
• İşletme sırasında herhangi bir sebeple katodik koruma akım ihtiyacında artış olursa, var olan anotlar ile bunu karşılamak mümkün değildir. Sisteme yeni anotlar eklenmelidir.

Sistemin galvanik anotlu olarak belirlenmesinin daha uygun olduğu şartlarda anot tipinin en ekonomik ve en uzun ömürlü olanı tercih edilmelidir.

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma

Dış akım kaynaklı katodik koruma korunacak malzemenin enerji kaybını bir başka metalden vermek yolu ile enerjinin dışarıdan sağlanması esasına dayanır. Şebekeden alınan alternatif akım AC önce bir trafodan geçirilerek potansiyeli istenilen düzeye düşürülür.

İstenilen düzeye düşürülen bu akım bir redresörden geçirilerek doğru akım DC haline dönüştürülür. DC (+) ucu anot yatağına, (-) ucu korunacak olan metale (boruya) bağlanır. Bu korumaya “dış akım kaynaklı katodik koruma“ denir. Akım şiddeti korunacak metalin yüzey alanına ve metalin içinde bulunduğu ortamın koroziflik derecesine bağlıdır.

Dış akım kaynaklı sistemde  yardımcı anot olarak çeşitli metaller kullanılır. Eski borular, raylar, travers gibi hurda demir ve çelik malzemelerde yardımcı anot olarak kullanılabilir. Yardımcı anot özellikleri, yüksek bir potansiyele gerek duyulmadan istenilen akımı vermesi ve diğer yönden yeterli süre parçalanmadan dayanmasıdır.

Anotlar kendini yok ettiği  ve elektrik akımı yüksek olduğu için, uzun yıllara uygun bir kullanım süresi için gerekli malzeme seçilmelidir. Zemin içinde kullanılan başlıca yardımcı anotlar şunlardır: Grafit anotlar, Fe-Si anotlar, Pb-Sb-Ag anotlar, Al anotlar, Pt-Ti anotlar , Metal oksit kaplı Ti anotlar. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi, galvanik anotlu katodik koruma sisteminden daha güçlüdür.

Bu sistemde yardımcı anot olarak; toprak altı yapılarında kullanılan anot tipi silis katkılı demir anotlardır. Bu anotların dışında yurt dışından ithal edilen grafit ve metal oksit kaplı titanyum anotlarda kullanılmaktadır.

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemlerinin Avantajları

• Elektrik akımının maliyeti galvanik anotlara göre ucuzdur.
• Elektrolit direncinin yüksek olması durumunda DA potansiyeli artırılarak kolay bir şekilde katodik koruma uygulanabilir.
• Proje sırasında göz önüne alınmayan faktörler sebebiyle akım ihtiyacı beklenmedik şekilde değişirse, trafo ünitesinden ayar yapılabilir.

Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemlerinin Dezavantajları

• Bu sistem elektrik akımı bulunmayan yerlerde uygulanamaz. Ancak günümüzde, güneş enerjisinden fotovoltaik piller ile elde edilen elektrik akımının katodik koruma sistemlerinde kullanılmasına başlanmıştır.
• Anot yatağı yakınında bulunan yabancı metalik yapılar üzerinde interferans etkisi yaratabilir.
• Yapıya akımın uygulandığı yerde aşırı potansiyel yükselmeleri görülebilir. Bu bölgede hidrojen çıkışı sebebiyle kabuk soyulması ve hidrojen kırılganlığı olayları oluşabilir.

Katodik Korumanın Uygulama Alanları

• Boru hatları: İçme suyu boru hatları, doğal gaz boru hatları, atık su boruları deniz dibi borular, yangın hidrant boru hatları, petrol boru hatları.
• Deniz içi yapı ve araçları: Gemiler, feribotlar, deniz otobüsleri, deniz altı gemisi, yatlar, liman, iskele, platform, kazık ayakları, şamandıra vs.
• Tanklar: Yeraltı LPG ve akaryakıt tankları, yer üstü akaryakıt tankları atık su tankları, içme su depolama tankları vs.
• Su sistemleri: Eşanjör soğutma ve ısıtma sistemleri, termosifon, buhar kazanları, boiler tankları vs.
• Çinko anotlar: Çinko anotlar ortam rezitivitesinin 2000 ohm . cm’den düşük olduğunu tuzlu su, tatlı su ve toprak zemin içindeki demir ve çelik yapıların katodik korumasında kullanılırlar.

Katodik Koruma Kullanıldığı Yerler

• Gemi, tekne, yat ve römorkörler.
• Gemilerin balast tankları
• İskele ve kazıklar
• Isı değiştiriciler

Katodik Koruma Ölçümü Nasıl Yapılır?

Bu koruma sistemlerinde, katodik koruma ölçümü potansiyel ve akım değerlerini ölçmek için kullanılır.  Ölçü kutularının ölçüm kutup sayıları, uygulanan katodik koruma sistemlerine göre değişir. Ayrıca isteğe göre ölçü kutularının dış yüzeyleri sıcak daldırma galvaniz veya istenilen renkte boya ile kaplanır.

Katodik koruma sistemlerinde potansiyel değerinin okunması sırasında kullanılır.  Genellikle toprak ve tatlı su içerisinde bulunan yapılara uygulanan katodik koruma sistemlerinde potansiyel değeri okunurken bakır-bakır Sülfat (Cu-CuSO4) referans elektrodu kullanılır.

Tatlı su içerisinde bulunan yapılar, uygulanan katodik koruma sistemlerinde potansiyel değeri okunurken gümüş – gümüş klorür (Ag-AgCl) referans elektrodu kullanılır. Çinko elektrod da, deniz yapılarında kullanılabilir.

Katodik Koruma Testleri 

Katodik işleminin yapılma sebebi iş yerinde bulunan korozyondan insanları koruma yoludur. Bu iş hakkında bilgi sahibi olan kişilerin yapması. kaliteli bir uygulama sonucu verir. Bu uygulama elektrokimyasal yollarla yapıldığında işin ne kadar dikkatle ve bilinçli olarak yapılması gerektiği açıktır. İşte katodik test (cathodic testing) yapılarak insanların sağlık problemleri yaşamaması sağlanır. Sistem kurulduktan sonra mahalde bulunan elektrik akımı kesilirse zararlı olan metal yeniden oluşmaya başlar. Bu da insan sağlığını bozar. Farklı iş sektörlerinde kullanılan katodik koruma yöntemleri insanların faydasına olan uygulamalardır.

Sıvı veya toprak içindeki metaller çeşitli sebeplerle  zamanla yıpranır, yıprandıkça görevini yapamaz. Bu durum çevresel açıdan zararlara yol açtığı gibi büyük kazalara sebep olabilir. Katodik koruma ile bu tür metaller korunur. Katodik koruma testleri ile kullanılan araçların güvenliği sağlanır.

Referans Elektrod Ölçü Kutuları

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde alternatif akımı, doğru akıma çeviren trafo – redresör üniteleri kullanılmaktadır. Bu üniteler; 220 Volt veya 380 Volt AC beslemeli, hava veya yağ soğutmalı, istenilen DC Volt ve Amper çıkış değerine göre ayarlanabilir, Voltaj regülasyonu manuel, otomatik, varyaklı veya faz kontrollü, sabit referans kontrollü, PLC’ li bilgisayar kontrollü SCADA uyumlu tipte olmaktadır.

Trafo- Redresör Üniteleri

Katodik olarak korunmuş olan bir metal yapının korunup korunmadığını anlayabilmek için, aşağıda belirtilen referans elektrotların karşısındaki koruma potansiyel değerlerini sağlaması gerekir.

Katodik koruma firmaları akaryakıt, su, doğalgaz boru hatlarının, yer altı ve yer üstü depolama tanklarının, her türlü sanayi tesislerinin, deniz ve göl içerisinde bulunan çelik ve betonarme iskele ayaklarının, deniz ve göl içerisinde bulunan çelik gövdeli teknelerin korozyona karşı katodik korumasıyla ilgili olarak; iş yerinde etüdleri yapılmakta, tatbikat projesinin hazırlanması, fabrikasyon malzeme imalatı, montaj, işletme, bakım ve eğitim hizmetlerini sunmaktadırlar. Katodik koruma yapılmadığında yıllık milli gelirde azalmalar yaşanmaktadır.

Malzeme olarak kullandıkları elemanlar; magnezyum, alüminyum, çinko türü galvanik anotlar, yardımcı anotlar, manuel ve otomatik kontrollü, scada uyumlu trafo (transformer) / redresör (rectifer) ünitesi, polarizasyon hücresi, akım dağıtım ünitesi, eş potansiyel ünitesi, ölçü kutuları, izole flanş conta takımları, referans elektrodları, doğalgaz boru hatlarını işaretleme ve havadan tespit etme malzemeleri yer almaktadır.

Çelik Boru Hatları Katodik Koruma Proje Ve Tesisi Yapım İşleri Birim Fiyatları

Mekanik ekipmanlar arasında yer alan vanalar, vantuzlar, tamir manşonları, takma-sökme parçalarına ait fiyatlar, Boru bağlantı elemanları (Manşon, dirsek, te, redüksiyon vb.) fiyatları İLLER BANKASI Birim Fiyatları ve TEDAŞ Birim Fiyatları tarafından belirlenen fiyatlar geçerlidir.