Üretimin, iletimin, dağıtımın olmazsa olmazı olan metallerin karşı karşıya kaldığı en büyük sorun halk dilinde paslanma diye bilinen, literatürdeki adı ‘’Korozyon’’ olarak bilinen olayı, oluşumunu, oluşum nedenlerini inceleyerek, korozyon olayının ekonomik boyutlarını size aktardıktan sonra korozyon olayıyla başa çıkmak için sıkça kullanılan ‘’Katodik Koruma Sistemlerini’’ aktaracağız.
Korozyon Nedir?
Dilimize fransızcadan giren korozyon kelimesi aşınma, çürüme, paslanma gibi sözcükleriyle anlamsal yakınlık gösterir. Kimyasal etkilere maruz kalan metallerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini yitirip, kütlesel olarak zamanla kaybolması olayı literatürde korozyon olayı olarak yer almaktadır. Metal ve metal alaşımların büyük bir kısmı koruyucu önlemler alınmadığı takdirde su ve atmosfer etkilerine maruz kalarak korozyona uğramaktadırlar. Halk dilinde paslanma olarak bilinen bu olay önlem alınmadığı takdirde geri dönüşü olmayan ağır hasarlara neden olmaktadır.
Korozyon Oluşumu
Metal ve alaşımların kararlı yapıya geçiş eğilimleri yüksek olduğundan ortamdaki diğer elementlerle kolayca tepkimeye girebilmektedirler. Bu tepkimeler sonucu yeni bileşikler oluşmaktadır. Bu yeni oluşan bileşiğin fiziksel, kimyasal, mekanik ve elektriksel özellikleri; bileşiği oluşturan metallerden büyük farklılık göstermektedir. Bu değişimler kullanılan metallerin özelliklerini değiştirerek daha önceden tasarlanmış sistemin, çalışma yapısını bozduğundan dolayı istenen bir durum değildir.
Endüstrinin hemen hemen her alanında kullanılan metaller, göz önüne alındığında korozyon olayının büyük bir tehlike arz ettiğini görmek zor olmayacaktır. Atmosferle, suyla ve toprakla birebir temas halinde olması kaçınılmaz olan taşıtlar, gemiler, köprüler, direkler, su tankları, enerji nakil hatları, yer üstü ve yer altı boru hatları ve çeşitli makinalar korozyon etkisiyle işlevlerini kaybederek kullanılamaz hale gelmektedirler.
Korozyon Olayının Ekonomik Etkisi
Korozyon olayının, ekonomik boyutu tahmin edilenden çok daha yüksektir. Başlangıçta sadece malzeme kaybı olarak düşünülen korozyon olayına işçilik masrafları, nakil hatlarında oluşan korozyonun nakledilen maddelere verdiği zarar ve ileri safhaya gelmiş korozyon sonucu kullanılamaz hale gelen ürün nedeniyle tesisin servis dışı kalması, kullanılamaz hale gelen ürünün yenisiyle değiştirilmesi gibi kalemler hesaba katıldığında korozyon olayı çok büyük ölçekte maddi kayıplara neden olabilmektedir.
Korozyon kayıplarının ekonomiye etkisi incelendiğinde, sanayi ülkelerinde Gayri Safi Milli hasılanın yaklaşık %3,5 - %4'ünü oluşturduğu bilinmektedir. Korozyon için yeterli düzeyde koruma önlemleri alınmayan ülkemizde bu oranların daha yüksek olduğu tahmin edilmektedir. Ülkemizin bu kayıplarla ilgili net verileri bulunmamaktadır ancak çeşitli kaynaklar korozyon kayıplarının ülkemizdeki çelik üretiminin 1/3'üne karşılık geldiği söylenmektedir. Rakamsal olarak Amerika Birleşik Devletleri’ nin 2001 yılı verilerine baktığımızda korozyon yapılarının yıllık 300 Milyar Dolar olduğunu görmekteyiz.
Korozyona Karşı Alınabilecek Önlemler
Korozyon olayının önüne geçilebilmesi için alınacak bazı önlemler bulunmaktadır.
Bunlar:
► Metal yüzeyler kaplanarak;
► Korozyona karşı dayanıklı malzemeler kullanarak;
► Ortamın korozyona neden olan özelliklerini kısmen ve ya tamamen gidererek;
► Sistem tasarlanırken korozyona neden olacak etkenleri azaltıcı tasarımlar yaparak;
► Katodik koruma sistemleriyle
Bu sistemler içinde en etkili olanı ise katodik koruma sistemleridir.
Katodik Koruma Sistemleri
Korozyon olayını ve metallere etkisini açıkladıktan sonra, aslında elektrokimyasal bir olay olan ve metallerin hem fiziksel hem de kimyasal olarak değişimine neden olan korozyon olayının önüne geçmek için alınan önlemlerin en önemlisi ve en çok kullanılan katodik koruma sistemlerinden bahsedeceğiz. Katodik koruma sistemlerinin ana prensibi elektrokimyasal korozyon teorisine dayanmaktadır. Bu sistemlerdeki asıl amaç metalde korozyona neden olan ‘’Oksijen’’i metalden uzak tutmaktır. Yani bu sistemlerdeki asıl amaç koruma sistemi için kullanılacak metali (magnezyum vb.) anot gibi çalıştırıp korozyona uğratmak ya da korozyondan korunacak yapıyı katod olarak kullanarak bir korozyon hücresi oluşturmaktır.
Katodik koruma, metal yapıları, bulundukları ortam içerisinde elektrokimyasal yolla korozyondan koruma metodudur. Yani katodik koruma elektrokimyasal bir olay olup, amaç metal yapıda korozyonu meydana getiren oksijeni metal yapıdan uzaklaştırmaktadır.
Türk standartları enstitüsü TS 5141 EN 12954 Katodik koruma- Gömülü veya suya daldırılmış metalik yapılar için boru hatları için prensipler ve uygulama standardında madde 10.3,3,1 katodik koruma sisteminin muayenesi Çizelge 2`e göre Galvanik Anot İstasyonlarında yıllık veya işletme gerektiriyorsa daha sık yapılmalıdır.
Katodik Koruma ölçüm ve kontrollerin yılda iki defa ( yaz ve kış aylarında ) yapılması tavsiye edilir.
Katodik Koruma Sistemlerinin Çalışma Prensibi Nedir ?
Korozyonun önüne geçmek için kullanılan katodik koruma sisteminin meydan gelebilmesi için anot, katod, elektrolitik madde (toprak, su…) ve elektrokimyasal olayı başlatacak ‘’Doğru Akım’’a ihtiyaç vardır. Gerekli olan doğru akımı sağlamak için kullanılan yöntemler aynı zamanda katodik koruma sisteminin yönteminin ismi olarak literatürde yer almaktadır.
Yukarıdaki Şekil üzerinden katodik koruma olayındaki elektrokimyasal olaya basit olarak değinelim. Sistemin detaylı anlatamını yazının ilerleyen bölümlerinde bulacaksınız.
Şekil'de korunmasını istediğimiz metal katod olarak gösterilmektedir. Anot ise sistemi kuracak ekip tarafından belirlenerek elektrolit ortama yerleştirilen metali temsil etmektedir. Anot ve katod olarak belirlenen metaller kısa devre edildikten sonra sistemde elektron akışı başlar yani elektrokimyasal tepkime başlamış olur. Katodik sistemlerde daha önce de söylediğimiz gibi asıl amaç, korumak istediğimiz metalden yani katodtan, oksijeni uzak tutmaktır. Şimdi biraz basit kimya bilgilerimizi kullanalım. Bildiğimiz gibi Katod ve Oksijen negatif (-) değerlikli, Anot ve Hidrojen ise pozitif (+) değerliklidir. Oluşacak polarizasyon sonucu elektrokimyasal etkiyle yani zıt polariteye sahip yüklerin birbirini çekmesi prensibi sonucu Hidrojen Katod üzerinde, Oksijen ise Anod üzerinde birikmeye başlar.
Normalde katodta yani korumak istediğimiz metal üzerinde birikip tepkime vererek; metalin fiziksel ve kimyasal yapısını bozmasını önlemek için anot görevini yapması için kullanılan metal oksijenle tepkimeye girerek bozunuma uğrar. Ve bu bozunum anot metali bitene kadar devam eder.
Katodik koruma sistemlerinde doğru akım elde etmek için 2 yöntem kullanılmaktadır :
1- Galvanik Anot Yöntemi (Fedai Anot Yöntemi)
2- Dış Akım Kaynağı Yöntemi (Trafo/Redresörlü Yöntem)
Şimdi de bu katodik koruma yöntemlerini inceleyeceğiz.
1| Galvanik Anot Yöntemi (Fedai Anot Yöntemi)
Galvanik Anot Yöntemi diğer adıyla Fedai Anot Yöntemi adından da anlaşılacağı gibi korumak istediğimiz metalin korozyona uğraması yerine başka bir metalin feda edilmesi prensibiyle çalışan bir sistemdir.
Bu yöntemde feda edilecek metalin, korunacak metalden daha aktif yapıda olan bir metal olması gerekmektedir. Galvanik anotlar yani fedai anotlar direkt olarak toprakla temas halinde değildir. Toprağın kuruyup ve ya aşırı ıslanması durumunda elektrolit dengenin bozulma ihtimaline karşı galvanik anotlar ürettiği doğru akımın toprağa geçişini kolaylaştırmak amacıyla dolgu maddesiyle birlikte kullanılır. Bu dolgu maddesi sayesinde anot sürekli nemli kalarak anot akımın elektrolit üzerinden devreyi tamamlamasını sağlamaktadır. Kullanılacak galvanik anotların boyutu ve şeklinin belirlenmesi için; toprağın özgül direnci, korunacak olan metalin alanı, katodik koruma işleminin devamı için gerekli akım değeri ve koruma işleminin ne kadar süre ile yapılacağına bakılarak belirlenir.
Yukarıda da bahsedildiği gibi galvanik anot olarak kullanılan metal bir süre sonra uğrayacağı korozyonun etkisiyle kütlelerini kaybedip bitme noktasına gelecektir. Bundan dolayı belirli periyotlarla bu galvanik anotlar değiştirilmektedir.
Bu sistemi toprak altında kullandığımızda genellikle; anotlar Magnezyum metali, su ve deniz altında ise Alüminyum veya Çinko metalleri kullanılmaktadır.
2| Dış Akım Kaynağı Yöntemi (Trafo/Redresörlü Yöntem)
Bu yöntem korunacak metalin daha büyük çapta olduğu yani elektrolit içinden akacak akım gereksiniminin daha çok olduğu yerlerde kullanılır. Katod ve anod olarak kullanılan metallerin kendi kendilerine akım oluşturmasına gerek yoktur. Gerekli olan doğru akım, Trafo/Redresör (T/R) yardımıyla alternatif akımdan çevrilerek devreyi besleme yapılmaktadır.
Kurulan sistemde T/R elemanının primer uca gelen AC gerilim, diyotlarla doğrultularak istenilen gerilim değerinde DC akım elde edilmektedir. Çıkış uçlarından, negatif (-) ucu korunacak metale yani katoda (+), pozitif (+) ucu ise anoda (-) bağlanmaktadır. Bunun sonucunda normalde, yani korunmasız ortamlarda oluşan tepkimelerle katod üzerinde biriken ‘’Oksijen’’ in anod üzerinde birikmesi sağlanmaktadır. Aynen galvanik anotlu sistemde olduğu gibi anodlar bir süre sonra yok olacağından belirli aralıklarla kontrol edilip, gerektiği takdirde yenisiyle değiştirilmelidir.
Bu sistemin çalışma prensibinin galvanik anotlu sistemle arasındaki tek fark gerekli olan akımın elektrokimyasal özellikler kullanmak yerine dışarıdan alınmasıdır.
Peki Hangi Sistemi Tercih Etmeliyiz, Hangisi Daha Avantajlı?
"Galvanik Anodlu Sistem" ve "Dış Akım Kaynağı Yöntemi (Trafo / Redresörlü Yöntem)" benzer sistemler olmasına rağmen kullanım yerlerine göre hem mali açıdan, hem kurulum hemde kullanım kolaylığı açısından irdelendiğinde farklı kulvarlarda bulunmaktadır. Korunması istenilen sistem küçük boyuttaysa ve çevresel zararlı etkiler düşük seviyedeyse "Galvanik Anodlu Sistem" avantajlıyken, büyük boyutlu koruma alanlarında ve zorlu bölgelerde "Dış Akım Kaynağı Yöntemi (Trafo / Redresörlü Yöntem)" kullanımına mecbur kalınmaktadır.
Kaynaklar: ► amperenerji.com.tr ► amper.com.tr ► protectioncathodique.net ► wikipedia.org
Hazırlayan: Çağdaş Ozan Pamuk / Elektrikport.com
Comments