Katodik Koruma Sistemi - Temel Elemanlar ve Kavramlar

1. Katodik koruma sistemi toprağa gömülü ve sıvı içindeki metalik yapıların korozyonunu önlemek veya kontrol altına almak için kullanılan elektro kimyasal bir metoddur. Katodik koruma sistemi korozyonu kontrol altına almak için elektrik akımına dayanan aktif bir sistemdir.Eğer koruma elektrik akımı kesilirse korozyon materyal/çevre kombinasyonu için normal değerlerde gelişmesine devam edecektir. Eğer besleme akımı bütün koruma için yetersizse korozyon azaltılmış değerde gelişecektir. Katodik koruma sistemi tesis edilip gerekli ayarları yapılıp ve yeterli koruma akımı sağlandıktan sonra , akımlar ve potansiyeller önceki duruma göre genellikle sabit kalacak ;akımlarda ve potansiyellerdeki aşırı değişimler sistem arızası olarak görülecektır.

2. UYGULAMA. Katodik koruma uygulandığı alanlar

  • Yeraltı yakıt ve petrol depolama tankları ve toprak seviyesi tank tabanları
  • Yakıt ve petrol dağıtım sistemleri
  • Toprak seviyesi veya üstündeki sıvı depolama tanklarının iç kısımları
  • İçme suyu  dağıtım sistemleri
  • Doğal gaz dağıtım sistemleri
  • Sıkıştırılmış hava dağıtım sisitemleri
  • Yangın sistemleri
  • Kanalizasyon sistemleri
  • Deniz rıhtımlarının çelik kazıkları
  • İskele çelik kazıkları

3. Korozyon prosesi : Katodik koruma prensiplerini anlamak korozyon prosesinin doğasını anlamakla anlaşılabilmektedir.Metallerin korozyonu eletrokimyasal bir işlemdir. Bu işlem ; devrenin bir bölümünde kimyasal reaksiyonlardan dolayı elektronların yer değiştirmesinden  bir elektrik akımı meydana getirdiği elektriksel devredir.Bu kimyasal reaksiyonlar metalin yüzeyini elektrolit olarak etkiler.Oksidasyon Reaksiyonu(Korozyon) anod yüzeyinde hidrojen çıkışı da katod yüzeyinde meydana gelir. Korozyon kontrol sistemleri korunan yapıları bir katod yaparak oksitletme reaksiyonlarının yer değiştirmesi esasına dayanan katodik koruma sistemidir.

3.1 Korozyon Hücresi : Korozyon bulunduğu çevrede reaksiyon süresince malzemedeki bozulmadır.   Bu bozulma esasen elektrokimyasal işlem esnasında oluşur. Elektrokimyasal    işlem dört ayrı bölümden meydana gelir: anod ,katot elektrolit,ve metallik    bağlantı.  Elektrokimyasal korozyon sadece bu dört bölüm görüldüğünde meydana gelir

3.2 Anod : Korozyon hücresinin en fazla göze çarpan bölümü anodlardır. Bu korozyonun meydana geldiği bölgedir. Bu bir kimyasal reaksiyon  bir oksitlenme reaksiyonu olup metalden elektron kaybı sonucu diğer elementle birleşmesidir. Bu metal çelik ise sonuçta malzemede demir pası oluşur.

3.3 Katod : Bu korozyon hücresinin korunan bölümüdür. Burdaki kimyasal reaksiyon bir azaltma reaksiyonudur.

3.4 Anod/Katod ilişkisi : Bir elektrokimyasal korozyon hücresinde bir elektrod diger elektroda göre meydana gelen potansiyele göre ya anod dur veya katod dur. Bu  elektriksel potansiyel farkı anod ve katod arasındaki potansiyel farkıdır.elektriksel olarak daha aktif veya daha negatif olan elektrod anod olarak belirlenir, diğer elektrodda katoddur. Katod da oksidasyon reaksiyonuna maruz kalmayıp korunan bölümdür.

3.5 Elektrolit : Korozyon hücresinin üçüncü bölümüdür. Bu bölümde ion akışı vardır.Elektrolit hem anoda hemde katoda temas eden bir materyaldir ve burada hem anoda hemde katoda iyon akışı vardır.

3.6 Metalik Bağlantı : Korozyon hücresinin dördüncü bölümü olup elektriksel devreyi tamamlar ve elektron akışını sağlar. Metalık bağlantı hem anoda hemde katoda temas eden ve elektron akışını sağlayan bir metaldir. Bu elektron akışı elektokimyasal reksiyon oluştuğunda görülür. Tank veya boru hattında metalık bağlantı tank veya boru hattıdır.

Image

Şekil 1: Korozyon Hücresi

4. Korozyon Hücreleri(Korozyon Tipleri)

Farklı Çevreler

Boru hatları bir çok farklı tip topraklardan geçer.Metaller farklı topraklarda farklı potansiyeller gösterir.Bu topraklardaki elektrik potansiyelleri  farklı yerlerde bazen anod bazende katod olur.Anod ve Katod her ikisininde elektriksel ve elektroliksel sürekliliği akım akışı,oksidasyon sonucu ve hidrojen artmasına(Korozyon ve koruma) bağlıdır.Boru hattı sahası veya Tank sahası Anod çürümesine maruz kalır.

Eğer toprak Farklı yapılardaki yatay katmanları ihtiva ediyorse enine bir çok toprak katmanlarını geçen boru hatları korozyonun bu tiplerinden sık sık etkilenecektir.

Image

Şekil 2:Farklı çevre yapılarının sebep olduğu korozyon hücreleri 

Oksijen Konsantrasyonu:

Düşük oksijen konsantrasyonlu elektrolite maruz kalan boru hatları ve tankların yüzeyi yüksek oksijen konsantrasyonuna maruz kalan boru hattı veya tankların yüzeyine göre genellikle anodik özellik gösterir ve korozyan uğrar.Boru hattının veya tankın kazı veya toprak dolgu esnasındaki boru altında kalan toprak zemin düşük oksijen ihtiva eder,boru üzerine yapılan  kum ve toprak dolgular daha yüksek oksijen eder,böylece boru altındaki kısım anod, boru üzerinde kalan dolgulu bölüm fazla oksijen içerdiğinden Katod özelliği gösterir

Image

 Şekil 3: Farklı Oksijen konsantrasyonlarından etkilenen Konsantrasyon hücreleri

Nemli/Kuru Elektrolitler:

Az veya çok su içeren Elektolitler boru veya tanksahalarında farklı kısımlarda farklı potansiyeller oluşturur.

Genellikle çok su içeren kısımlar elektrokimyasal korozyon hücrelerinde Anod olur.

Boru hattı sert bir bataklık alanından kuru bir alana geçerken veya tank yeri kuru bir toprakta iken tankın tabanı yeraltı su seviyesi ile doygunluğa ulaşır.

Image

Şekil 4: Suyun farklı konsantrasyonları tarafından etkilenen Konsantrasyon hücreleri

Homojen Olmayan Toprak

Boru hatları ve tanklar homojen olmayan farklı toprak yapılarında elektrolitler farklı elektrik  potansiyelleri gösterir.

Bu homojen olmayan toprak karışık metallerden oluşan mikroskobik ögelerin etkisinde kalır.Bu yüksek potansiyelli alanlarda Elektrokimyasal korozyon hücreleri Anod olur.

Boruhattı veya tankın daha sert zeminlerindeki farklı büyük potansiyallere maruz kalan kısmı bir elektrolittir veya bu kısımlarda küçük anodik alanlar ve büyük katodik alanları vardır.

Image

Şekil 5: Homojen olmayan topraklar tarafından etkilenen korozyon hücreleri

4.5 Beton / Toprak Ara yüzeyi

Boru hatları ve tankların çimento ile temas eden yüzeyleri ve diğer elektrolit etkisindeki kısım her alanda farklı potansiyeller gösterir.Çimento ile temas etmeyen bölümler de elektrokimyasal korozyon hücreler Anod olur.

Bir boru hattı ve tankın çimento ve toprak (veya su) ile temas eden kısmında korozyon hücreleri çok katı olur,çünkü metallerin Farklı büyük potansiyelleri iki farklı elektrot oluşturur.

Image

Şekil 6: Beton ve Toprak Elektrotları tarafından etkilenen Korozyon hücreleri

Dolgu Katkısı:

Toprak içerisine sonradan konulan homojen olmayan katkı maddeleridir.

Bu yapılarda herhangi bir metal Anod veya Katod durumunda olabilir. Ayrıca  farklı şartlarda ki elektrolitlerde izoleli malzemeler veya metalik malzemeler gerçekten anot veya Katod konumunda olabilir(Galvanik Korozyon)

Genel örnek olarak paslı çelikten yeni çeliğe, Karbon veya Bakır bağlantısından Çeliğe,olan bağlantılar (yeni) çelik yapıda, anod olur.

Biyolojik Etkiler:

Biyolojik Organizmalar metallerin yüzeyinde büyür ve nüfuz ederler,farklı çevre faktörlerinde metal yüzeylerinde kötü korozyona sebep olur.

Genellikle bakteriler 15 ° ile 45° arasındaki sıcaklıklarda korozyon büyümesini hızlandırır.

Bu bakteriler genellikle oksijen ihtiyaçlarına göre oksijenli veya oksijensiz  alanlara göre  sınıflandırılmıştır. Bunların metabolizması elektrokimyasal reaksiyon oluşturur,bu oluşum meteryallerin iyon akışını ve pH değerini engeller.

Bazı bakteriler Korozyon oranının kimyasal dengelerinin bozulmasında ve metal iyonlarının direk olarak oksidasyonunda ve indirgenmesinde etkilidir.Oksijenli ortamda yetişen bakteriler ve kimyasal konsantrasyon hücreleri, havadar ortamda oksijen olşturma yeteneğindeki bakteriler korozyon oluşumunu hızlandırır.

Yapı kaplamasının bozulmasından dolayı bir çok mineral ve organik asitler üretilir.bu bozulmalar sonucu oluşan üretimler bazen yiyecek olarak kullanılır ve bundan dolayı korozyon hızlanır.

Galvanik Korozyon:

Bu tip korozyon  metalin bir bölümünün Anod olması diğer kısmının Katod olmasından dolayı oluşan  potansiyel farkı neticesi  meydana gelen elektrokimyasal bir korozyon hücresidir.Aynı elektrolit içinde bulunan farklı metaller farklı potansiyellere sahiptir.Bu potansiyel farkı bir korozyon hücresinin gerilimini meydana getirir ve elektrokimyasal korozyon başlar, eğer elektrolit Anottan Katoda süreklilik arzediyorsa ve elektron için metalik yol mevcutsa elektrik devresi tamamlanacak ve elektrokimyasal korozyon meydana gelecektir.

Image

Şekil 7: Farklı metaller tarafından etkilenen Galvanik korozyon hücreleri

4.9 .Eski –Yeni Sendromu

Bu korozyon tipi herşeye rağmen Çok etkili olabilir.Çelik üretimindeki yüksek enerji oluşumundan dolayı,çeliği bir metal sınıfına koyabiliriz.Yeni çelik eski paslanmış çeliğe göre daha aktiftir.

Potansiyel yeni çeliğin oluşturduğu yüksek negatif potansiyelden farklıdır ve eski çeliğin oluşturduğu düşük potansiyel Elektrokimyasal korozyon hücresinin bir sürücüsü veya gerilimidir.Eski kaplamasız çelik boru bu tip korozyona bir misal teşkil eder ve yeni borunun kaplamalı kısmı bir Anod paslanmış kısmı ise Katod görevi gösterir

Image

Şekil 8:Eski –Yeni Sendromu

Farklı Alaşımlar: En çok görünen korozyon şeklidir. Zira 200 den fazla farklı metal alaşımı mevcuttur.Ayrıca metaller yüzde yüz saf değildir.Her farklı metal alaşımı farklı elektriksel potansiyele haizdir. Bu faklı potansiyellerden dolayı korozyona sebeb olacak elektromotor kuvvetleri üretilir ve farklı metal alaşımlarından dolayı korozyon ortaya çıkar.

Metallerin Kirliliğinden dolayı Korozyon : Hiçbir imalatcı prosesi mükemmel değildir. Bazi pislikler metaller imal edilirken ve soğutulurken metal içine karışabilir. Metal yüzeyindeki bü pislikler korozyon hücresi meydana getiren elektrolitlere sebeb olabilirler.

4.12  Çizikli ve oluklu tüzeyler.

Çizikli ve oluklu yüzeyler metal yüzeyinde anodik alanlar meydana getirir. Burdaki korozyon şekli eski-yeni sendromuna benzer. Boru hattının tesisi sırasında boruların kanallara yerleştirimesi ve boruda yapılan işlemler esnasında boruda bu tür yüzaylaer oluşur.Boru toprağa gömüldükten sonre bu durum daha da kötülrşir zire soz konusu yüzeylerde metal incelir.

Image

Şekil 9:Çizikli ve oluklu yüzeyler

Kaçak akım Korozyonu

Bu tip elektrokimyasal korozyon hücresi elektrolit içinde herhangi bir dış kaynağın yapı üzerine etkisiyle bir potansiyel gradyanınıngelişmesiyle ortaya çıkan elektromotor kuvvet tarafından veya metalde endüklenen akım tarafından meydana getirilir.

Bu tip korozyon dış enerji kaynakları tarafından yüksek gerilimlere meydana getirileceğinden şiddetli olur.

Kaçak akım korozyonu dişardan akım endüklenmesi ve esas olarak toprak özgül direnci,pH , galvanik hücre gibi çevre şartlarından bağımsız olduğundan önceki bölümlerde açıklaması yapılan doğal korozyondan farklıdır.

Image

Şekil 10: Dış anod ve katod un sebeb olduğu galvanik korozyon hücresi

Bu tip kaçak akım korozyonu anod ve katod arasındaki akım akışı doğrudan metal yapı üzerinden olduğu için çok şiddetli bir korozyondur.

Doğru akımlı taşıma sistemleri

Elektrikli demir yolları ,elektrikle çalışan raylı sistemler başlıca kaçak akım korozyonunun doğru akım kaynağıdır.Bu sistemlerde kaçak akımların etkisi 24 saat dır.

Image

Şekil 11: Doğru Akım Taşıma sisteminin sebeb olduğu kaçak akım korozyonu

Kaynak makinaları ve işlemleri

Doğru akım kaynak makinalari kaçak akım korozyonuna neden olabileb doğru akım kaynaklşarıdır.Şekilde görüleceği üzere doğru akım hatlarının biri topraklama çubuğu üzerinden topraklanmiştır .Bu durumda metal olan bot anod olarak ve topraklama çubuğu ise katot olarak çalışır.

Image

Şekil 12: Doğru akım kaynak işleminin neden olduğu kaçak akım korozyonu

Katodik Koruma Sistemleri

Katodik koruma sistemleri diğer metalik yapılar üzerinde kaçak akım korozyonunun başlıca kaynağıdır. Bu elektro kimyasal korozyon hücresine örnek yabancı bir boru hattının korunmuş boru hattının anod yatağının yakınından geçip ve sonra boru hattını kesme durumudur.

Image

Şekil 13:Katodik koruma sistemi tarafından neden olunan kaçak akım korozyon hücresi

Korozyon Miktarı

Hemen hemen tüm korozyonlar elektrokimyasal reaksiyonlar olduğundan kımyasal reaksiyonun hızı veya akım akış değeri korozyonun miktarına etki edecektir. Korozyon miktari üzerindeki etkenler

  • Devreden akan akımın değeerine etkili olabilecek herhangi bir faktör elektrokimyasal reaksiyon yani korozyon miktarı üzerinde etkilidir.
  • Anodla katod arasındaki potansiyel farkı bir elektromotor kuvvet meydana getirir.Daha büyük miktarda potansiyel farkı veya gerilim daha büyük değerde korozyon potansiyelidir. Gerilim akımla doğru orantılıdır dolaysıyla gerilim arttıkca korozyon miktarıda artacaktır.
  • Elektrolitin direnci normal olarak korozyon miktarının belirlenmesinde önemli bir faktördür. Toprağın veya suyun kontrol edilemeyen karakteristikleri vardır.Elektrolit içinde iyonların hareket ettiği bir malzeme olduğundan direncin değeride iyonların hareketini belirler. Direnç akımla ters orantılı olup,bundan dolayı elektrokimyasal  hücredeki korozyonlada ters orantılıdır. Eğer elektrolitteki direnç iki katına çıkarsa diğer faktörler aynı kalmak kaydıyla korozyon yarı yarıya azalır.
  • Anod ve katodun elektrolite olan kontak geçiş dirençlerinin etkisi elektrolitik direncinin etkisiyle aynıdır.Düşük dirençlerde yüksek akım yani yüksek miktarda korozyon oluşur. Yapılardaki kaplama anod ve katoddaki kaotak geçiş direncini azaltacağından korozyon miktarı düşer.
  • Yapılardaki polarizasyon elektrod potansiyelinde sonuçta elektrokimyasal akım akışındaki değişmedir ve genellikle polarizasyon filmi adı verilen bir film tabakası oluşumudur.Bu polarizasyon tabakası ve buna bağlı diğer değişimler katod üzerinde faydalı etkiler yapar.Katod üzerindeki hidrojen yayılımı ilave kaplama gibi etki yaparak suyu katod yüzeyinden uzaklaştırır, elektolitdeki iyon konsantrasyonunu azaltır ,elektrodla elektrolit arasındaki direnç artar.
  • Genellikle sıcaklığın artmasıyla korozyon miktarı artar.
  • Korozyon bir elemanın konsantrasyon etkisi tuzun varlığı,çözünebilir oksijen miktarı ,pH dercesi vesıcaklık gibi çevresel değişikliklere bağlıdır.
  • Elektrolitin pH miktarı esas olarak hidrojen iyonlarının konsantrasyonudur. pH den az değerlerde yumuşak çeliğin korozyon miktarı artar.pH değeri 3 derecesinde korozyon miktarı çok hızlı artar.
  • 7. Katodik Korumaya Giriş

    Katodik koruma alelade metali anod olarak çalıştırarak korozyona uğratmak ve buna karşılık korozyondan korunacak yapıyı veya yapıları katod olrak çalıştırmak suretiyle korozyona karşı koruyan geniş bir korozyon hüresi oluşturmaktır.

    Katodik koruma iki yolla gerçekleştirilir.

    7.1 Galvanik Katodik Koruma

    Image

    Şekil 14: Galvanik anodlu katodik koruma sistemi

    Galvanik anod sisteminde gerekli katodik koruma akımı aktif olan bir metali korozyona uğratarak sağlanır. Galvanik anodlu (Bu anodlar kurban anod olarakta adlandırılır) farklı metal veya alaşımlarından meydana gelen korozyon reaksiyonları vasıtasıyla kurulan korozyon hücresi potansiyelindeki farklılıklara göre çalışır. Örneğin demirin Bakır/bakır sulfat referans elektroduna göre arasındaki potansiyel farkı -0,4 ve 0,6 dir.Çinkonun bakır/bakır sulfat referans elektroduna göre potansiyel farkı -1,1 Volt dur. Eğer bu iki metal elektriksel olarak birbirleriyle bağlanırsa demir ve çinko arasında 0,5-0,7 Volt potansiyel farkı olacak ve çinko anod olarak çalışacarak korozyona uğrayacak ve ayni zamanda koruma akımı sağlayan bir akım kaynağı olacak ve demiri katod haline geçirerek demirin korozyona uğraması önlenecektir.

    Aşağıda verilen şekillerde çinko ,magnezyum, aluminyum alaşımlarının hepsi demir veya çeliğe göre daha fazla negatif potansiyele sahip olduğundan anod durumuna geçerek ve demir veya çeliği katod yaparak korozyona karşı koruyacaktır

    Image

    Şekil 15: Galvanik(kurban)anodların doğrudan bağlanması suretiyle yapılan katodik koruma sistemi

    Boru hatlarında olduğu gibi yer altı yapılarının katodik korumasında anodlar yapıya çoğunlukla  doğrudan bağlanmayıp aşağıda verilen resimde görüldüğü gibi test kutusu üzerinden bağlanırlar.

    Image

    Şekil 16:Galvanik katodik koruma sisteminin bağlantısı

    7.1.1 Galvanik Katodik Koruma Sistemlerinin Avantajları

  • Tesisi ekonomik olarak uygundur
  • İşletilmesi ve bakımı kolaydır
  • Aşırı koruma potansiyeli yönünden oldukca uygundur.
  • Diğer metalik yapılarüzerindeki kaçak akım etkileri oldukca azdır
  • Dış akım kaynağına gerek yoktur
  • Tesisi kolaydır
  • Minimum katodik enterferans vardır
  • Düşük bakım ve işletim masrafları
  • Tankların korunmasında tankın dış çapı etrafında uniform akım dağılışı
  • Minimum istimlak ve irtifak maliyeti
  • Koruma akımının verimli kullanımı
  • 7.1.2 Galvanik Katodik Koruma Sisteminin Dezavantajları

  • Küçük koruma gariliminin elde edilmesi(sınırlı potansiyel farkı)
  • Yüksek dirençli elektrolitlerde oldukca küçük akımların elde edilmesi ( tipik 1-2 A)
  • Büyük veya genişletilen yapılarda yeni anodların yerleştirilmesi ve tesisi ekonomik olarak uygun değildir
  • Yüksek özgül dirençli ortamlarda etkisiz kalması(özellikle 5000 ohm.cm den daha büyük ortamlarda bu sistem kullanılamaz)
  • Tank korumada bir sistem anacak bir tankı koruyabilir.Diğeri için ayrı bir sistem yapılması gerekir.
  • Korozyonu ve sistemi  kontrol ve izleme zorluğu
  • 7.1.3 Galvanik Anodların Tesis Edilmesi

    Toprağa gömülü yapıların korunması için kullanılan galvanik anodlar korunan yapıya kısa mesafede gömülür ve korunacak yapıya izole bakır hat(kablo) ile bağlanır.

    Kimyasal dolgu malzemesi topraga tesis edilecek kurban anodların etrafında anod yataklarının teşkilinde hemen hemen daima kullanılır. Dolgu kuru, sulu bulamaç çamur şeklinde, veya paketlenmiş şekilde kullanılır. Özel dolgular verimli ve güvenilir bir tarzda gerekli elektrisel koruma akımını sağlayabilmek , toprağın direncini daha düşük tutmak , anod yatagının nemliliğini sürekli olmasını sağlamak ve uniform elektrolit sağlayabilmek için kullanılır.

    Dolgu malzemesi olarak %70 toz haline getirilmiş alçı taşı , %20 bentonit , %5 sodyum sulfattan meydana gelir.

    Aşağıdaki şekil kurban anodun tesis edilmesini gösterir. Tükenen anodun sökülmesi gerekmez yanına yenisi tesis edilir.

    Image

    Şekil 17: Galvanik anod tesisi

    7.1.4 Galvanik anodların Korunacak Yapıya Bağlanması

    Galvanik anodlarla korunacak yapıların arasındaki elektriksel bağlantı yapıların katodik korunmasında hayati önem taşımaktadır.

    Anodlar korunacak yapıya ya doğrudan kaynak edilerek veya yapı üzerinde bulunan civatalar kullanılarak bağlanır.

    Su içinde askıda olan anodlarla yapı arasındaki bağlantı ya yapı üzerina doğrudan monte ederek veya izole bakır atlamaları ile hem anoda hemde korunan yapıya kaynak yapmak süretiyle  sağlanır.
    Hatlar anodun içine ya imalat esnasında anodun içine yerleştirilmek suretiyle veya sonradan anod çekirdeğine kaynak yaparak bağlanır.

    Termit kaynak katodik koruma sisteminin tesis edilmesi , bakım ve tamirinde geniş bir suretle uygulanan birleştirme metodudur.

    Tüm bağlantılar ve ekler iyi bir elektrik teması sağlanması için izole edilirler.

    7.1.5 Galvanik Katodik Koruma Sistemi Test İstasyonları

    Gömülü yapıları koruk üzere tesis edilen galvanik anodlu katodik koruma sisteminde sistemin kontrol edilmesini sağlayan test istasyonları vardır.
    Bu test istasyonları ya toprak uzerinde bağlantı kutusu olarak veya toprak yüzeyine yerleştirilirler.

    Aşağıda verilen resimlerde test istasyonlarının yapım şekli görülmektedir.

    Image

    Şekil 18: Toprak üzerinde test istasyonu

    Image

    Şekil 19:Toprak yüzeyinde test istasyonu

    Test istasyonları katodik koruma sistemlerinde birçok farklı testler için kullanılır.Aşağıdaki şekilde potansiyel- akım test istasyonu görülmektedir.

    Image

    Şekil 20: Potansiyel-akım test istasyonu

    Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemi

    Image

    Şekil 21:Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi

    Galvanik anodlu sistemde olduğu gibi dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi metal yüzeyini korozyondan korumak için doğrulrucu vasıtasıyla bir koruma akımı sağlar.Anodla katod arasındaki potansiyel farkı doğrultucu tarafından yapılan ilave bir enerji aktivitesi vasıtasıyla anodlar tarafından meydana getirilir.

    Image

    Şekil 22:Tankın dış akım kaynaklı sistemle korunması

    Pratikte dış akım kaynaklı koruma sisteminin anodları grafit yüksek silikonlu dökme demir(HSCI) , platin veya metal oksit kaplı titanyum anodlardır.

    Üniform elektrolit , daha küçük değerde toprak direnci , ve gaz ve asit çıkışını sağlamak için anod yataklarında özel dolgu kullanılır.Toprak temas dolgusu normal olarak ya kok tozu veya petrol kokudur.

    Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminde anodlar ve anod yatağı peryodik olarak kontrol edilmeli ; eğer tükenen ve zarara uğrayan anod varsa değiştirilmelidir.

    Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi bu sistemdeki doğrultucu ve diğer akım kaynakları göz önüne alınmadığında işletme mantığı olarak galvanik sistemle aynıdır.Bu sistemde diğer doğru akı kaynakları olarak güneş pilleri doğru akım generatörü , termo elektrik generatörü kullanılabilir. Fakat genellikle yakınlarda bulunan alternatif akım kaynağından alınan enerji doğrultucu vasıtasıyla doğru akıma çevrilerek dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminde kullanılır.

    7.2.1Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminim avantajları

  • Büyük veya mevcut yapılar için tesis edildiğinde ekonomik olrak uygun
  • Geniş gerilim elde edebilme imkanı (potansiyel farkı ancak doğru akım besleme sisteminin büyüklüğü ile sınırlıdır)
  • Kaplamasız ,yetersiz kaplamalı ve ğeniş yapıların korunması için gerekli akım sağlanır.
  • Anodların değiştirilmesi ekeomik olarak uygun
  • Yüksek toprak(elektrolit)dirençli ortamlarda uygulanabilme
  • Zayıf kaplanmış veya kaplamasız yapılar için etkili koruma
  • Koruma etkinliği her zaman kontrol edilebilir.
  • Akım ve gerilim çıkışı her zaman değiştirilebilir.
  • 7.2.2  Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminim dezavantajları

  • Önemli derecede işletme ve bakım ihtiyaçları
  • Diğer komşu metalik yapılara kaçak akımlardan dolayı önemli ölçüde enterferans etkileri
  • Dış güç besleme gerekliliği
  • 7..2.3 Dış akım doğrultucuları

    Doğrultucular ayarlanabilir kademe düşürücü bir transformator üzerinden besleme sistemine bağlanırlar.Doğrultucular doğrultucu köprüleri,çıkış ve giriş akım ve gerilimlerin ölçülmesi için ampermetre ve voltmetreler ,kesici ve parafudrlardan meydana gelir. Fonksiyonu alternatif akımı kontrol edilebilir ve katodik koruma sistemi için kullanılabilir doğru akıma çevirmektir.

    Image

    Şekil 23: Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi doğrultucusu

    Anod Yatakları

    Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin anod yatağı tipleri tesis yerine ,uygulama ,şekline ve anod yatağı derinliğina göre belirlenir. Anod yatakları normal olarak korunancak tesisten uzağa yerleştirilirler .

    • Yatay Anod Yatakları
    • Yatay anod yatakları  anodların düşey tertiplenmesi

    Bu tip anod yatakları genellikle boru hatlarında kullanılır.Anodların düşey yerleştirilmesi daha düşük değerde anod yatağı direnci elde etmek içindir. Anod yatağının metalik yapılara uzaklığı 100 m den fazla olmalıdır.

    Image

    Şekil 24:Yatay anod yatağı düşey tertip

    Yatay anod yatakları anodların yatay tertiplenmesi

    Bu tertip boru hatlarında yüzye yakın kaya tabakasının bulunduğu yerlerde anodlar için uniform çavra şartları sağlamak için kullanılır. Eğer çevrede başka yapılar yoksa en ekonomik çözümdür.

    Image

    Şekil 25:Yatay anod yatağı yatay tertip

    Dağıtılmış Anod Yatakları

    Bu sistemler küçük metalik yapıların korunması için kullanılır.Anod yatağı için yapılardan uzak bir yer bulunamadığında ve küçük yapıların korunmasında en ekonomik bir çözümdür.

    Anod yatağının bu tipi tank içi korunmasıda ,toprak seviyesinde tank tabanının korumasında, yer altı depolama tanklarının korunmasında ve kısa boru hatlarının korunmasında kullanılır.

    Anodlar boru hattı boyunca  ,tank yüzeyi etrafına (Toprak üstü depolama tanklarının iç yüzeyi, yeraltı depolama tanklarının dış yüzeyi)boyunca yerleştirilir ve anodların yapıdan uzaklığı normal olarak bu mesafenin en az 2 katı olması gerekir.

    Image

    Şekil 26: Dağıtılmış anod yatakları

    Derin kuyu anod yatakları

    Bu tip anod yatakları yapılaşmanın olduğu şehi,kasaba vs. Yerlerdeki çelik yapıların katodik olarak korunmasında kullanılır. Söz konusu anod yatağı sistemi yapılaşmanın olduğu ortamlarda veya anodların yüzeye yerleştirme imkanı bulunmadığı yerlerde en ekonomik çözümdür ve bu yerlerdeki çelik boruhatlarıyla dağıtımın yapıldığı sıstemlerin , yer üstü tank çiftliklerinin katodik koruma sistemlerinde uygulanır.

    Derin kuyu anod yataklarında en üstteki anodun derinliği 30 m civarında ve en alt derinliği sistemin gerektirdiği anaod sayısına göre 60 m den 180 m ye kadar olabilir.

    Image

    Şekil 27: Derin kuyu anod yatağı

    Dış akım Kaynaklı Sistem Test İstasyonları

    Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemine sahip metalik yapılar için test istasyonları sadece boru ile bağlantısı yapılan hatlardan ve bunların bağlandığı kutu içine yerleştirilen ölçü klemenslerinden meydana gelir.

    Test istasyonlarının boru hatlarının içinden geçtiği kesonları , hatta bağlı izole flanş bağlantılarını , boru izolasyon direncini , yabancı bir yapıya paralel gitme veya bu yapı ile kesişme durumlarinda enterferans etkisini , ve anod yatağını kontol ve test edilebilmesini sağlayan çeşitli, tipleri vardır.

    Image

    Şekil 28: Toprak yüzeyinde test istasyonu

    Image

    Şekil 29:Toprak üzeri test istasyonları

    Referans elektrodları

    8.1 Bakır/Bakır sulfat referans elektrodu

    Normal olarak çelik yapı toprak potansiyelini  ölçmek için kullanılır.   Bakır sulfat referans elektrodu esas   olarak içi boş silindirin içine   doldurulmuş  bakır sulfat çözeltisi ve    bunun içine daldırılmış elektrolitik   bakır çıbuktan meydana gelir.   Gözenekli tapa toprakla temas ettirilir    ve referans elektoduna bağlı kablo    temas kutusundaki yapı ile bağlantılı  klemensle bağlanarak toprak potansiyeli ölçülür.

    Image

    Şekil 30: Bakır/Bakır sulfat elektrodu

    Gümüş klorid referans elektrodu

    Referans elektrodu bağlantı kablosu ile birlikte metalik gümüş ve gümüş kloritten meydana gelir. Bu eleman içine elektrolitin girmesine izin verev delikli plastik silindir vasıtasıyla korunur.

    Gümüş/gümüş klorid referans elektrodu özellikle deiz suyu veya yüksek klorid ihtiva eden sulardakı yapıların çelik –su potansiyelini ölçmede kullanılır.

    Kaynaklar

    Electrical Engineering Cathodic Protection  NAVAL Engineering Departmant USA
    Maintenance &Operation of Cathodic Protection NAVAL Engineering Departmant   USA
    Corrosion Protection Manual  CHEVRON Comp.
    Handbook of Cathodic Corrosion Protection  W. Von BEACKMAN, W. SCHWENK,   W.PRINZ
    BOTAŞ Katodik Koruma Şartnameleri.

    Hazırlayan : Turgut Odabaşı