9 Koruma Kontrol Izleme 3

EMO

YAYI

N

NO:

EK/2011/11

TMMOB

El

ekt

r

i

k

Mühendi

sl

er

i

Odası

e-

ki

ta

p

ELEKTRİ

K

KUVVETLİ

AKI

M

(9)

Kor

uma

Kont

r

ol

ve

İ

zl

eme

3

Kat

odi

k

Kor

uma

Si

st

emi

ni

n

Tanı

t

ı

mı

Kat

odi

k

Kor

umaya

Gi

r

i

ş

Bor

u

Hat

l

ar

ı

nda

Dı

ş

Akı

m

Kaynakl

ı

Kat

odi

k

Kor

uma

Si

st

emi

ni

ni

n

Hesabı

Anod

Sayı

sı

,

Anod

Ti

pi

,

Anod

Yat

ağı

Uzunl

uğunun

ve

Topl

am

Anod

Yat

ağı

Di

r

enci

ve

Anod

Ömr

ünün

Bel

i

r

l

enmesi

ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (9)

334

Kor

uma

Kont

r

ol

ve

İ

zl

eme

9

Notları Derleyen:

Aydın Bodur

Notları Yayına Hazırlayan:

Aydın Bodur

M.Turgut Odabaşı’na Saygılarımızla

Elektrik Kuvvetli Akım Notları, Turgut Odabaşı’nın Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinde yayınladığı yazılardan, ‘Elektrik Kuvvetli Akım Tesisat El Kitabı’ ile her bölümün sonunda belirtilen ABB, Schneider, Chevron, NAFVAC ve Siemens’in hazırladığı İmalat, Bakım, Montaj El kitaplarından EMO için derlenmiştir.

9.37. Katodik Koruma Sisteminin Tanıtımı ... 491

9.37.1. Temel Elemanlar ve Kavramlar ... 491

9.37.2. Katodik Koruma Uygulandığı Alanlar ... 491

9.37.3. Korozyon prosesi: ... 492 9.37.3.1. Korozyon Hücresi ... 492 9.37.3.2. Anod ... 493 9.37.3.3. Katod ... 493 9.37.3.4. Anod/Katod ilişkisi ... 493 9.37.3.5. Elektrolit ... 493 9.37.3.6. Metalik Bağlantı ... 494

9.37.4. Korozyon Hücreleri (Korozyon Tipleri) ... 494

9.37.4.1. Farklı Ortamlar ... 494

9.37.4.2. Oksijen Konsantrasyonu: ... 495

9.37.4.3. Nemli/Kuru Elektrolitler: ... 496

9.37.4.4. Homojen Olmayan Toprak... 497

9.37.4.5. Beton / Toprak Ara yüzeyi ... 497

Şekil 9.298: Beton ve Toprak Elektrotları tarafından etkilenen Korozyon hücreleri ... 498

9.37.4.7. Biyolojik Etkiler: ... 499

9.37.4.8. Galvanik Korozyon: ... 499

9.37.4.9. Eski –Yeni Sendromu ... 500

9.37.4.10. Farklı Alaşımlar: ... 501

9.37.4.11. Metallerin Kirliliğinden dolayı Korozyon ... 501

9.37.4.12. Çizikli ve Oluklu Yüzeyler ... 502

9.37.5. Kaçak Akım Korozyonu ... 502

9.37.6. Doğru Akımlı Taşıma Sistemleri ... 504

9.37.7. Kaynak Makinaları ve İşlemleri ... 504

9.37.8. ... 505

9.37.9. Korozyon Miktarı ... 506

9.38. Katodik Korumaya Giriş ... 508

9.38.1. Galvanik Katodik Koruma ... 508

9.38.1.1. Galvanik Katodik Koruma Sistemlerinin Avantajları... 510

9.38.1.2. Galvanik Katodik Koruma Sisteminin Dezavantajları ... 511

9.38.1.3. Galvanik Anodların Tesis Edilmesi ... 512

9.38.1.5. Galvanik Katodik Koruma Sistemi Test

İstasyonları ... 513

9.38.2. Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemi ... 515

9.38.2.1. Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminim avantajları ... 517

9.38.2.2. Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminim dezavantajları ... 518

9.38.2.3. Dış Akım Doğrultucuları ... 518

9.38.2.4. Anod Yatakları ... 519

9.38.3. Dış Akım Kaynaklı Sistem Test İstasyonları ... 522

9.38.4. Referans elektrodları ... 524

9.38.5. Gümüş klorid referans elektrodu ... 525

9.39. Boru Hatlarında Dış Akım Kaynaklı Katodik Koruma Sistemininin Hesabı ... 526

9.39.1. Boru Hattı Karakteristikleri ... 527

9.39.1.1.

R

_KC mevcut boru hatlarında akım ve gerilim ölçümleri sonucu aşağıda verilen ifade kullanılarak bulunur: 528 9.39.1.2.

R

_KC Direncini bulmak için metodlar ... 531

9.39.1.3. Yeni tesis edilecek boru hattında

R

_KC boru kaplama direnci ve koruma akım yoğunluğunun tespiti: ... 537

9.39.2. Boru Hatlarının Dış Akım Kaynaklı Katodik Korunmasında Koruma Akım İhtiyacının Belirlenmesi ve Azami Koruma Akımının Hesabı ... 542

9.39.2.1 Kesintisiz Boru Hattında Katodik Koruma Uygulaması ... 543 9.39.2.2. Kesintili Boru Hattında Katodik Koruma Uygulaması ... 547 9.40. Anod Sayısı, Anod Tipi, Anod Yatağı Uzunluğunun ve Toplam Anod Yatağı Direnci ve Anod Ömrünün Belirlenmesi ... 554

9.40.1. Yatay Anod Yatağı ve Anodların Yatay Yerleştirilmesi .... 555 9.40.2. Yatay Anod Yatağı ve Anodların Düşey

Yerleştirilmesi ... 559 9.41. Transformatör – Doğrultucu Ünitesinin (T/R) Gerilim ve Akım Değerlerinin Belirlenmesi ... 569

9.41.1. T/R Ünitesinin Akım Değeri ... 569 9.41.2 T/R Ünitesi Gerilim Değerinin Belirlenmesi ... 569

9.37. Katodik Koruma Sisteminin Tanıtımı

9.37.1. Temel Elemanlar ve Kavramlar

Katodik koruma sistemi toprağa gömülü ve sıvı içindeki metalik yapıların korozyonunu önlemek veya kontrol altına almak için kullanılan elektro kimyasal bir metottur. 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.

9.37.2. Katodik Koruma Uygulandığı Alanlar

a.) Yeraltı yakıt ve petrol depolama tankları ve toprak seviyesi tank tabanları

b.) Yakıt ve petrol dağıtım sistemleri

c.) Toprak seviyesi veya üstündeki sıvı depolama tanklarının iç kısımları

d.) İçme suyu dağıtım sistemleri e.) Doğal gaz dağıtım sistemleri

f.) Sıkıştırılmış hava dağıtım sisitemleri g.) Yangın sistemleri

h.) Kanalizasyon sistemleri

i.) Deniz rıhtımlarının çelik kazıkları j.) İskele çelik kazıkları

9.37.3. Korozyon prosesi:

Katodik koruma prensiplerini ancak korozyon prosesinin doğasını

anlayarak kavramak mümkündür. Metallerin korozyonu,

eletrokimyasal bir işlemdir. Bu işlem, devrenin bir bölümünde kimyasal reaksiyonlardan dolayı elektronların yer değiştirmesiyle 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.

9.37.3.1. Korozyon Hücresi

Korozyon bulunduğu çevrede reaksiyon süresince malzemedeki bozulmadır. Bozulma esasen elektrokimyasal işlem esnasında oluşur. Elektrokimyasal işlem dört ayrı bölümden meydana gelir: anod, katod, elektrolit ve metalik bağlantı. Elektrokimyasal korozyon sadece bu dört bölüm görüldüğünde meydana gelir.

9.37.3.2. 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.

9.37.3.3. Katod

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

9.37.3.4. Anod/Katod ilişkisi

Bir elektrokimyasal korozyon hücresinde bir elektrod diger elektroda göre meydana gelen potansiyele göre ya anodtur veya katodtur. Bu elektriksel potansiyel farkı, anod ve katod arasındaki potansiyel farkıdır. Elektriksel olarak daha aktif veya daha negatif olan elektrod, anod olarak belirlenir; diğer elektrodda katodtur. Katod, oksidasyon reaksiyonuna maruz kalmayıp korunan bölümdür.

9.37.3.5. Elektrolit

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

9.37.3.6. Metalik Bağlantı

Korozyon hücresinin dördüncü bölümü olup elektriksel devreyi tamamlar ve elektron akışını sağlar. Metalik bağlantı, hem anoda hem de katoda temas eden ve elektron akışını sağlayan bir metaldir. Bu elektron akışı, elektokimyasal reksiyon oluştuğunda görülür. Tank veya boru hattında metalik bağlantı tank veya boru hattıdır.

Şekil 9.293: Korozyon Hücresi

9.37.4. Korozyon Hücreleri (Korozyon Tipleri)

9.37.4.1. Farklı Ortamlar

Mesela boru hatları, bir çok farklı tip topraklardan geçer. Metaller farklı topraklarda farklı potansiyeller gösterir. Bu topraklardaki elektrik potansiyelleri farklı yerlerde bazen anod bazen de katod olur. Anod ve katod her ikisinin de elektriksel ve elektroliz sürekliliği, akım akışına, oksidasyon sonucuna ve hidrojenin artmasına (korozyon ve koruma) bağlıdır. Boru hattı sahası veya tank sahası anod çürümesine maruz kalır.

Eğer toprak, farklı yapılardaki yatay katmanları ihtiva ediyorsa enine bir çok toprak katmanlarını geçen boru hatları korozyonun bu tiplerinden sık sık etkilenecektir.

Şekil 9.294:Farklı çevre yapılarının sebep olduğu korozyon hücreleri 9.37.4.2. Oksijen Konsantrasyonu:

Düşük oksijen konsantrasyonlu elektrolize maruz kalan boru hatları ve tankların yüzeyi, yüksek oksijen konsantrasyonuna maruz kalan boru hattı veya tankların yüzeyine göre genellikle anodik özellik gösterir ve korozyona 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 içerir; böylece boru altındaki kısım anodik, boru üzerinde kalan dolgulu bölüm fazla oksijen içerdiğinden katodik özellik gösterir.

Şekil 9.295:Farklı Oksijen konsantrasyonlarından etkilenenkonsantrasyon hücreleri

9.37.4.3. Nemli/Kuru Elektrolitler:

Az veya çok su içeren elektolitler boru veya tank sahalarında 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.

Şekil 9.296: Suyun farklı konsantrasyonları tarafından etkilenen Konsantrasyon hücreleri

9.37.4.4. 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.

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

Şekil 9.297: Homojen olmayan topraklar tarafından etkilenen korozyon hücreleri

9.37.4.5. 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 bölümlerde 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.

Şekil 9.298: Beton ve Toprak Elektrotları tarafından etkilenen Korozyon hücreleri

9.37.4.6. 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 anod 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.

9.37.4.7. 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 oluşturma 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.

9.37.4.8. 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 anodtan katoda süreklilik arzediyorsa ve elektron için metalik yol mevcutsa; elektrik devresi, tamamlanacak ve elektrokimyasal korozyon meydana gelecektir.

Şekil 9.299: Farklı metaller tarafından etkilenen Galvanik korozyon hücreleri

9.37.4.9. 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

Şekil 9.300: Eski –Yeni Sendromu 9.37.4.10. 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 potansiyeli haizdir. Bu faklı potansiyellerden dolayı korozyona sebep olacak elektromotor kuvvetleri üretilir ve farklı metal alaşımlarından dolayı korozyon ortaya çıkar.

9.37.4.11. Metallerin Kirliliğinden dolayı Korozyon

Hiçbir imalatçı prosesi mükemmel değildir. Bazı pislikler metaller imal edilirken ve soğutulurken metal içine karışabilir. Metal yüzeyindeki bu pislikler, korozyon hücresi meydana getiren elektrolitlere sebep olabilirler.

9.37.4.12. Çizikli ve Oluklu Yüzeyler

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 yüzeyler oluşur. Boru toprağa gömüldükten sonra bu durum daha da kötüleşir zira söz konusu yüzeylerde metal incelir.

Şekil 9.301:Çizikli ve oluklu yüzeyler

9.37.5. Kaçak Akım Korozyonu

Bu tip elektrokimyasal korozyon hücresi elektrolit içinde herhangi bir dış kaynağın yapı üzerine etkisiyle bir potansiyel gradyanının

gelişmesiyle 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.

Şekil 9.302: Dış anod ve katod un sebep 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.

9.37.6. Doğru Akımlı Taşıma Sistemleri

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

Şekil 9.303: Doğru Akım Taşıma sisteminin sebeb olduğu kaçak akım korozyonu

9.37.7. Kaynak Makinaları ve İşlemleri

Doğru akım kaynak makinaları, kaçak akım korozyonuna neden olabilecek doğru akım kaynaklarıdır. Şekilde görüleceği üzere doğru akım hatlarının biri topraklama çubuğu üzerinden topraklanmiştır. Bu durumda metal bot anod olarak ve topraklama çubuğu ise katod olarak çalışır.

Şekil 9.304: Doğru akım kaynak işleminin neden olduğu kaçak akı korozyonu

9.37.8. 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.

Şekil 9.305:Katodik koruma sistemi tarafından neden olunan kaçak akım korozyon hücresi

9.37.9. Korozyon Miktarı

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

Devreden akan akımın değerine 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 arttıkça korozyon miktarı da 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 değeri de iyonların hareketini belirler. Direnç, akımla ters orantılı olup; bundan dolayı elektrokimyasal hücredeki korozyonla da 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 katodik 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 derecesi ve sıcaklık 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.

9.38. Katodik Korumaya Giriş

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

Katodik koruma iki yolla gerçekleştirilir.

9.38.1. Galvanik Katodik Koruma

Galvanik anod sisteminde gerekli katodik koruma akımı, aktif olan bir metali korozyona uğratarak sağlanır. Galvanik anodlu (Bu anodlar, kurban anod olarak ta 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 çalışarak korozyona uğrayacak ve aynı zamanda koruma akımı sağlayan bir akım kaynağı olacak ve demiri katod haline geçirerek demirin korozyona uğraması önlenecektir.

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

Şekil 9.307: Galvanik(kurban)anodların doğrudan bağlanması suretiyle yapılan katodik koruma sistemi

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

Şekil 9.308:Galvanik katodik koruma sisteminin bağlantısı 9.38.1.1. Galvanik Katodik Koruma Sistemlerinin Avantajları

Kuruluşu ekonomik olarak uygundur. İşletilmesi ve bakımı kolaydır.

Aşırı koruma potansiyeli yönünden oldukca uygundur. Diğer metalik yapılar üzerindeki kaçak akım etkileri oldukça azdır.

Dış akım kaynağına gerek yoktur. Tesisi kolaydır.

Minimum katodik enterferans vardır. Bakım ve işletim masrafları azdır.

Tankların korunmasında tankın dış çapı etrafında uniform akım dağılışına sahiptir.

Minimum istimlak ve irtifak maliyetine sahipir. Koruma akımının verimli kullanımı mümkündür.

9.38.1.2. Galvanik Katodik Koruma Sisteminin Dezavantajları

Küçük koruma geriliminin 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 ancak bir tankı koruyabilir. Diğeri için ayrı bir sistem yapılması gerekir.

Korozyonu ve sistemi kontrol ve izleme zorluğu

9.38.1.3. 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, toprağa 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 elektriksel koruma akımını sağlayabilmek, toprağın direncini daha düşük tutmak, anod yatağının 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.

9.38.1.4. Galvanik Anodun 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 üzerine doğrudan monte ederek veya izole bakır atlamaları ile hem anoda hem de korunan yapıya kaynak yapmak süretiyle sağlanır. Hatlar, ya imalat esnasında anodun içine yerleştirilmek suretiyle veya sonradan anod çekirdeğine kaynak yaparak bağlanır.

Termik 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.

9.38.1.5. Galvanik Katodik Koruma Sistemi Test İstasyonları

Gömülü yapıları korumak üzere tesis edilen galvanik anodlu katodik koruma sisteminde sistemin kontrol edilmesini sağlayan test istasyonları vardır. Bu test istasyonları, ya toprak üzerinde bağlantı kutusu olarak veya doğrudan toprak yüzeyine yerleştirilirler. Aşağıda verilen resimlerde test istasyonlarının yapım şekli görülmektedir.

Şekil 9.310: Toprak üzerinde test istasyonu

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

Şekil 9.312: Potansiyel-akım test istasyonu

9.38.2. 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.

Şekil 9.314: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 periyodik 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 jeneratörü, termo elektrik jeneratörü kullanılabilir. Fakat genellikle yakınlarda bulunan alternatif akım kaynağından alınan enerji doğrultucu vasıtasıyla doğru akıma çevrilerek dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminde kullanılır.

9.38.2.1. Dış akım kaynaklı katodik koruma sisteminim avantajları

Büyük veya mevcut yapılar için tesis edildiğinde ekonomik olarak uygundur,

Geniş gerilim elde edebilme imkanı (potansiyel farkı ancak doğru akım besleme sisteminin büyüklüğü ile sınırlıdır) bulunur,

Kaplamasız, yetersiz kaplamalı ve ğeniş yapıların korunması için gerekli akım sağlanır,

Anodların değiştirilmesi ekonomik olarak uygundur,

Yüksek toprak (elektrolit) dirençli ortamlarda

uygulanabilmektedir.

Zayıf kaplanmış veya kaplamasız yapılar için etkili koruma sağlar,

Koruma etkinliği her zaman kontrol edilebilir, Akım ve gerilim çıkışı her zaman değiştirilebilir.

9.38.2.2. 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

9.38.2.3. Dış Akım Doğrultucuları

Doğrultucular ayarlanabilir kademe düşürücü bir transformatör 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.

9.38.2.4. Anod Yatakları

Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinin anod yatağı tipleri tesis yerine, uygulama şekline ve anod yatağı derinliğine göre belirlenir. Anod yatakları, normal olarak korunacak 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.

Şekil 9.316: Yatay anod yatağı düşey tertip

Yatay anod yatakları anodların yatay tertiplenmesi: bu tertip boru hatlarında yüzeye yakın kaya tabakasının bulunduğu yerlerde anodlar için uniform çavre şartları sağlamak için kullanılır. Eğer çevrede başka yapılar yoksa en ekonomik çözümdür.

Şekil 9.317: 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 korunmasında, 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 iki katı olması gerekir.

Şekil 9.318: Dağıtılmış anod yatakları

Derin Kuyu Anod Yatakları

Bu tip anod yatakları, yapılaşmanın olduğu şehir, 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 boru hatlarıyla 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 anod sayısına göre 60 m’den 180 m’ye kadar olabilir.

Şekil 9.319: Derin kuyu anod yatağı

9.38.3. 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.

Şekil 9.320: Toprak yüzeyinde test istasyonu

9.38.4. Referans elektrodları

Şekil 9.321: Bakır/Bakır sulfat elektrodu

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 çubuktan meydana gelir. Gözenekli tapa, toprakla temas ettirilir ve referans elektoduna bağlı kablo temas kutusundaki yapı ile bağlantılı klemensle bağlanarak toprak potansiyeli ölçülür.

9.38.5. 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.

9.39. Boru Hatlarında Dış Akım Kaynaklı

Katodik Koruma Sistemininin Hesabı

Şekil 9.322: Dış akım kaynaklı katodik koruma istasyonunun genel görünüşü

Çelik borunun katodik olarak korunması için

Bakır/Bakır sulfat referans elektroduna göre boru-toprak veya boru-su potansiyeli -850mV veya daha negatif olacak Toprağa gömülü veya suya daldırılmiş boru yüzeyi ile Bakır/Bakır sulfat referans elektrodu arasındaki polarizasyon kayması 100 mV veya daha fazla olmalıdır.

9.39.1. Boru Hattı Karakteristikleri

Boru hattı uzunluğu: km cinsiden verilir. Bu verilen boru hattı uzunluğu olup gerçekte boru hattında kullanılan borunun uzunluğuna aşağı yukarı eşittir.

Boru çapı ve boru et kalınlığı: kullanılan boruda çap çoğunlukla inç cinsinden verilir ancak katodik koruma hesaplarında milimetre cinsine çevrilip uygulama yapılacaktır. Boru et kalınlığı, milimetre ölçü birimine çevrilip kullanılacaktır.

Kaplama tipi, kaplama kalınlığı, koruma akım ihtiyacı: RK

Kaplama direnci KK kaplamanın spesifik direnci ve s kaplama

kalınlığı olmak üzere aşağıda verilen ifade ile belirlenir.

(1)

Tablo 9.44: Spesifik kaplama dirençlerinin karşılaştırılması

Kaplama malzemesi K K (ohm.cm) s (mm) RK (ohm.m2)

R

_K0 (ohm.m2) s (mm) KC

R

(ohm.m2) Bitum(asfalt) _> 14

10

4

4

x

10

9

3

x

10

5 4-10

10

10

4

PE 18

10

2

2

x

10

13

10

11 2-4

10

10

5 EP 15

10

0,4

4

x

10

9

10

8 0,4

10

10

4 PUR 14

10

3

x

2

6

x

10

9

10

9 2,5

Tablo’daki R_K değerleri 1.nolu ifadeye göre hesaplanan değerdir.

0

K

R

değeri laboratuar ortamlarında veya boru ortama yerleştirilirken herhangi bir tahribata uğramayan borunun saha ölçüm değerleridir. Bu değer, boru satın alınırken imalatçı firma tarafından verilir.

R

_KC ise genellikle boru toprağa veya suya yerleştirilirken tesis çalışmaları sırasında kaynaklaryapılırken meydana gelen tahribatlara ve ortamın spesifik direncine bağlı olarak boru kaplama direncinin alacağı değerdir. Çok uzun boru hatlarında

R

_K0 ile

R

_KC fark çok daha artacaktır.

9.39.1.1.

R

_KC mevcut boru hatlarında akım ve gerilim

ölçümleri sonucu aşağıda verilen ifade kullanılarak bulunur:

Bunun için mevcut boru hatlarında gerekli ölçümleri almak üzere Transformator-doğrultucu ve anodlardan oluşan geçici katodik koruma istasyonları le akım ve gerilim ölçümleri için test kutuları tesis edilir

(3)

(4)

(5)

(6) Korunacak yüzeyin alanı

(7)

d boru yarı çapı

L iki ölçü kutusu arası uzaklık

Koruma akım yoğunluğu

Şekil 9.323: Boru hattında kaplama direncinin ve koruma akım yoğunluğunun belirlenmesi

Akım ölçümleri, boru hattı üzerinde tesis edilen hat akımları boru hattı üzerinde tesis edilen öçü test kutuları vasıtasıyla gerçekleştirilir. Bkz: Şekil 9.324.

Kutular üzerinde bulunan akım ölçü terminalleri vasıtasıyla akım değerleri, gerilim terminalleri vasıtasıyla önce doğrultucu devrede iken

U

_ON potansiyeli ve

I

akımı ölçülür ve sonra doğrultucu devre dışı edilerek

U

_OFF gerilimi ölçülerek

U

U

U

U

_ON

U

U

_OFF potansiyel farkı bulunur. Doğrultucu devre dışı iken I 00 değerindedir.

Şekil 9.324: Akım ölçü test kutusu

9.39.1.2.

R

_KC Direncini bulmak için metodlar

Kısa hat metodu

Bu metot, takriben 3 km’ye kadar kısa hatlar için uygulanır. Geçici katodik koruma istasyonundan

I

_O test akımı uygulanır. Anahtarı açıp kapamak suretiyle istasyon devreye sokulup çıkartılır. İstasyon devrede iken 1 ve 2 no’lu test noktalarındaki

U

_1ON ve

U

_2ON gerilimleri ve istasyon devre dışı iken

U

_1OFF ve

U

_2OFF okunur. Eğer bir test noktasında ölçülen gerilimler arasındaki oran

6

1

6

1

ON OFF

U

U

ve daha fazla ise

U

_OFF gerilim aşağıda tablo 2’de verilen düzeltme faktörleri ile çarpılır.

Tablo 9.45:

6

1

6

1

ON OFF

U

U

gerilim oranlarına göre düzeltme faktörleri

Örnek 1

42 inç çapında 3 km uzunluğunda boru hattının tamamında ortalama kaplama direncinin ve ortalama koruma akım yoğunluğunun bulunması. Drenaj Noktasında

A

ı

V

U

V

U

_DON

1

1

,

30

...

_1OFF

0

0

,

800

...

_D

1

1

,

200

V

U

U

U

_D

U

_DON

U

_DOFF

1

1

,

30

0

0

,

800

0

0

,

500

U

Hat sonunda

A

ı

V

U

V

U

_NON

0

0

,

910

...

_NOFF

0

0

,

750

...

_N

0

0

V

U

U

U

_N

U

_NON

U

_NOFF

0

0

,

910

0

0

,

750

0

0

,

160

U

A

ı

ı

I

I

I

₀

ı

_DD

ı

_NN

4

4

,

200

1

1

,

200

3

3

,

000

I

V

U

U

U

_D,N

(

(

U

₁

U

_2ö

)

/

2

(

(

0

,

500

0

0

,

160

)

/

2

0

0

,

330

U

Gerilimler arası oran:

1

4

,

2

5

,

0

2

,

1

2

0

1

DOFF DON

U

U

ve

1

21

,

1

75

,

0

91

,

0

1

0

0

NOFF NON

U

U

olduğundan tablo9.45’daki faktörlerle çarpmaya gerek yoktur.

Kaplama direnci

R

_KC 2

.

3322

10066

.

000

,

3

330

,

0

.

S

ohm

m

I

U

R

N KC

3322

3

0

I

U

S 42 inç çapında 3 km uzunluğunda boru hattının direnci, d = 42 inç = 1,068m boru yarı çapı

L = 3000m iki ölçü kutusu arası uzaklıktır ve 2

10066

3000

.

068

,

1

.

.

.

d

L

m

S

.

d

.

1

10066

dir.

30 km’lik boru hattı tamamında koruma akım yoğunluğu ise:

2 / 300 10066 000 , 3 m A S I IS 300 A 10066 3 I dir.

Uzun hat metodu

Bu metotta geçici katodik koruma istasyonundan

I

₀ akımı uygulanır. Hat boyunca akan akım, iki akım ölçü test kutusundan I1 ve I2 ölçülür. Daha sonra her iki akım, test kutusunda doğrultucu devrede iken

U

_1ON ve

U

_2ON ve doğrultucu devre dışı iken

U

_1OFF ve

OFF

U

₂ gerilimleri ölçülür.

Eğer bir test noktasında ölçülen gerilimler arasındaki oran

6

1

6

1

ON OFF

U

U

ve daha fazla ise

U

_OFF gerilim aşağıda tablo 9.45’de verilen düzeltme faktörleri ile çarpılır.

Örnek 2

Boru hattının 1 ve 2 noktaları arsındaki uzaklık 2 km’dir Bu iki nokta arasındaki ortalama kaplama direncini bulalım.

1. no.lu akım ölçme kutusundaki potansiyel ve akım ölçüm değerleri

A

ı

V

U

V

U

_1ON

1

1

,

180

...

_1OFF

0

0

,

900

...

₁

0

0

,

500

2. no.lu akım ölçme kutusundaki potansiyel ve akım ölçüm değerleri

A

ı

V

U

V

U

_2ON

1

1

,

140

...

_21OFF

0

0

,

875

...

₂

0

0

,

350

1. Ölçü kutusunda

V

U

U

U

₁

U

_1ON

U

_1OFF

1

1

,

180

0

0

,

900

0

0

,

280

U

2. Ölçü kutusunda

V

U

U

U

₂

U

_2ON

U

_2OFF

1

1

,

140

0

0

,

875

0

0

,

265

U

iki ölçü kutusu arasındaki ortalama değer:

V U

U

U_1,2 (( U₁ U_2ö)/2 ((0,280 00,265)/2 00,273

U

2 km’lik boru kısmından geçen akım:

A ı ı I I I2 ı11 ı22 00,500 00,350 00,150 I Kaplama direnci

R

_KC: 2 2 , 1

.

12212

6710

.

150

,

0

273

,

0

.

S

ohm

m

I

U

R

KC

12212

0

0

I

U

S 42 inç çapında 2 km uzunluğunda buru hattının direnci d = 42 inch=1,068 m boru yarı çapı

L = 2000 m iki ölçü kutusu arası uzaklık 2

6710

2000

.

068

,

1

.

.

.

d

L

m

S

.

d

.

1

6710

2 km’lik bölümde koruma akım yoğunluğu:

2 / 3 , 12 12212 150 , 0 m A S I IS 12 A 12212 0 I

9.39.1.3. Yeni tesis edilecek boru hattında

R

_KC boru kaplama

direnci ve koruma akım yoğunluğunun tespiti:

Bu işlemi yapabilmek için öncelikle boru hattı güzergahı boyunca toprak spesifik direncinin ölçülmesi gerekir

Toprak spesifik direncinin (özgül direnç)ölçülmesi:

Toprak spesifik direncinin ölçülmesi, Wennerin 4 elektrod metoduna göre yapılır. Elektrodlar arası açıklık, boru hattı derinliğine göre ayarlanır. Elektrodlar arasındaki açıklıklar ölçü derinliğini verir. Genelde boru hattı 2m derinliğe gömüldüğünden elektrodlar arası açıklık ta 2m olacaktır.

Ölçüm boru hattı güzergahının her 500m açıklığında bir ve her toprak karakterinin değiştiği yerlerde yapılacaktır. İki ölçü arasındaki değer, birinin iki katından fazla ise geriye dönüp bu iki nokta arasında ölçü alınmalıdır.

Şekil 9.326: Wenner in 4-elektrod metoduna göre toprak spesifik direncinin ölçümü

Eski tip cihazlarda hem gerilim ve hem de akım değeri okunur. Bu gibi cihazlarda ifade (9)’a göre direnç değeri bulunur ve ifade (10)’a göre toprak spesifik direnci hesaplanır. Yeni cihazlarda ise doğrudan direnç değeri okunur ve (10) ifadesine göre toprak spesifik direnci hesaplanır.

Cihazdan okunan direnç değeri I V R I V ohm’dur (ifade 9)

Elde edilen bu değerden aşağıda verilen (10 no’lu) ifadesine göre _SS toprak spesifik direnci bulunur:

_SS

2

2

.

.

.

.

a

a

.

R

ohm.cm (10) a: elektrod açıklığı

R: cihazdan okunan direnç’i verir.

Kaplamasız boru hatlarında Koruma Akım Yoğunluğu:

Boru hattı güzergahı boyunca ölçülen toprak spesifik dirençlerinin aritmetik ortalaması aşağıda verilen ifadeye göre alınır.

(11)

ort

ort Ortalama spesifik toprak direnci direnci ohm.cm n

n

n Ölçülen tüm toprak spesifik dirençlerin toplamı

ohm.cm max

min

min Ölçülen en düşük spesifik toprak direnci ohm.cm

Boru hattı ortalama spesifik direnci belirlendikten sonra bu değer esas alınarak tablo 9.46’ya göre kaplamasız hatlar için koruma akım yoğunluğu belirlenir.

Tablo 9.46’ya göre akım yoğunlukları belirlenirken ortalama boru hattı spesifik direnci değerleri esas alınarak Tablo 9.47’deki korozyon değerleri göz önüne alınır . Korozyon derecesine göre akım yoğunluğu belirlenir. Eğer düşük ortalama dirençli yani korozifliği yüksek olan toprak yapılarında buna göre yüksek akım yoğunluğu seçilir.

Tablo 9.47: Kaplamasız hatlarda

I

_S boru koruma akım yoğunluğu (mA/m2 için değerlerin 10 katı bulunacak ve üst değerler spesifik toprak direnci düşük toprak veya su değerleri için alınır)

Koruma akım yoğunluğunun belirlenmesiyle (8) ifadesi,

(12)

şekline getirilerek koruma akım ihtiyacı belirlenir.

Kaplamalı hatlar:

Kaplamalı hatlarda akım ihtiyacını belirlemek için çeşitli metotlar vardır.

a.) Boru hattı ortalama toprak spesifik rezistivitesine göre tablo 9.46’dan koruma akım yoğunluğu ihtiyacı belirlenir. Aşağıda verilen ifade kullanılarak koruma akım ihtiyacı bulunur.

S Toplam korunacak alan m2

S

I

Akım yoğunluğu tablo 9.47’den alınacak (mA/m2

Tablo 9.47’deki değerler 10 ile çarpılarak mA/m2 değerinden alınır.)

I

Toplam koruma akım ihtiyacı

E

C Kaplama verimliliği

Kaplama verimi, kaplama cinsine göre verilir ve tecrübelere dayanarak tahmin edilir. Genellikle asfalt kaplamalar için %90 ve PE kaplamalar için %98-99 alınır.

b.) Boru hattı spesifik toprak direncine göre Tablo 9.46’daki değerler kullanılır. Tablodaki üst değerler ortalama toprak spesifik direnci düşük olan toprak veya su içindeki boru hattı ve yapılar için kullanılır.

Tablo 9.48’deki değerler seçilirken Tablo 9.47’deki uygulamalarda olduğu gibi Tablo 9.46’daki sınıflandırma esas alınarak boru hattı için akım yoğunluğu belirlenir

Tablo 9.48: Kaplamalı çelik yapılarda katodik koruma koruma akım yoğunluğu ihtiyacı mA/m2

Seçilen akım yoğunluğu esas alınarak aşağıda verilen ifade yardımıyla akım yoğunluğu belirlenir.

(14)

c.) BOTAŞ’ın gaz ve petrol boru hatlarına ait boru kaplamalarının boru güzergahı ortalama toprak spesifik direncine göre aldığı değerler Tablo 9.49’da verilmiştir. Bu değerlerden hareketle kaplama spesifik direnci bulunur.

Tablo 9.49:

Ortalama toprak rezistivitesi ohm.cm

KC

R

spesifik kaplama direnci ohm.m2

2500 den az 3000 2500-4000 5000 4000-10000 6000 10000 den fazla 12000

9.39.2. Boru Hatlarının Dış Akım Kaynaklı Katodik

Korunmasında Koruma Akım İhtiyacının

Belirlenmesi ve Azami Koruma Akımının Hesabı

Boru hatlarının katodik korunmasında katodik koruma istasyonlarının etkisi açısından iki uygulama yapılır.

9.39.2.1 Kesintisiz Boru Hattında Katodik Koruma Uygulaması

Bu uygulamada korunacak hattın üzerindeki katodik olarak korunacak boru hattı, herhangi bir şekilde izole flanşlarla izole edilmez. İstasyon giriş ve çıkışlarında izole flanş varsa her iki bölüm kablo ile köprülenerek bölümler arasında iletkenlik sağlanır. Şekil 9.327. Boru hattı, üzerinde tesis edilen katodik koruma istasyonları vasıtasıyla birlikte korunurlar.

Bu tip çalışmaya İngilizce teknik literatürde *:Pipeline of finite length protected] korunmuş sonlu uzunlukta boru hattı denilmesinin sebebi (14 no’lu) ifadede x = L alındığında yani şekil 9.327’de görülen 1. no’lu katodik koruma istasyonunun L koruma uzunluğunun sonunda, I koruma akımının sıfır olması yani korumanın bu noktada sonlandırılmasıdır. Türkçe olarak daha iyi anlaşılması için katodik korumada boru hattının kesintisiz iletkenliği söz konusu olduğundan kesintisiz boru hattında katodik koruma uygulaması olarak adlandırılmıştır.

Şekil 9.327: Boru hattı üzerindeki katodik koruma istasyonlarının birbirini etkilediği kesintisiz koruma metodu

Sistemdeki akım ve gerilim ifadeleri:

Potansiyel ifadesi

(15)

Akım ifadesi

(16)

Bu eşitliklerin geçerli olabilmesi için

Kaplama direncinin yüksek, üniform ve omik direncin, boru hattı boyunca gerilim düşümünden bağımsız olması

Anod yatağının boru hattından uzak olması gerekir

Kesintisiz koruma metodunda Şekil 9.327’den görülen L koruma uzaklığı sonundaki akım sıfırdır.

zayıflama sabitiolup

R

Boru iç direnciolup

(ohm/metre) (18)

ifadesinden belirlenir

t boru malzemesinin et kalınlığı (metre)

B

B= 0,18.10

-6

ohm.m boru çelik malzemesinin spesifik direnci

d boru çapı (metre)

t

R

boru hattı kaçak direnci veya G kaçak iletkenliği

(ohm.metre) (19)

ifadesi ile elde edilir.

KC

R

borunun spesifik kaplama direnci ohm.m2

Tek katodik koruma istasyonunun azami koruma uzunluğu:

Yukarıdaki verilen ifadeler gerekli matematiksel işlemlere tabi tutulup gerekli kısaltmalar yapıldığında kesintisiz korumada azami koruma açıklığı aşağıda verilen basitleştirilmiş ifade elde edilir.

(m) (21)

t boru malzemesinin et kalınlığı (mm)

B

B= 0,18.10

-6

ohm.m boru çelik malzemesinin spesifik direnci

U

U

(V) Hat başı ile hat sonu arasındaki katodik koruma istasyonu devrede iken, hat başı ve hat sonu potansiyellerinin farkıdır; yani drenaj noktası ile katodik olarak korunan hattın L uzaklığının sonundaki potansiyellerin farkıdır.

Örneğin: Drenaj noktası potansiyeli UD 1,1,2.V L uzaklığındaki potansiyel katodik koruma şartı gereği U_L 0,0,85.V olmak zorundadır. Buna göre

V

U

U

U

U

_D

U

_L

1

1

,

,

2

0

0

,

85

0

0

,

,

35

.

U

alınır

Boru hattı katodik koruma toplam akım ihtiyacını veren basit ifade söz konusu işlemlerle elde edilir:

(Amper) (22) Gerekli katodik koruma istasyon sayısı

L

L

Korunacak boru hattının toplam uzunluğunu verir.

9.39.2.2. Kesintili Boru Hattında Katodik Koruma Uygulaması

Bu uygulamada bir katodik koruma istasyonu ile korunacak boru hattı bölümü boru hattının diğer bölümlerinden izole flanşlar vasıtasıyla elektriksel olarak birbirinden ayrılmıştır. Boru hattı üzerine tesisi edilen diğer katodik koruma sistemlerinin söz konusu boru hattı bölümüne hiçbir etkisi yoktur.

Bu tip çalışmaya ingilizce teknik literatürde *:Pipeline of infinite length protected] korunmuş sonsuz uzunlukta boru hattı denilmesinin sebebi (24 no’lu) ifadede x = L alındığında yani şekil 8 de görülen katodik koruma istasyonunun L koruma uzunluğunun sonunda boru hattı izole flanş vasıtasıyla sonlandırıldığı halde I koruma akımının sıfırdan farklı olmasıdır.. Türkçe olarak daha iyi anlaşılması için katodik korumada boru hattı katodik koruma istasyonunun koruduğu uzaklık açısından kesintiye uğradığı için

kesintili boru hattı katodik koruma uygulaması olarak

adlandırılmıştır.

Şekil 9.328: Boru hattı üzerindeki katodik koruma istasyonlarının birbirini etkilemediği kesintili uygulama

Sistemdeki akım ve gerilim ifadeleri: Potansiyel ifadesi (24) x = L olduğunda (25) olacaktır. Akım ifadesi (26)

Kesintili uygulamada katodik koruma sisteminin azami boru koruma uzunluğu:

L

kesintili işletmenin tek yönlü uzunluğu ve

L

ise kesintisiz uygulamanın tek yönlü uzunluğu olmak üzere, birbirleri arasında aşağıda verilen bağlantı mevcuttur.

(Cathodic Corrosion Handbook W.Von Beackman’a göre)

(27)

Buna göre kesintili uygulamada azami koruma uzunluğu

Azami koruma uzunluğu

(m) (29)

2

.

L

Katodik koruma istasyon sayısı

(23)

L

L

Korunacak boru hattının toplam uzunluğu

zayıflama sabiti için (15), (16), (17) ifadeleri bu sistemde de aynı şekilde kullanılacaktır.

Koruma akım ihtiyacı (HB cathodic corrosion protection Beackman)

(30)

Toplam koruma akım ihtiyacı

(31) Örnek 3: Kesintisiz uygulama

t = 12 mm

B

B= 0,18.10

-6

ohm.m boru çelik malzemesinin spesifik direnci

Boru çapı d = 42 inç = 1,068 metre

V U U U U_DON U_NON 11,2 00,85 00,35 U 2 / . 035 , 0 mA m IS 0

Boru azami koruma uzunluğu

2 6 6 2

.

10

.

5333

035

,

0

10

.

18

,

0

12

35

,

0

8

.

.

.

.

8

2

m

x

x

x

I

t

U

L

S B

5333

0

U

8

6 B km metre L 730296. 73. 2 730296 73

Katodik koruma istasyon sayısı

74 , 2 73 200 2 2 200 L L N

Koruma istasyonu sayısı 3 olarak belirlendi

Her bir katodik koruma istasyonunun koruyacağı uzunluk

km n L L 66,7. 3 200 2 L 200 66

Boru hattının toplam koruma akım ihtiyacı

A I t U d I _S B . 2 , 33 10 . 035 , 0 . 10 . 018 , 0 10 . 12 . 35 , 0 . 3 068 , 1 . . 2 . 10 . . . 3 . . . 2 ₆ 3 3 3 33 2 U 2 ₆ 3 3 3 1 . . B d . .

Her bir istasyonun drenaj noktasından çekilecek akım A N I I_D 12. 3 2 , 33 12 33 N I

Örnek 4 : Kesintili boru hattı uygulaması

t = 12 mm

Boru uzunluğu = 200 km

B

B= 0,18.10

-6

ohm.m boru çelik malzemesinin spesifik direnci

Boru çapı d = 42 inç = 1,068 metre

V

U

U

U

U

_DON

U

_NON

1

1

,

2

0

0

,

85

0

0

,

35

U

2 / . 035 , 0 mA m IS 0 2 6 6 2

.

10

.

1281

035

,

0

10

.

18

,

0

12

35

,

0

921

,

1

.

.

.

921

,

1

.

.

.

8

.

24

,

0

2

m

x

x

x

I

t

U

I

t

U

L

S B S B

1281

0

U

1

U

0

₆ B B

km

metre

L

35386

.

35

,

386

.

2

35386

35

Katodik koruma istasyon sayısı

65 , 5 386 , 35 200 2L 35 5 L N

Her bir katodik koruma istasyonunun koruyacağı uzunluk km n L L 33,3. 6 200 2 L 200 33

Yani korunacak boru her 33,3 km’de bir izole flanşlar vasıtasıyla elektriksel olrak birbirlerinden izole edilecektir.

Boru hattının toplam akım ihtiyacı

A I t U d I _S B . 39 . 10 . . 3 . . . 32 , 2 3 39 U 2 3 B d . .

Herbir istasyonun drenaj noktasından çekilecek akım

A

N

I

I

D

7

.

6

39

7

39

N

I

Örnek 3 ve 4 incelendiğinde aşağıdaki sonuçlara ulaşılır.

Kesintisiz katodik koruma uygulaması, uzun boru hatlarının katodik koruması hem toplam katodik koruma akım ihtiyacı ve hemde katodik koruma istasyonu sayısı açısından uygun olmaktadır.

Kesintili katodik koruma uygulamasında koruma istasyonu sayısı ve bunlara ait koruma uzunluğu belirlendikten sonra, koruma uzunluklarına ait bölümlere ait toprak spesifik direnclerine göre kısım 1.3.3.2 de verilen (9) ifadesine göre yeniden ortalama toprak spesifik direnci hesaplanarak bu değer için bulunan koruma akım yoğunluğuna göre yeniden herbir istasyona ait katodik koruma akım ihtiyacı, azami koruma uzunluğu hesaplanarak kontrol edilmelidir. Zira kesintisiz işletmede tüm hatta ait ortalama toprak spesifik

direnci etkili olduğu halde, kesintili uygulamada etkili olan her bölüme ait ortalama toprak spesifik direncidir. Bu nedenle ortalama toprak spesifik direncinin yüksek olduğu bölümlerde daha az akım ihtiyacı ve daha az sayıda katodik koruma istasyonu ve ortalama toprak spesifik direnç değerleri düşük olan yerlerde daha yüksek akım ihtiyacı ve daha fazla katodik koruma istasyonu gerekebilir.