KATODK KORUMA Prof Dr Timur KO Gazi ni

KATODİK KORUMA Prof. Dr. Timur KOÇ Gazi Üni. Müh. Mim. Fakültesi

KOROZYONDAN KORUNMA KORUMA YÖNTEMİ ETKİNLİĞİ 10/29/2020 1. Tasarım Kısmen 2. Malzeme Seçimi Kısmen 3. Kaplama ve Boya Kısmen 4. İnhibitör Kullanımı Kısmen 5. Anodik Koruma Kısmen 6. Katodik Koruma Tamamen 2

KATODİK KORUMA 10/29/2020 3

DEMİR-SU SİSTEMİ TERMODİNAMİK DİYAGRAMI Katodik Koruma Bölgesi 10/29/2020 4

POURBAİX DİYAGRAMI 10/29/2020 5

Akım Potansiyel Eğrisi Uygulama akımı 10/29/2020 6

Katodik koruma nerelerde uygulanır 10/29/2020 7

Katodik Koruma Sistemleri • Katodik Koruma Sistemleri 2 Şekilde Uygulanır. • 1 - Galvanik anotlu katodik koruma sistemi • 2 - Dış Akım kaynaklı katodik koruma sistemi 10/29/2020 8

10/29/2020 9

KATODİK KORUMANIN ŞEMATİK GÖRÜNÜMLERİ DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODİK KORUMA Bir Boru hattının dış akım kaynaklı katodik koruma sitemi ile korunması Transformatör Redresör Ünitesi 10/29/2020 10

10/29/2020 11

KATODİK KORUMANIN ŞEMATİK GÖRÜNÜMLERİ GALVANİK KORUMA Bir yer altı boru hattının tek magnezyum anot ile katodik olarak korunması. Bir yer altı boru hattının çoklu magnezyum anot ile katodik olarak korunması. 10/29/2020 12

10/29/2020 13

Katodik koruma sistemleri 10/29/2020 14

Bir tankın katodik korunması 10/29/2020 15

KATODİK KORUMA TASARIMI 1. KATODİK KORUMA ETÜDLERİ 1 -Zemin İle İlgili Etüdler 2 -Korunacak Metal İle İlgili Etüdler 3 -Çevre İlgili Etüdler 2. ETÜDLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ 1 -Zemin ile ilgili etüdlerin değerlendirilmesi 2 - Boru akım ihtiyacının tesbiti 3 -Montaj, uygulama ve işletme yönünden değerlendirme 3. KATODİK KORUMA SİSTEM SEÇİMİ 1 -Galvanik anotlu katodik koruma sistemi 2 -Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi 16 10/29/2020

4. KATODİK KORUMA MALZEMELERİ SEÇİMİ – 1 -Anotlar – 2 -TR Üniteleri – 3 -Ölçü Kutuları – 4 - Kablolar 5. SECİLEN SİSTEMİN PROJELENDİRİLMESİ • A-Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi • 1 - TR sayısı ve kapasitesinin belirlenmesi • 2 - Anotyatağı türünün belirlenmesi • 3 - Anot sayısının belirlenmesi • 4 - Anotyatağı malzemesi miktarının belirlenmesi • 5 - Ölçü kutusu sayısının belirlenmesi • 6 - Kablo miktarının belirlenmesi • 7 - Keson korumalarının yapılması • 8 -İzole flanş, statik elektrik ark elemanı, polarizasyon hücreleri miktarları 10/29/2020 • 9 - İnterferans etkileri ve alınacak önlemlerin tesbiti 17

5. SECİLEN SİSTEMİN PROJELENDİRİLMESİ • B-Galvanik anotlu katodik koruma sistemi • 1 -Anot cinsi ve montaj şeklinin belirlenmesi • 2 - Anot sayısının belirlenmesi • 3 - Anotyatağı malzemesi miktarının belirlenmesi • 4 - Ölçü kutusu sayısının belirlenmesi • 5 - Kablo miktarının belirlenmesi • 6 - Keson korumalarının yapılması • 7 -İzole flanş, statik elektrik ark elemanı, polarizasyon hücreleri miktarları • 8 - İnterferans etkileri ve alınacak önlemlerin tesbiti 10/29/2020 18

5 - SİSTEM MONTAJLARI • A-Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi • 1 -TR Ünitelerinin montajı • 2 -Anot yataklarının montajı • 3 -Ölçü kutularının montajı • 4 -İzole flanş, statik elektirik ark elemanı, polarizasyon hücresi montajı • 5 -İnterferans tedbirlerinin montajı • B-Galvanik anotlu katodik koruma sistemi • 1 -Galvanik anotların montajı • 2 -Anot yataklarının montajı • 3 -Ölçü kutularının montajı • 4 -İzole flanş, statik elektirik ark elemanı, polarizasyon hücresi montajı • 5 -İnterferans tedbirlerinin montajı 10/29/2020 19

6 - İŞLETME VE BAKIM • A-Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi • 1 -Boru zemin potansiyeli ölçümleri ve değerlendirilmesi • 2 -TR Ünitesi akım çıkışı ölçümleri ve bakımı • 3 -Anot yatağı direnci ölçümleri • 4 -Ölçü kutuları bakımı • 5 -İnterferans, izole flanş, polarizasyon hücresi ve statik elektrik ark elemanları ölçümleri • 6 -Tüm ölçümlerin değerlendirme raporlarının hazırlanması 10/29/2020 20

6 - İŞLETME VE BAKIM • B-Galvanik anotlu katodik koruma sistemi • 1 -Boru zemin potansiyeli ölçümleri ve değerlendirilmesi • 2 -Anot akım ve potansiyelinin ölçülmesi • 3 -Anot yatağı direnci ölçümleri • 4 -Ölçü kutuları bakımı • 5 -İnterferans, izole flanş, polarizasyon hücresi ve statik elektrik ark elemanları ölçümleri • 6 -Tüm ölçümlerin değerlendirme raporlarının hazırlanması 10/29/2020 21

KATODİK KORUMA TASARIMI 1. KATODİK KORUMA ETÜDLERİ Zemin ile ilgili Etüdler Zemin Rezistivitesi ölçümleri (TS 4363) Zemin redoks potansiyeli (TS 4363) Yer altı su düzeyi Zemin rutubeti ve tuz içeriği Korunacak metal ile ilgili etüdler Metal cinsi, et kalınlığı , yüzey ölçüleri Kaplama cinsi ve et kalınlığı Boru/zemin potansiyeli ölçümleri Boru/Akım ihtiyacı ölçümleri 10/29/2020 22

Çevre ilgili etütler • • • 10/29/2020 Boru Hattı boyunca yer altı metalik yapılar Boru Hattı güzergahındaki yol , köprü , bataklık v. b yapıların tayini Boru hatlarında yabancı boru hatları ve yüksek gerilim hatları ile kesim noktaları Dış akım kaynaklı koruma sistemi için enerji temin yerleri Anot ve anot yatağı için uygun yerlerin tespiti 23

Zemin ile ilgili Etüdler Zemin Rezistivitesi ölçümleri • ZEMİNLERİN KOROZİFLİK ÖZELLİKLERİ • Rezistivite Zemin heterojen yapıda bir elektrolittir. . Zeminlerin rutubeti, içinde çözünmüş olarak bulunan tuz yüzdesi , p. H derecesi, hava alabilme durumu ve fiziksel olarak sıkışma derecesi yani yoğunluğu korozif özelliğine etki yapar. Bütün bu özelliklerin etkisini ayrı belirlemek son derece güçtür. Bu nedenle pratikte genellikle zeminlerin yalnız p. H derecesi, rezistivitesi ve redoks potansiyeli değerlerinin belirlenmesi ile yetinilir. • p. H derecesi p. H zeminin asitlik derecesi hakkında fikir verir. Zemin p. H derecesi p. H < 5 ise zeminin asidik , p. H > 8 olması halinde de alkali karakterde olduğu kabul edilir. Asidik karakterde zeminler içinde korozyon hızı yüksektir. Kalkerli zeminlerde genellikle p. H>8 olur. Bu tip zeminler içinde çözünmüş halde Ca 2+ve Mg 2+ gibi toprak alkali metalleri bulunur. Bunlar korozyon olayına doğrudan etki yapmazlar. Ancak metal yüzeyinde çökelerek metali korozyondan koruyucu etki yaparlar. 10/29/2020 24

• Zemin rezistivitesi ölçümü • Zemin rezistivitesi, kenarları 1 cm olan bir küp içinde • • bulunan zeminin karşılıklı iki yüzü arasında ölçülen direnç olarak tanımlanır. ( ) ile gösterilir ve Ohm. cm birimi ile ifade edilir. Zemin rezistivitesi, zeminin koroziflik derecesi hakkında iyi bir fikir verir. Zemin rezistivitesi düştükce zeminin koroziflik özelliği artar. Düşük rezistivite, metal yüzeyinde oluşan korozyon hücrelerinin daha küçük potansiyel farklarında bile etkili olmasına ve korozyon akımının artmasına neden olur. Ancak bir zeminin ne derece korozif özellikte olduğunun yalnız rezistivite değeri ile belirlenmesi doğru olmaz. Rezistivite değerine ilave olarak, zemin p. H derecesi ve havalanabilme durumunun da göz önüne alınması gerekir. Katodik koruma etüdlerinde boru hattının geçmiş olduğu zeminlerin rezistivite değerleri tayin edilerek bunlar katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesinde kullanılır. Zemin rezistivitesi ile zeminin koroziflik derecesi arasındaki ilişki tabloda verilmiştir. 10/29/2020 25

Zemin rezistivitesi , Ohm. cm Koroziflik derecesi < 1000 Çok korozif 1000 < < 3000 Korozif 3000 < <10000 Orta korozif 10000 < Az Korozif 10/29/2020 26

Zemin rezistivitesinin ölçülmesi • • Arazide boru hattının geçtiği yol boyunca 100 -200 m aralıklarla zemin rezistivitesi ölçülür. Zemin cinsi ve yapısının tek düze olduğu bölgelerde rezistivite ölçümü 500 -1000 m aralıklarla yapılabilir. Birbirini izleyen iki ölçümde rezistivite değerinde eğer iki kata varan bir değişim görülürse, geriye dönülüp ara noktalarda yeniden ölçüm yapılması uygun olur. Zemin rezistivitesi ölçümü, alınan zemin numuneleri üzerinde laboratuvarda da yapılabilir. Ancak bu durumda zeminin doğal durumu değişeceğinden, sonuç arazideki gerçek değerinden farklı olacaktır. Laboratuvarda zemin rezistivitesini ölçmek için, iki tabanında metal plakalar bulunan dikdörtgen pirizma biçimli direnç ölçü kutuları kullanılır. 10/29/2020 27

• Toprak numunesi direnç kutusu içine zeminin doğal haldeki yoğunluğuna benzer şekilde sıkıştırılarak doldurulur. İki uçtan akım uygulanarak ara yerdeki potansiyel değişimi okunur. Bu ikisinden direnç hesaplanır. Veya doğrudan direnci okuyabilen cihazlar kullanılır. Direnç kutusundan okunan direnç kullanılarak özgül direnç aşağıdaki bağıntı yardımı ile hesaplanır. Şekil-3. 4 Direnç kutusu ile zemin rezistivitesi ölçümü • • • = Burada, 10/29/2020 R : Zemin özgül direnci (rezistivite), Ohm. cm R : Zeminin ölçülen direnci , Ohm L : Ölçü noktaları arasındaki uzaklık, cm W, D : Dikdörtgenin kenar uzunlukları, cm dir 28

Laboratuarda wenner 4 nokta yöntemiyle ölçüm 10/29/2020 29

4 Elektrod yöntemleri ile zemin rezistivitesi ölçümü 10/29/2020 30

Wenner Elektrod Dizilimi 10/29/2020 Schlumberger Elektrod Dizilimi 31

• Zemin rezistivitesinin Wenner dört elektrot yöntemi ile tayini • Arazide • • • belli bir derinliğe kadar olan zemin rezistiviteleri Wenner dört elektrot yöntemi ile doğrudan tayin edilebilir. Bu yöntemde zemine sabit aralıklarla dört elektrot çakılır. Dıştaki elektrotlar ile zemine bir alternatif akım uygulanır. Bu akımın zemin içinde yaratmış olduğu potansiyel farkı içteki iki elektrot arasından ölçülür. Daha sonra Ohm yasası ile direnç hesaplanır. Elektrotlar arasındaki mesafe (a cm) iken, cihazın göstergesinden (R Ohm) direnç okunmuş ise, söz konusu zeminin rezistivitesi, = 2 a R Ohm. cm olarak hesaplanır. Rezistivite ölçümleri genellikle boru derinliğine kadar olan zemin rezistivite değerini belirlemek amacıyla yapılır. Pratikte bu değer genellikle 150 - 200 cm arasındadır. 10/29/2020 32

10/29/2020 33

R= V/i = 2 a R 10/29/2020 34

• Zemin rezistivitesi sıcaklığa da bağlıdır. Sıcaklık • • azaldıkca zemin rezistivitesinde artış olur. Bu nedenle arazide yapılan zemin rezistivitesi ölçümlerinde sıcaklığın kaydedilmesi gerekir. 15 o. C de ölçülen rezistivite değeri ile t o C deki rezistivite arasında aşağıdaki bağıntı vardır. t = 15 Burada, t : t o. C deki zemin rezistivitesi, Ohm. cm 15 : 15 o. C deki zemin rezistivitesi, Ohm. cm t : Sıcaklık, o. C dir. Örneğin, 15 o. C de rezistivite 3000 Ohm. cm olarak ölçülmüş ise, 25 o. C deki rezistivite değeri, = 3000 ( 40 / 50) = 2400 Ohm. cm dir 10/29/2020 35

• Redoks Potansiyeli • Redoks potansiyeli bir zeminin katodik redüksiyon gücü • hakkında fikir verir. Zemin içinde bulunan çözünmüş oksijen konsantrasyonu arttıkca redoks potansiyelinde de artış olur. Aksine olarak düşük oksijen içeren anaerobik zeminlerde redoks potansiyeli çok düşüktür. Bu nedenle redoks potansiyeli değerleri zeminlerin koroziflik derecesi, özellikle mikrobiyolojik korozyon hakkında iyi bir fikir verir. Redoks potansiyeli değerleri ile zeminlerin koroziflik derecesi arasındaki bağıntı Tablo- da verilmektedir. Redoks potansiyeli değerlerine göre zeminlerin sınıflandırılması Redoks potansiyeli, m. V Zeminin korozif özelliği • 100 Şiddetli korozif • 100 - 200 Korozif • 200 - 400 Orta korozif • 400 Az korozif 10/29/2020 36

• Zeminlerin redoks potansiyeli • • • platin elektrot ile ölçülür. Deney şöyle yapılır. Platin elektrot söz konusu zemin içine daldırıldıktan sonra, bir doygun bakır/bakır sülfat referans elektrot ile aradaki potansiyel farkı ölçülür ( EP ). Ayrıca bir p. H metre ile ayni noktada zeminin p. H derecesi de ölçülür. Bu iki değer kullanılarak redoks potansiyeli aşağıdaki bağıntı ile hesap edilir. Eredoks = Ep + Eref + 60 ( p. H - 7) Burada, Eredoks : Zemin redoks potansiyeli , m. V EP : Pilatin elektrodun ölçülen potansiyeli, m. V Eref : Kullanılan referans elektrodun Hidrojen elektroduna göre potansiyeli, m. V(Doygun Cu/Cu. SO 4 için 316 m. V) dır. • Örneğin, p. H = 8 olan bir zeminde platin elektrot ile doygun bakır/bakır • sülfat referans elektrodu arasında Ep = -120 m. V potansiyel ölçülmüş olsun. Bu zeminin redoks potansiyeli , Eredoks = -120 + 316 + 60 (8 - 7 ) = 256 m. V bulunur. 10/29/2020 37

• Korunacak metal ile ilgili etüdler • • Metal cinsi, et kalınlığı , yüzey ölçüleri Kaplama cinsi ve et kalınlığı Boru/zemin potansiyeli ölçümleri Boru/Akım ihtiyacı ölçümleri • Boru cinsi belirlenmiş ise et kalınlığı, yüzey • • ölçüleri kaplama cinsi ve et kalınlıkları bellidir. Borun döşenmiş ise boru/zemin potansiyeli ölçümleri de yapılır. Burada en önemlisi, AKIM İHTİYACININ TESBİT EDİLMESİDİR. 10/29/2020 38

Akım ihtiyacı tayin yöntemleri şunlardır: • Tahmini seçim • Kaplama direncine göre tahmini seçim • Kaplama direncinin deneysel tayini ve bu dirence göre akım ihtiyacı tespiti • Doğrudan deneysel tayin • Polarizasyon direnci yöntemiyle deneysel tayin • Polarizasyon kırılma yöntemiyle deneysel tayin 10/29/2020 39

1 -Tahmini seçim: • Zemin içinde bulunan bir boru hattının akım ihtiyacı büyük ölçüde kaplama kalitesine ve direncine bağlıdır. • Boru hattının içinde bulunduğu zeminin rezistivitesi de etkili olmakla beraber zemin direnci boru kaplama direnci yanında çok küçük kaldığından ihmal edilebilir. • Çeliğin kaplamalı ve kaplamasız olarak çeşitli ortamlarda korunması için gerekli olan yaklaşık akım ihtiyacı değerleri literatürde listeler halinde verilmiştir. • Bir fikir vermek üzere, Tablo -1 de bazı ortamlar için Tablo-2 ve Şekil- de de değişik kaplama cinsleri için akım ihtiyacı değerleri verilmektedir. 10/29/2020 40

Tablo 1 Katodik koruma için yaklaşık akım ihtiyacı değerleri Ortam Koşulları Yaklaşık akım ihtiyacı, m. A / m 2 Hareketli deniz suyu içinde çıplak çelik 100 - 160 Durgun deniz suyu içinde çıplak çelik 55 - 85 Deniz dibi çamuru içinde çıplak çelik 20 - 30 Rutubetli zemin içinde çıplak çelik 10 - 20 Zemin veya su içinde zayıf kaplamalı çelik 1 - 2 Zemin veya su içinde iyi kaplanmış çelik 0. 05 Zemin veya su içinde polietilen kaplanmış çelik 0. 005 10/29/2020 41

Tablo 2 Çeşitli cins kaplamalı boru hatlarının kaplama direnci ve akım ihtiyacı Kaplama kalitesi Kaplama direnci, Ohm. m 2 Akım ihtiyacı, m. A / m 2 Çok zayıf 100 – 200 1, 0 -2, 0 Zayıf 200 -500 0, 5 -1, 0 Orta 500 -1000 0, 1 -0, 5 İyi 1000 – 2000 0, 05 -0, 1 2000 -10000 0, 01 - 0, 05 > 10000 0, 01 > Çok iyi Mükemmel 10/29/2020 42

Şekil-6 Çeşitli cins kaplamalara ait yaklaşık akım ihtiyacı değerleri 10/29/2020 43

• Bir fikir vermek amacıyla literatürde verilmiş olan bu değerlerin doğrudan projelerde kullanılması sakıncalıdır. • Bu değerleri kullanırken proje mühendisi aşağıdaki iki hususu göz önünde bulundurmalıdır. • 1. Akım ihtiyacı değerleri listelerde çok geniş sınırlar içinde verilmiştir. Bu değerlerden en düşük olanının kullanılması emniyet açısından, en büyük değerin kullanılması da ekonomik açıdan sakıncalı olabilir. • 2. Kaplama cinsine göre verilmiş olan akım ihtiyacı değerlerinde, kaplamanın kalitesi ve işcilik hataları göz önüne alınmamıştır. • Özellikle boruların taşınması, depolanması, hendeklere yerleştirilmesi ve kaynak bölgelerinin izolasyonu sırasında ortaya çıkacak hataların etkileri göz önüne alınarak akım ihtiyacında hesaba katılması gerekir. 10/29/2020 44

• Tablolarda verilen bütün bu akım ihtiyacı değerleri • • proje mühendisine yaklaşık bir fikir vermek içindir. Katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesinde en güvenilir değerler gerçek ortamlarda yapılan akım ihtiyacı deneyleri ile elde edilebilir. Projelendirme sırasında akım ihtiyacı belirlenirken tablolarda verilmiş olan bu akım ihtiyacı değerlerinin , katodik koruma ilk uygulandığında gerekli olan ve metal yüzeyi polarize olmadan önceki akım ihtiyacı olduğu gözden uzak tutulmamalıdır. Polarizasyon gerçekleştikten sonra akım ihtiyacında önemli ölçülerde düşüş görülür. Buna karşılık kaplama direnci de zamanla azalacağından akım ihtiyacında artış meydana gelir. Proje mühendisi bu çelişik durumu değerlendirerek, katodik koruma süresi içinde geçerli olan ortalama bir akım ihtiyacı değerini belirlemek durumundadır. 10/29/2020 45

2 - Kaplama direncine göre tahmini seçim: • Literatürde verilen akım ihtiyacı tablolarının büyük bir kısmı boru kaplama direncine göre verilmiştir. • Boru kaplamasını yapan imalatçı firma kaplama direncini verirse ve bu direnç bir belgeye dayalı olarak doğrulanıyorsa bu direnç esas alınarak literatürde verilen tablolardan akım ihtiyacı bulunabilir. 10/29/2020 46

3 - Kaplama direncinin deneysel tayini ve bu dirence göre akım ihtiyacı tespiti: İki ucu izole flanş ile kapatılmış, üniform yapıda, yaklaşık olarak 3 -5 km uzunluğunda bir boru parçası mevcut ise, bir deney ile boru kaplama direnci belirlenebilir. 10/29/2020 47

Bir örnek olmak üzere boru kaplama direnci aşağıdaki gibi hesaplanabilir. İstasyon No Eon , Volt Eoff , Volt E = Eon - Eoff 1 - 1, 33 - 0, 88 -1, 33 - (-0, 88) =-0, 45 2 - 1, 47 - 0, 98 -1, 47 -(-0, 98) = -0, 49 3 - 1, 36 - 0, 89 - 1, 36 - ( -0, 89) = 0, 47 Ortalama Boru parçası kaplama direnci: Boru parçası yüzey alanı: Kaplama direnci : 10/29/2020 E = - 0, 47 Volt R = E / I = 0, 47 / 0, 86 = 0, 546 Ohm A = 3, 14 x 0, 60 x 4500 = 8478 m 2 R = 0, 546 Ohm x 8478 m 2 = 4629 Ohm. m 2 48

4 -Doğrudan deneysel tayin: • Bu yöntem bir TR ünitesiyle korunabilecek • • kısalıkta boru hatlarında uygulanabilecek bir yöntemdir. Boru hattına geçici olarak yapılmış bir anot yatağından koruma kriterlerini sağlayacak büyüklükte akım uygulanır. Ve bu koşullar altında TR ünitesinden geçen toplam akım boru yüzey alanına bölünerek akım ihtiyacı tespit edilir. 10/29/2020 49

5 - Polarizasyon direnci (Lineer polarizasyon) yöntemiyle deneysel tayini: • Bu yöntem daha çok laboratuarda uygulanan bir • • yöntemdir. Yöntemin dayandığı elektrokimyasal ilke korozyon reaksiyonlarının akım potansiyel eğrilerinin korozyon potansiyeli civarında (+5 Mv - -5 m. V) doğrusal olması özelliğinden kaynaklanmaktadır. Bu bölgedeki doğrusal olan akım potansiyeli eğrisinin eğimi (Rp) polarizasyon direnci olarak tanımlanır. Polarizasyon direnci ile akım ihtiyacı arasındaki bağıntı şöyledir: 10/29/2020 50

• Deneysel olarak akım potansiyel eğrileri çizilip polarizasyon direnci tayin edilir ve buradan da formül kullanılarak korozyon akımı hesaplanır. Şekil-8 10/29/2020 51

6 - Polarizasyon kırılma yöntemiyle deneysel tayin: • Elektrokimyasal reaksiyonlar olan anot ve katod reaksiyonlarının dengede olduğu koşullarda anodik ve katodik polarizasyon eğrilerinin kesim noktası olarak temsil edilen karma potansiyel korozyon potansiyelini, akımda korozyon akımını göstermektedir. 10/29/2020 52

Polarizasyon Kırılma(Tafel ekstrapolasyon) yöntemi ile korozyon hızının belirlenmesi 10/29/2020 53

• Polarizasyon kırılma yöntemi, • Yüzey alanı belli olan ve iki ucundan izole edilmiş bulunan bir • • • boru parçasına bir dış akım uygulanarak, akım yoğunluğuna karşı gelen potansiyel değerleri okunur. Elde edilen bu değerler ile E-log i grafiği çizilir. Böylece elde edilen polarizasyon eğrisinin lineer olan Tafel bölgesi korozyon potansiyeline ekstrapole edilir. Kesim noktası korozyon hızını verir. Katodik korumanın tam olarak gerçekleşmesi için korozyon hızından daha büyük bir akımın uygulanması gerekir. Bunun için polarizasyon eğrisindeki lineer bölgenin başlamış olduğu noktaya karşı gelen akım şiddeti (ik ) katodik koruma akım ihtiyacı olarak alınır. Bu noktada, metal yüzeyinde bulunan bütün anodik akımların sıfır olduğu kabul edilir. Şekil- 10/29/2020 54

Polarizasyon kırılma yöntemi ile katodik koruma akım ihtiyacının belirlenmesi 10/29/2020 55

• Bu yöntem ile bulunan katodik koruma akım ihtiyacının gerçeğe yakın olması için, söz konusu boru kaplamasının ve zeminin üniform yapıda olması gerekir. • Yüksek rezistiviteli zeminler içinde düzgün bir polarizasyon eğrisi elde etmek mümkün olmaz. • Bu yöntemin arazide uygulanması sırasında karşılan diğer bir sorun da, anot yatağının ölçüm noktasına yakın olması halinde kendini gösterir. Bu durumda anodik etkiler nedeniyle katodik koruma akım ihtiyacı daha küçük bulunur. 10/29/2020 56

POLARİZASYON KIRILMA YÖNTEMİ İLE AKIM İHTİYACI TAYİNİ DENEYSEL ÇALIŞMA: • BTC (Bakü –Tiflis- Ceyhan) Ham Petrol Boru hattı üzerinde • • • gerçek katodik koruma projesine veri oluşturacak akım ihtiyacı deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler bu hattın LOT-B bölümünde borunun döşendiği bir bölgede yapılmıştır. Deneylere BOTAŞ, STA yetkilileri ile hattın katodik koruma projesini yapacak MATCOR Co. Firması katodik koruma proje müh. katılmışlardır. Deneylere Gazi Üniversitesinden Prof. Dr. Timur KOÇ un denetiminde 3 yüksek lisans öğrencisi katılmışlardır. 10/29/2020 57

• Deneyler hem boru hattı katodik koruma akım • • ihtiyacının tesbiti hemde montaj edilmiş ve zemindeki yerine konulmuş halde (Ek yeri kaplamaları dahil) boru kaplama direncinin tayini için yapılmıştır. Deneyler den biri LOT-B 524. km deki 700 m lik boru bölümünde diğeri 527 km de döşenmiş 2000 m lik boru üzerinde yapılmıştır. Bu iki bölgenin özel olarak seçilmesi nedeni 524 km lik bölge zemin rezistivitesinin 2000 Ohm. cm ve daha düşük olması 527 km lik bölüm ise zemin rezistivitesinin 3000 Ohm. m değerinden büyük olan bölgeyi temsil etmesinden kaynaklanmaktadır 10/29/2020 58

• Deneylerde boru hattının seçilen bölümünün bir tarafına aşağıda şeması verilen deney düzeneği kurulmuştur. • Diğer tarafında ise sadece boru/zemin potansiyelleri on-off değerleri olarak ölçülmüştür. 10/29/2020 59

Şekil -11 AKIM İHTİYACI DENEY DÜZENEĞİ Voltmetre Ampermetre TR Ünitesi Referans elektrod Geçici Anot Yatağı BORU 10/29/2020 60

Jeneratör Voltmetre Ampermetre 10/29/2020 TR Ünitesi 61

Kablo bağlantısı 10/29/2020 62

10/29/2020 63

• Deney de boru hattına hiç akım verilmeden yapılan boru/zemin potansiyeli ölçümlerinden sonra potansiyel 0. 000 m. V – 2600 m. V arasında kademeli olarak artırılmış ve hatta 2 dak akım verilmiş ve 15 sn akım kesilerek akım uygulama noktasında ve hattın diğer ucunda boru/zemin potansiyelleri on-off değerleri olarak ölçülmüştür. • Ölçülen bu değerler hem boru kaplama direnci hesabında hem de katodik koruma projesi için gerekli akım ihtiyacının hesaplanmasında kullanılmıştır. 10/29/2020 64

527 km de yapılan deneyde alınan ölçüm değerleri aşağıda verilmektedir. Akım Uygulama Noktasında Zaman (sn) P/S (on) (m. V) E (m. V) i (m. A) 0 - 60 -0, 204 16, 4 120 -0, 202 16, 3 0, 102 135 13, 1 195 -0, 307 177, 4 255 -0, 306 177, 1 0, 131 270 69, 9 330 -0, 482 443, 8 390 -0, 483 443, 4 0, 186 405 69, 9 465 -0, 506 492, 3 525 -0, 507 490, 0 0, 204 540 69, 8 600 -0, 629 701, 2 660 -0, 632 699, 7 0, 263 69, 5 67510/29/2020 Boru Sonu P/S/(off) (m. V) - 0, 100 P/S (on) (m. V) P/S (off) (m. V) - 0, 100 -0, 204 -0, 202 - 0, 100 - 0, 100 -0, 307 -0, 306 - 0, 175 - 0, 171 -0, 482 -0, 483 - 0, 297 - 0, 295 -0, 506 -0, 507 - 0, 303 - 0, 301 -0, 629 -0, 632 - 0, 369 65 - 0, 365

735 -0, 82 1. 036, 8 795 -0, 825 1. 036, 0 0, 283 810 69, 5 870 -0, 942 1. 239, 6 930 -0, 948 1. 238, 6 0, 298 945 70, 2 1005 -1, 18 1. 637, 0 1065 -1, 178 1. 636, 0 0, 314 1080 69, 9 1140 -1, 28 1. 796, 9 1200 -1, 27 1. 796, 0 0, 352 1215 71, 2 1275 -1, 46 2. 110, 1 1335 -1, 458 2. 107, 4 0, 383 - 1, 1 1350 10/29/2020 -0, 825 - 0, 542 - 0, 538 -0, 942 -0, 948 - 0, 650 - 0, 643 -1, 18 -1, 178 - 0, 864 - 0, 851 -1, 28 -1, 27 - 0, 918 - 0, 899 -1, 46 -1, 458 - 1, 075 - 1, 053 66

1410 -1, 61 2. 352, 2 1470 -1, 6 2. 350, 392 1485 71, 3 1545 -1, 8 2. 677, 3 1605 -1, 78 2. 676, 0 0, 406 1620 74, 0 1680 -1, 93 2. 916, 7 1740 -1, 92 2. 916, 0 0, 42 1755 74, 0 1815 -2, 02 3. 093, 2 1875 -2, 58 3. 093, 1 0, 446 1890 74, 0 1950 -2, 58 4. 118, 1 2010 -2, 6 4. 116, 0 0, 573 2025 10/29/2020 -1, 61 -1, 6 - 1, 208 - 1, 192 -1, 8 -1, 78 - 1, 374 - 1, 218 -1, 93 -1, 92 - 1, 500 - 1, 364 -2, 02 -2, 58 - 2, 134 - 2, 101 -2, 58 -2, 6 - 2, 027 - 1, 876 67

n. Bu değerlerden boru hattı akım uygulama noktasındaki n P/S (on) değerleri kullanılarak. P/S- logi eğrisi çizilmiştir. n. Bu eğri aşağıdadır. Log(i) ( A) P/S potansiyeli (m. V) 10/29/2020 68

SONUÇ: • Bu grafikten de görülmektedir ki sahada ve çok büyük ölçekte yapılan deneysel çalışma sonunda elde edilen grafik teorik açıklamalarda anlatılan polarizasyon eğrileri ile tam uyum içindedir. • Bu uyumluluk bu yöntemin boru hatları akım ihtiyacı tesbitinde sahada güvenle uygulanacağını göstermiştir. • Bu projede bu deneysel çalışmadan elde edilen verilere göre yapılacak katodik koruma projesi uygulandıktan sonra sahada alınan ölçümlerle de kontrol edilecektir. 10/29/2020 69

KATODİK KORUMA TASARIMI Katodik koruma (Sistem seçimi) • ÖN ETÜDLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ • Zemin rezistivitesi • Zemin Redoks Potansiyeli • Zemin p. H değeri • Uygulanabilirlik • rezistivitesi • İnterferans • Ekonomik KATODİK KORUMA SİSTEM SEÇİMİ 1 -Galvanik anotlu katodik koruma sistemi 2 -Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi 10/29/2020 70

Katodik koruma (Sistem seçimi) Parametreler KARŞILAŞTIRMA Galvanik Anotlu Elektrik enerjisi Dış akım kaynağına gerek yoktur. Bu sistem elektrik enerjisinin bulunmadığı yerlerde tek seçenektir. Dış Akım Kaynaklı Elektrik akımının bulunmadığı yerlerde uygulanamaz. Galvanik anotlardan üretilen akım şebekeden elde edilen doğru akımdan daha pahalıdır. genellikle akım ihtiyacı küçük olan yerlerde ekonomik olabilir. Elektirik akımı maliyeti galvanik anotlara göre daha ucuzdur. Ancak ilk tesis masrafları galvanik anotlu sisteme göre daha fazladır. Zemin rezistivitesi Yüksek rezistiviteli zeminler ve tatlı sular içinde uygulanamaz. Rezistivitenin yüksek oluşu engel oluşturmaz. Anot yatağı direncini azaltıcı önlemler alınarak yüksek rezistiviteli zeminler içinde de katodik koruma uygulanabilir. Periyodik Kontroller Uygulanması çok kolaydır. Projede göz önüne alınmayan etkenler nedeniyle akım ihtiyacında artış olursa , sisteme sonradan yeni anotlar ilave edilerek kapasite artırılabilir. Projelendirmeye özen gösterilmesi gerekir. Trafo ünitesinin akım kapasitesi işletme sırasında projede öngörülmüş olan değerlerin dışına çıkarılamaz. Anot yatağı direnci düşürülemez. İşletme ve bakım Anotlardan biri kullanılamaz hale geldiğinde yalnız bu anot değiştirilerek diğer sağlam anotlarla korumaya devam edilir. Anot yatağında ortaya çıkan bir arızada sistemin toptan sökülerek değiştirilmesi gerekir. İnterferans etkisi Galvanik anotların çevre yapılar üzerine interferans etkisi yoktur. Yabancı yapılar üzerindeki korozyonu önlemek için özel önlemler alınması gerekir. Sığ anot yatağı yerine derin kuyu anot yatağı yapılarak interferans etkisi azaltılabilir. Akım şiddetinin ayarlanması Galvanik anotlardan çekilen akımı ayarlamak mümkün olmaz. Galvanik anotlar katodik koruma için gerekli olan akımı kendiliğinden ayarlar. Yapının akım ihtiyacında artış olursa, potansiyeli düşer, böylece anot -katot arasındaki potansiyel farkında (yürütücü kuvvet) artış olur ve anottan daha fazla akım çekilir. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde , akım ihtiyacında her hangi bir değişme olması halinde trafo ünitesinde akım ve potansiyelin yeniden ayarlanması gerekir. Bu işlem el ile ( manuel) yapılabildiği gibi, katodik koruma devresine sabit bir referans elektrot konularak otomatik olarak da yapılabilir. Akım maliyeti 10/29/2020 71

4 - KATODİK KORUMA MALZEMELERİ SEÇİMİ – 1 -Anotlar – 2 -TR Üniteleri – 3 -Ölçü Kutuları – 4 - Kablolar 10/29/2020 72

KATODİK KORUMA SİSTEMLERİ Galvanik anotlu katodik koruma sistemi Galvanik anot cinsi ve miktarı Anot dolgu maddesi cinsi ve miktarı Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemi TR Ünitesi cinsi ve miktarı Anot cinsi ve miktarı Kablo kesiti türü ve miktarı Dolgu maddesi cinsi ve miktarı ölçü kutusu modeli Anot yatağı cinsi Diğer Miktarlar Kablo keitleri , cinsleri ve miktarları Ölçü kutusu ve diğer miktarlar 10/29/2020 73

1 -ANOTLAR • DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODİK KORUMA SİSTEMİ 10/29/2020 74

DIŞ AKIM KAYNAKLI KATODİK KORUMA ANOTLAR 10/29/2020 İleri teknoloji Normal teknoloji Ürünü Anotlar Grafit Anotlar Pt-Ti Anotlar Karma Oksit -Ti Fe-Si Anotlar Pb bazlı anotlar 75

• Bir katodik koruma devresinden akım geçebilmesi için anot ve katot yüzeylerinde aynı anda ve eşdeğer miktarda kimyasal reaksiyonların yürümesi gerekir. Anot ve katot yüzeylerinde yürüyen kimyasal reaksiyonlar katodik koruma sistemlerinin performansını belirleyen en önemli kriterlerdir. • Galvanik • • • anotlu katodik koruma sistemlerinde anot reaksiyonu galvanik anodun çözünmesi şeklinde yürüdüğü halde, dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde anot metali ve elektrolit cinsine bağlı olarak anot yüzeyinde çeşitli reaksiyonlar meydana gelir. Anot reaksiyonu anodun verimine ve ömrüne doğrudan etki yapar. Metal cinsi ne olursa olsun, anotta daima bir oksidasyon reaksiyonu meydana gelir. Ancak gaz çıkışı reaksiyonlarında metal yüzeyinde aşırı gerilim oluşabilir. Anotta meydana gelen bazı kimyasal bileşiklerin anot yüzeyinde çökelmesi ile metal-elektrolit ara yüzeyinde yürümesi beklenen reaksiyonun hızı yavaşlayabilir. Bütün bunlar anot reaksiyonlarını oldukça karışık bir hale dönüştürür. 10/29/2020 76

• Anot Reaksiyonları • • • Su veya zemin içinde bulunan bir anodun yüzeyinde yürüyen başlıca anot reaksiyonları şunlardır: 1 - Metalin oksitlenme reaksiyonu Örneğin hurda demirin yardımcı anot olarak kullanılmasında olduğu gibi, soy olmayan anot metalleri galvanik anotlara benzer şekilde oksitlenerek metal iyonu halinde çözeltiye geçerler. • Me = Me 2+ + 2 e- • Oluşan metal iyonları nötral ortamlarda su ile reaksiyona girerek hidroksit haline dönüşebilir. • • • Me 2+ + 2 H 2 O = Me(OH) 2 + 2 H+ Metal hidroksitlerin çözünürlüğü genellikle azdır. Bu nedenle anot yüzeyinde çökelerek kabuk oluştururlar. Bu reaksiyonlar sonucu anot bölgesi asidik bir karakter kazanır. Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde demir ve alüminyum gibi soy olmayan metal alaşımları kullanılması halinde anotlar aynen galvanik anotlar gibi çözünerek kısa sürede harcanırlar. 10/29/2020 77

• • • 2 - Anotta oksijen çıkışı Anot soy bir metal ise (veya pasifleşmiş ise) anotta suyun ayrışması sonucu oksijen çıkışı meydana gelebilir. • • 2 H 2 O = 2 H+ + 2 OH- = ½ O 2 + H 2 O + 2 e. Toplam reaksiyon, H 2 O = ½ O 2 + 2 H+ + 2 e- Bu reaksiyon sonucunda da anot civarında asidik bir ortam oluşur. Tatlı sularda ve zemin içinde hakim anot reaksiyonu yukarda verilen reaksiyonda olduğu gibi oksijen çıkışı şeklindedir. 10/29/2020 78

• 3 - Anottan klor çıkışı • • • Deniz suyu içinde veya klorür konsantrasyonu yüksek olan diğer tuzlu sular içinde anotta oksijen yerine ( veya onunla birlikte) klor gazı çıkabilir. 2 Cl- = Cl 2 + 2 e. Açığa çıkan klor gazı su ile reaksiyona girerek, Cl 2 + 2 H 2 O = 2 HCl. O • hipokloröz asidi oluşturur. Bu asit zayıf bir asit olduğundan klor çıkışı halinde anot bölgesinde p. H düşüşü çok fazla olmaz. • • Anotta oksijen veya klor gazlarından hangisinin çıkacağı elektrolit içinde bulunan klorür konsantrasyonuna ve anot metali üzerinde söz konusu gazların aşırı gerilim değerlerine bağlıdır. Standart elektrot potansiyelleri klor için -1. 36 Volt, oksijen için -0. 40 Volt'dur. Deniz suyu içinde klorun ayrışma gerilimi -1. 39 Volt, oksijenin ayrışma gerilimi -0. 81 Volt olmasına rağmen oksijen aşırı geriliminin yüksek oluşu nedeniyle (demir yüzeyinde 1 m. A/cm 2 akım yoğunluğunda oksijen aşırı gerilimi 0. 70 Volt) deniz suyu içinde çok yüksek olmayan akım yoğunluklarında genellikle anotta klor çıkışı olur. 10/29/2020 79

• 4 - Karbondioksit çıkışı • Zemin içinde kullanılan anotlar genellikle kok • tozundan oluşan bir anot yatağı içine konulur. Bu tip anot yataklarında anot reaksiyonu, karbonun karbon dioksite veya karbon monoksite kadar oksitlenmesi şeklindedir. C+ H 2 O = CO + 2 H+ + 2 e- • • C + 2 H 2 O = CO 2 + 4 H+ +4 e. Bu reaksiyonlar için kok tozunun ıslak halde olması gerekir. Reaksiyon sonunda anot bölgesi diğer anot reaksiyonlarında olduğu gibi yine asidik bir karakter kazanır. 10/29/2020 80

• Anotlardan Beklenen Özellikler • Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde çok çeşitli cins ve boyutta anot kullanılmaktadır. Anot seçiminde gözönüne alınacak temel kriterler şöyle özetlenebilir. • Katodik koruma sistemlerinde ilk tesis maliyetinin yaklaşık yarısı anotlara harcanır. Bu nedenle anot metalinin ucuz olması ekonomik açıdan önem taşır. • Anot birim yüzeyinden çekilebilen akım mümkün olduğunca yüksek olmalı ve anot direnci zamanla fazla artış göstermemelidir. • Anottan çekilen birim akım (A. yıl) başına anot kütle kaybı mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Anotlar kendilerinden beklenen süre ve miktarda akım üretebilmelidir. • Bunun dışında anotlar sağlam, hafif ve kimyasal etkilere dayanıklı olmalı ve çevreyi kirletici toksik maddeler yaymamalıdır. Ticari anotlar değerlendirilirken yalnız fiyatı değil, bütün bu teknik özelliklerinin de göz önüne alınması gerekir. 10/29/2020 81

Anot Cinsleri • Endüstride su altında, zemin içinde, deniz suyunda ve değişik kimyasal elektrolitler içinde kullanılmak üzere çeşitli anot tipleri geliştirilmiştir. Projelendirmede uygun bir seçim yapabilmek için başlıca ticari anotların teknik özelliklerinin tam olarak bilinmesı gerekir. • • Grafit Anotlar: Ülkemizde çok fazla kullanılmayan grafit anotlar, ekonomik oluşları nedeniyle deniz suyu, tatlı su ve zemin içinde yardımcı anot olarak kullanılmaktadır. Grafit anotlardan tatlı sular içinde 4 A/m 2, zemin içinde 10 A/m 2, deniz suyu içinde 30 A/m 2 den fazla akım çekilmesi sakıncalıdır. Normal halde grafit anotlardan 2, 5 3, 0 A/m 2 akım çekilmesi uygundur. Bu durumda anot kütle kaybı 0, 5 kg/A. yıl değerinin altında kalır. Yüksek akım yoğunluklarında grafit anot kısa süre içinde parçalanır. • 10/29/2020 82

• • • Zemin içinde grafit anotların kok tozu anot yatağı içine konulması uygundur. Böylece anodun üniform olarak harcanması sağlanabilir. Ancak anot reaksiyonu sonucu oluşan gazların anot bölgesinden uzaklaştırılması için özel önlemler alınması gerekir. Eğer anot yatağı ıslak ise, veya yeraltı su tablası altında kalıyor ise, kok tozu içine bir miktar söndürülmüş kireç katılması, anot reaksiyonu sonucu açığa çıkan asitleri nötürlemek bakımından faydalıdır. Grafitin elektrot potansiyeli çeliğe göre yaklaşık 1, 7 Volt daha pozitiftir. Bu durumda akımsız halde iken grafit katot, çelik anot olacaktır. Grafitin anot haline gelmesi için katodik koruma devresine 1. 7 Volt ilave bir potansiyel uygulanması gerekir. 10/29/2020 83

• Demir-Silikon Anotlar: • • Bileşiminde yaklaşık % 14. 4 oranında silisyum içeren dökme demir anotlar (HSI) yardımcı anot olarak pratikte çokca kullanılmaktadır. Bu anotların yüzeyinde kısa sürede sağlam bir silisyum dioksit tabakası oluşur. Bu filim anodun parçalanmasını önler, fakat silisyum dioksit iletken özellikte olduğundan anot direncinin artmasına neden olmaz. Anot yüzeyinde, Si 4+ + 4 H 20 = Si(OH)4 + 4 H+ • reaksiyonu meydana gelir. • Burada iletkenliği H+ iyonları sağlar. Bu nedenle anot yüzeyinin tam olarak silisyum dioksit ile kaplanması istenmez. En uygun silisyum yüzdesi %14, 35'dir. • • Demir silikon anotlar zemin ve tatlı sular içinde oldukça dayanıklıdır. Anot kütle kaybı 20 A/m 2 akım yoğunluğunda 0, 5 -0, 75 kg/A. yıl civarındadır. Deniz suyu içinde klor gazı çıkışı nedeniyle, demir silikon anotların yüzeyindeki pasiflik bozulur. Bu durumda anot yüzeylerinde çukur tipi korozyon görülür. Bunu önlemek üzere anot bileşimine az miktarda krom (yaklaşık % 4, 5) katılarak kromlu demir silikon anot (HSCI) kullanılır. Krom yerine % 3 oranında molibden katılması halinde anotları 100 o. C’e varan yüksek sıcaklıklarda da kullanılabilmek mümkündür. 10/29/2020 84

Elementler TS No Silisyum HSI anotlar, % Kütles Çapı i 14, 35 mm kg Krom Karbon Boyu Başlık 14, 35 mm çapı mm - S-1 3 S-2 Mangan S-3 Demir S-4 HSCI anotlar , % 0, 95 Yüzey alanı cm 2 4, 50 0, 95 30 500 40 5 30 0, 75 750 6, 4 30 1000 0, 75 40 550 820 1100 5, 5 kalan 45 500 kalan 50 880 S-5 10 30 1500 40 1650 S-6 11 60 500 80 1050 S-7 18 60 900 60 1700 S-8 28 60 1200 80 2650 S-9 43 75 1500 100 3760 S-10 45 100 800 100 1700 S-11 53, 6 75 1520 85 3600 10/29/2020 85

10/29/2020 86

Si Fe/Si / Cr Fe/Si / Mo 14. 2 - 14. 7 % Mn 0. 6 - 0. 8 % C 0. 4 - 0. 5 % 3. 3 - 5. 0 % Cr Mo Fe 3% Kalan 10/29/2020 Kalan Ortam Tİçme suyu tuzlu su Zemin Current Density A/m 2 Yıpranma hızı kg/A year Verim % 10 -30 10 -50 10 -30 0. 15 0. 50 0. 30 90 90 90 Kalan 87

• Gümüş - Kurşun Anotlar : • Bileşiminde %1 -2 oranında gümüş içeren kurşun anotlardan • Deniz suyu içinde ortalama 50 -200 A/m 2 akım çekilebilir. • Bu anotların kütle kaybı başlangıçta 1 kg/A. yıl olmasına rağmen, • • • yaklaşık 1 ay sonra 30 -50 g/A. yıl değerine kadar azalır. Bunun nedeni anot yüzeyinde oluşan kurşun peroksit filmidir. Bu bileşik anodun çözünerek harcanmasını önler. Buna karşılık iyi iletken özellikte oluşu nedeniyle anot direncinde zamanla artış görülmez. Anottan 400 A/m 2 'den fazla akım çekilecek olursa, peroksit tabakası altında kurşun klorür veya kurşun oksiklorür bileşikleri oluşabilir. Anot yüzeyinde kabarcıklar veya yumrular halinde görülen bu bileşikler iletken olmadıkarı için anot akım çıkışının azalmasına neden olurlar. Zemin ve tatlı sular içinde kurşun anot yüzeyinde peroksit tabakası oluşmaz. Bu nedenle gümüş kurşun anotlar ancak deniz suyu içinde kullanılabilir. Saf kurşun deniz suyu içinde yüzeyde kurşun klorür oluşması nedeniyle kısa sürede pasifleşir. Bunu önlemek üzere düşük yüzdeli (yaklaşık olarak % 1 -2) gümüş-kurşun alaşımı kullanılır. Gümüş-kurşun anotlarda gümüşün rolü, anot yüzeyinde peroksit tabakası oluşumunu kolaylaştırmak içindir. 10/29/2020 88

• Platin Kaplanmış Titanyum Anotlar : • • Titanyum metali üzerine 5 - 10 m kalınlığında platin kaplanarak yüksek peformanslı anotlar elde edilebilir. Bu anotlardan deniz suyu içinde çok yüksek yoğunluklarda akım çekilebilir. Deniz suyu içinde 1000 A/m 2 olan akım çıkışı, zeminde kok tozu anot yatağı içinde 100 -300 A/m 2 civarındadır. Platin kaplanmış titanyum (veya niobyum) anotların kütle kaybı çok azdır. Deniz suyu içinde kütle kaybı 5 -10 mg/A. Yıl ‘ dan daha azdır. Platin kaplı anotlar klor çıkışına karşı dayanıklı oluşları ve yüksek akım yoğunluğu nedeniyle ideal bir anottur. Ancak bu anotların pahalı oluşları yanında önemli bir dezavantajı daha vardır. Bu anotlar 8 Volt'dan daha yüksek potansiyelde çalıştırılacak olursa platin kaplama bozulabilir. Diğer taraftan transformatör redresör sisteminde frekans oynaması (ripple) halinde de anot kaplamasında yine bozulma meydana gelebilir. Bu durumda anot pasifleşerek kullanılmaz hale gelir. 10/29/2020 89

Base metal Max. uygulama voltajı Kablo uzunluğu Kablo çapları Ti No Ta 12 V 40 V 80 V 100 m 50 m 1 /2/3/4 mm Anot boyu 150 - 2500 mm Anot çapı 4 /6/ 8/10/12/16/20 /25 mm Elek anot hücre boyu max. 2500 mm Elek anot hücre eni max. 800 mm Pt-kaplama kalınlığı 5/7. 5/10|im Yıpranma hızı Max. Akım yoğunluğu 10/29/2020 approx. 0. 08 g / A year 10 A /dm 2 90

• Metal Oksit Kaplı Titanyum Anotlar : • Titanyum üzerine iletken özellikte metal • • oksitler kaplanarak hiç pasifleşme göstermeyen anotlar elde edilmiştir. Bu anotlardan en önemlisi nikel-ferrit anotlardır. Bu anotlar Ni. O+Fe 2 O 3 oksitlerinin uygun bir karışımının, titanyum metali üzerine sinterleşme suretiyle kaplanması yoluyla elde edilmektedir. Bu tip anotlar, anot reaksiyonu sonucu klor veya oksijen çıkışından hiç etkilenmemekte ve p. H=1 değerine kadar asitlere dayanmaktadır. Bu inert özelliği nedeniyle oksit kaplı titanyum anotların kütle kaybı çok azdır. Deniz suyu içinde 600 A/m 2, zemin içinde kok tozu anot yatağı kullanılarak 100 A/m 2 çekilebilir. 10/29/2020 91

• Hem klor hem de oksijen ayrışma gerilimi oksit kaplı • • titanyum anotlarda daha düşüktür. Her iki anotta da önce klor gazı çıkışı meydana gelir. Ancak yüksek akım yoğunluğunda (yaklaşık 500 A/m 2) anotlar üzerinde oksijen çıkışı da başlar. Oksit kaplı titanyum anotlarda ayrışma gerilimi akım yoğunluğuna göre çok az artış gösterir. Bu durum uygulanan dış akım potansiyelini fazla artırmadan, anotlardan yüksek akım çekebilme imkanı vermesi bakımından pratikte büyük önem taşır. Böylece daha küçük boyutlu anotlar kullanarak anot yatağını küçültmek mümkün olmaktadır. Oksit kaplı titanyum anotlar özellikle asitler ve çeşitli aktif kimyasal bileşiklerin bulunduğu elektrolitler içinde diğer anotlara tercih edilmektedir. Çeşitli anot tiplerinin kütle kaybı konusunda bir fikir vermek üzere, deniz suyu içinde 500 A/m 2 akım yoğunluğundaki kütle kayıpları 0. 04 g/A. yıl olarak verilmektedir. 10/29/2020 92

10/29/2020 93

Base metal Ti Max. phase/interphase voltage 8. 0 V MMO-kaplama, standard MMO-kaplama kalınlığı Yıpranma hızı 12 g/m 2 approx. 5. 0 jim approx. 0. 01 g/Ayear Max. Akım yoğunluğu 1 1 A / dm 2 Tüp Anot boyları 150 -2500 mm Tüp Anot çapları 4/6/8/10/12/16/20/25 mm 10/29/2020 94

10/29/2020 95

An Kütle kaybı ( ot Cinsi g/A. yıl) (*) Platin 0. 0 Kaplı 1 Titanyu m Anot Oksit kaplı 0. 0 titanyu 40 m 1. 5 anotlar 6 % 40 Ni. O + % 60 10/29/2020 Fe 2 O 3 96

• DIŞ AKIM KAYNAKLI ANOT YATAKLARI Anot yatakları katodik koruma sistemlerinin en önemli ünitesini oluşturur. Proje maliyetinin büyük bir kısmı anot yatağının malzeme ve montajına aittir. Sistemin performansı ve ömrü doğrudan anot yatağına göre belirlenir. Bu nedenle katodik koruma projelerinde anot yatağı yerinin belirlenmesi, kullanılacak anot cinsi ve sayısının tayini ve anot yatağı direncinin hesaplanması büyük önem taşır. Anot Yatağı Dolgusu • Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde kullanılan yardımcı anotlar bir anot yatağı içine konur. Anotlar yatak içine yerleştirilirken anot çevresi kok tozu ile doldurulur. • Anot yatağı içine konulan kok tozu dolgusu, anot etkin boyutlarını artırarak anot yatağı direncini düşürür ve anot kütle kaybını azaltıcı rol oynar. Anot yatağı dolgu maddesi olarak grafit, petrol koku veya kok kömürü tozu kullanılır. Kok tozunun özellikleri Tablo -3. 16 da verilmektedir. 10/29/2020 97

Metalurjik kok tozu AKül 10% max. 12% Uçucu madde 1. 4% max. 1. 8 % Sulfur 0. 6 % max. 1. 0 % Nem 0. 6 % max. 1. 0 % Fixed Carbon 89% min. 86 % Tane boyutları: 0 -1 mm; 1 -5 mm; 2 -7 mm; 3 -10 mm Resistivity: 50 Ohm-cm Kül 0. 1 % max. 0. 8 % Uçucu madde 0. 6 % max. 0. 8 % Nem 0. 1 % Fixed Carbon 99% Yoğunluk: approx. 700 kg/m 3 (compacted) Limit değerler max. 0. 5 % Kok tozunun özellikleri min. 98 % 100 Nolu elekten geçen En çok % 5 Tane boyutları: 2 mm up to 8 mm Maksimum tane çapı 10 mm Resistivity: 10 Ohm-cm Rutubet % 10 - % 15 Yoğunluk: approx. 800 -900 kg/m 3 (compacted) Uçucu organik maddeler En çok % 3 Kül En çok %20 Özgül elektirik direnci 50 - 100 Ohm. cm Yoğunluk 0, 7 - 0, 8 kg /litre Kütle kaybı En çok 0, 1 kg/A. yıl Kalsine kok tozu 10/29/2020 Kalsine 98

• Anot Yatağı Direnci • Katodik koruma sistemlerinde anot yatağı direncinin mümkün olduğunca küçük olmasına çalışılır. Anot yatağı direncini azaltmak için aşağıdaki önlemler alınabilir: 1. Anot çevresine kok tozu konularak anot boyutları artırılır. 2. Anot yatağı düşük rezistiviteli bir zemin içinde açılır. 3. Anot sayısı artırılır. Ancak bu durumda maliyette de artış 4. 5. 6. • olur. Paralel bağlanmış anotlar arasındaki mesafe artırılır. Büyük anot yerine ayni kütlede fakat daha küçük boyutlu anotlar kullanılır. Böylece katodik koruma ömrü değiştirilmeden anot yatağı direnci azaltılmış olur Boy/çap oranı daha büyük olan anotlar tercih edilir. Anot yatağı direncinin kaça düşürülmesinin uygun olacağı söz konusu katodik koruma sisteminin akım ihtiyacı göz önüne alınarak belirlenir. Eğer akım ihtiyacı küçük ise, bu durumda maliyeti artırıcı önlemlerle anot yatağı direncinin düşürülmesine gerek yoktur. Ekonomik bir çözüm için Şekil de verilen grafik kullanılabilir. 10/29/2020 99

Katodik koruma akım ihtiyacının 2 Amperden daha az olması halinde, anot yatağı direnci 5, 0 Ohm veya daha fazla seçilebilir. Fakat katodik koruma akım ihtiyacı 5 Amper veya daha fazla ise, bu durumda anot yatağı direncinin R < 2, 0 Ohm olması istenir. ÖRNEK Anot yatağından 15 A akım çekilecek ise, grafiğe göre R< 1, 6 Ohm olması gerekir. Böylece doğru akım voltajı E < 25 Volt olacaktır. Bu grafik = 10 000 Ohm. cm zemin rezistivitesi içindir. Daha küçük zemin rezistiviteleri için F = faktörü kullanılmalıdır. Buna göre 3000 Ohm. cm rezistiviteli bir zemin içinde açılacak olan bir anot yatağından eğer 15 A akım çekilecek ise, anot yatağı direncinin R = 1, 6 = 0, 88 Ohm’ a düşürülmesi gerekir. 10/29/2020 100

Anot Sayısı • Anot yataklarında anot sayısı artırıldıkça direnç düşer, buna karşılık maliyet artar. Bu nedenle projelendirme aşamasında minimum anot sayısının belirlenmesi gerekir. Anot sayısı katodik koruma akım ihtiyacına ve söz konusu olan zeminin rezistivitesine bağlıdır. Zemin rezistivitesi arttıkça, aynı akımı çekebilmek için daha fazla anot kullanmak gerekir. Minimum anot sayısı Şekil- de verilen grafik yardımı ile belirlenir. 10/29/2020 101

• Zemin rezistivitesi değeri • • yardımı ile grafikten (n / i ) oranı belirlenir. Bu değer katodik koruma akım ihtiyacı ile çarpılarak anot sayısı bulunur. Örneğin, 3000 Ohm. cm rezistiviteli bir zemin içinde bulunan bir anot yatağından 20 Amperlik bir akım çekilecek ise, minimum anot sayısı şöyle hesaplanır: Şekilde verilen grafikten 3000 Ohm. cm ye karşı gelen (n / i) değeri 0, 7 olarak okunur. Buradan minimum anot sayısı n = 0, 7 x 20 = 14 adet bulunur. 10/29/2020 102

Tek Anot Direnci • Anot yatağı direncini belirlemek için her şeyden önce zemin içinde bulunan tek anot direncinin hesaplanması gerekir. Anotlar yeraltına dikey veya yatay olarak konulur. • Anot direnci, anodun dikey veya yatay konumda bulunmasına göre birbirinden farklıdır. Yeraltına dik olarak konulan anotların direnci yatay olarak konulan anotlara göre daha büyüktür. • Tek anot direnci H. B. Dwight formülleri ile hesaplanabilir. Yeraltına dikey ve yatay olarak yerleştirilmiş olan silindir biçimli anotların direncinin hesaplanmasında aşağıdaki bağıntılar kullanılır. 10/29/2020 103

Burada, • • • Rd : Dik olarak yerleştirilen tek anot direnci, Ohm Ry : Yatay olarak yerleştirilen tek anot direnci, Ohm : Anot yatağı rezistivitesi, Ohm. cm L : Anot boyu, cm (Anot yatağı dahil) d : Anot çapı, cm (Anot yatağı dahil) Bu bağıntılar L / d > 5 olan silindir biçimli veya çubuk şeklindeki anotlar için kullanılır. Dairesel kesitli olmayan anotların efektif yarı çapı (r) aşağıdaki şekilde hesaplanır. r = 10/29/2020 104

• Anot Montajı • Anotlar yeraltına en az bir anot boyu derinliğe dikey veya yatay olarak yerleştirilir. Anot çevresi anot yatağı dolgu malzemesi ( genellikle kok tozu ) ile doldurulur. 5 cm çapında ve 150 cm boyunda bir demir silikon anodun yeratına dikey olarak yerleştirilir. • Şekilden görüldüğü gibi yaklaşık 3 m derinliğinde ve 20 cm çapında bir anot çukuru açılır. Önce çukur tabanına 30 cm kalınlığında kok tozu dolgu maddesi doldurulur. Anot çukura eksenlenerek yerleştirilir ve çevresi kok tozu ile doldurulur. Üst kısma yeniden 30 cm kalınlığında kok tozu konur. • Bir demir silikon anodun yeraltına yatay olarak yerleştirilmesi de Şekil- de görülmektedir. Anotları yatay olarak yerleştirmek için yaklaşık olarak 1, 5 m derinlikte bir anot yatağı çukuru açılır. Bu çukurun tabanına 20 cm kalınlıkta kok tozu serilir. Anotlar bu kok tozu dolgusu üzerine, boru hattına paralel veya dikey olacak konumda yatırılır. Üst kısma yeniden 20 cm kok tozu konularak sıkıştırılır. Anot kablosu ana kabloya bağlanıp, bağlantı yeri izole edilir. 10/29/2020 105

10/29/2020 106

• Yukarda tanımlandığı şekilde = 1000 Ohm. cm olan bir zemin içine dik olarak konulan 5 cm çapında ve 150 cm boyunda bir demir silikon anodun direnci şöyle hesaplanır. • R = = 2, 60 Ohm • Bu direnç, anot yatağından zemine geçiş direncidir. Buna ek olarak anot metalinden anot dolgusuna geçiş direncinin de (anot iç direnci) hesap edilmesi gerekir. • Riç = = 0, 24 Ohm • Anot toplam direnci, • Rt = 2, 60 + 0, 24 = 2, 84 Ohm bulunur. • Aynı anodun yatay olarak yeraltına konulması halindeki direnci benzer şekilde hesaplanacak olursa, • 10/29/2020 Rt = 2, 08 + 0, 20 = 2, 28 Ohm bulunur. 107

• Sığ Anot Yatakları Anot yatağı direncini düşürmek ve maliyeti azaltmak için paralel bağlanmış çok sayıda anot, bir anot yatağı içinde bir arada kullanılır. Anotlar yatak içine düzgün aralıklarla yatay olarak veya dikey olarak konulabilir. Şekil- de yatay olarak konulmuş bir anot yatağı, Şekil -2 de da dikey konumda anotlardan oluşan anot yatağı görülmektedir. 10/29/2020 108

YATAY ANOT YATAĞI 10/29/2020 109

• Anot Yatağı Direnci • (n) adet anodun birbirinden (s) m aralıklarla paralel olarak bağlanması halinde anot yatağı toplam direnci, • • bağıntısı ile hesaplanabilir. • Eğer anotlar arasındaki mesafe çok büyük ise, ( örneğin s > 10 m ) • • anotların birbiri üzerine olan interferans etkisi ihmal edilebilir. ( Formülde parantez içindeki üçüncü terim sıfır kabul edilebilir. ) Bu durumda paralel bağlanmış Ro direncindeki (n) adet anodun toplam direnci , R = Ro / n bağıntısı ile hesap edilebilir. Ancak anot yatağı için boş arazi bulunsa bile, anotlar arasında bu kadar fazla aralık bırakılması anot kablosu maliyetini ve hafriyatı artırdığı için ekonomik olmaz. Pratikte anotlar arası mesafe genellikle 5 m veya daha küçük olarak seçilir. Anotların birbiri üzerine olan interferans etkisi, anotlar arasındaki mesafe azaldıkça artış gösterir. Bu nedenle anot yatağı interferans faktörü anotlar arası mesafeye bağlıdır. Bu faktör tablo ve grafikler halinde verilmiştir. Tablo-3. 17 ve Şekil - Tablodan alınan interferans faktörü R = F ( Ro / n) bağıntısı ile anot toplam direncini hesaplamak için kullanılır. 10/29/2020 110

Anot sayısı , n Anotlar arasndaki mesafe , m s = 1, 5 m s = 3, 0 s = 4, 5 m s = 6, 0 m 5 1, 61 1, 33 1, 22 1, 16 8 1, 85 1, 45 1, 30 1, 22 10 1, 96 1, 50 1, 34 1, 25 12 2, 04 1, 55 1, 36 1, 28 14 2, 10 1, 60 1, 40 1, 30 16 2, 15 1, 64 1, 42 1, 32 18 2, 22 1, 68 1, 45 1, 34 20 2, 31 1, 70 1, 46 1, 35 10/29/2020 111

• Örnek olarak yukarda verilen 5 cm çapında ve 150 cm boyunda olan • demir silikon anotlardan 5 adedini s = 4, 5 m aralıklarla 1000 Ohm. cm zemin içinde paralel olarak bağlamış olalım. Bu anot yatağının direnci, R = F ( Ro/ n ) bağıntısı ile hesaplanabilir. Buradaki direnç faktörü , Tablo-3. 17 den veya Şekil -3. 58’ den F =1, 22 olarak alınır. 5 cm çap ve 150 cm boyundaki anot direnci, Ro = 2, 60 Ohm olarak daha önce hesaplanmıştı. Bu durumda anot yatağı toplam direnci, • bulunur. • • Aynı anot yatağının direncini yukarda verilmiş olan formül ile de hesaplıyabiliriz. n = 5 ve s = 4, 5 m değerleri yerine konularak, • • R = 0, 67 Ohm bulunur. 10/29/2020 112

DERIN KUYU ANOT YATAKLARI • Dış akım kaynaklı katodik koruma sistemlerinde biri sığ, diğeri derin kuyu olmak üzere iki tip anot yatağı kullanılmaktadır. • Derin kuyu anot yataklarında anotlar yeterli derinlikte (en az 15 m ) bir kuyu içine dikey olarak sallandırılıp, gerekirse kuyu içine kok tozu doldurulmaktadır. Sığ anot yataklarının hem maliyetleri düşük, hem de montajı basit ve kolaydır. Buna rağmen birçok yerde aşağıda belirtilen avantajlarından dolayı derin kuyu anot yatağı tercih edilmektedir. • 1 - Sığ anot yatağı için geniş bir alana ihtiyaç vardır. Bu nedenle bir çok yerde anot yatağı yapımı için uygun bir arazinin bulunması mümkün olmamaktadır. Özellikle kent içlerinde boş arazi bulunamadığı için, dere ve kayalık bölgelerde de topoğrafik zorluklar nedeniyle sığ anot yatağı yerine derin kuyu anot yatağı tercih edilmektedir. • 2 - Zemin rezistivitesinin çok yüksek olması halinde anot yatağı direncini istenilen düzeye düşürebilmek güçleşmektedir. Bu sorun derin kuyu anot yatakları ile daha kolay çözülmektedir. Derin kuyu içindeki anotlar mevsimsel meteorolojik olaylardan da etkilenmemektedir. • 3 - Derin kuyu anotlardan daha uniform bir akım dağılımı sağlanabilmekte ve zemin yüzeyinde daha düşük bir potansiyel farkı oluşmaktadır. Bu nedenle derin kuyu anotların çevre metalik yapılar üzerine anodik interferans etkisi daha az olmaktadır. 10/29/2020 113

• Bu avantajlar yanında derin kuyu anot yataklarının başlıca dezavantajları da şöyle sıralanabilir. • 1 - Derin kuyu anot yataklarının yapım ve montaj maliyeti, eşdeğer akım üreten sığ anot yataklarına göre daha yüksektir. Eşdeğer akım çıkışını sağlayan derin kuyu anot yatakları, sığ anot yataklarına göre yaklaşık % 20 -25 oranında daha pahalıdır. Anot yatağından çekilecek akım şiddeti ve söz konusu olan zeminin rezistivitesi arttıkça her iki tip anot yatağı arasındaki maliyet farkında azalma olur. 2 - Anot yatağı dolgu malzemesi olarak kullanılan kok tozunun kuyu içine, boşluksuz olarak doldurulması oldukça güçtür. Boşluk kalması halinde anot direnci artmaktadır. Diğer taraftan anot reaksiyonları sonucu oluşan gazların dışarı atılması da sorun yaratmaktadır. Kuyu içine ayrı bir havalandırma borusu konularak oluşan gazların uzaklaştırılması yoluna gidilmektedir. Bu önleme rağmen pratikte, anot yatağı içinde gaz birikmesi sonucu direnç artışı ve anot akım çıkışının azalışı olayı ile sık karşılaşılmaktadır. • 10/29/2020 114

• Derin Kuyu Anot Yataklarının Özellikleri • • Anot yatağının temel görevi, istenilen şiddette doğru akımı belli bir potansiyel düzeyinde zemin içine yaymaktır. Bunu sağlıyabilmek için anot yatağı direncinin mümkün olduğunca düşük olması ve bunun zamanla artmaması gerekir. Anot yatağı direnci, kuyunun boyuna, çapına, dolgu maddesinin rezistivitesine, anot cinsi ve sayısına ve özellikle çevre zeminin özgül elektrik direncine bağlıdır. Bu sonuncu özellik anot yatağı yeri seçilirken mutlaka göz önüne alınmalıdır. Kuyu açılmadan önce söz konusu bölgenin hidrolojisi, litolojisi ve zeminin jeolojik yapısı incelenmelidir. Anot yatağı için açılacak olan kuyunun derinliği, çekilecek akım şiddetine yani kuyu içine yerleştirilecek anot sayısı ve büyüklüğüne bağlıdır. Kuyunun yüzeyden itibaren belli bir derinliğe kadar olan bölgesine anot konulması uygun değildir. Anotların yüzeye yakın olarak konulması halinde anot çevresinde aşırı bir potansiyel artışı görülür. Yüzeyde potansiyel artışının 200 m. V dan fazla olmaması için, anotların kuyu içine yüzeyden itibaren en az 10 m derinliğe konulması gerekir. 10/29/2020 115

• Yüzeyde oluşan potansiyel • değişimi sığ anot yataklarında 5 Volta kadar yükselebilir. Derin kuyu anot yataklarında kuyunun inaktif bölgesi artırılarak yüzeyde oluşan potansiyel artışları azaltılabilir. Inaktif bölge uzunluğuna göre kuyu çevresinde oluşan potansiyel değişimi Şekil - de görülmektedir. Şekilden görüldüğü üzere inaktif bölge derinliği t= 10 m iken anot yatağından 10 m uzaklıkta zemindeki potansiyel değişimi 750 m. V dur. Anot yatağı çevresinde oluşan potansiyel gradienti, anottan çekilen akım şiddeti ve özellikle zemin rezistivitesine bağlıdır. 10/29/2020 Inaktif bölge derinliğinin yüzeydeki potansiyel farkına etkisi ( Inaktif bölge derinliği : (1) t =10 m, (2) t = 50 m) 116

• Derin Kuyu Tipleri Ve Anotların Montajı • Derin kuyu anot yatakları en az 20 cm çapında açılır. Kuyuların açılmasında hava basınçlı veya sulu sondaj makinaları kullanılır. • Sondaj makinası ile derin kuyuların açılması 10/29/2020 117

• Kuyu zemini kendini tutabilecek sertlikte ise ayrıca muhafaza borusu • • kullanılmasına gerek yoktur. Aksi halde aktif bölgede delikli filtre borusu olmak üzere kuyu içine muhafaza borusu yerleştirilmesi gerekir. Her iki halde, derin kuyunun inaktif bölgesine çelik muhafaza borusu konulması faydalıdır. Anot yerleştirme bölgesinde filtre borusu bulunması halinde anot direncinde artış meydana gelir. Bu bölgedeki muhafaza borusunun delik açıklığı %30 dan az olmamalıdır. Bu durumda bile anot direncinde yaklaşık %25 oranında artış görülür. • Derin kuyunun inaktif bölgesinin uzunluğu anot yatağı direncine etki • • yapmaz. Anot yatağı direnci kuyu aktif bölgesinin boyuna, çapına, dolgu maddesinin ve çevre zeminin rezistivitesine bağlıdır. Kuyu içine konulan anot cinsi ve sayısı da anot direncine ve polarizasyonuna etki yapar. Özellikle anot reaksiyonu sonucu oluşan gazların dışarı atılamaması halinde anot direncinde büyük artışlar meydana gelir. 10/29/2020 118

DERİN KUYU ANOT YATAĞI 10/29/2020 119

• Bir derin kuyu anot yatağının performansı, derin kuyu içine • anotların ve dolgu maddelerinin doldurulması işleminden büyük ölçüde etkilenir. Amaç, anotları kuyu içine sağlam şekilde yerleştirmek ve dolgu malzemesinin boşluksuz olmasını sağlamaktır. Anotlar kuyu içine yerleştirilirken aşağıdaki genel kurallara uyulması gerekir. • 1 - Anotlar kuyu içine, kuyu ekseni merkezlenecek şekilde özel önlemler alınarak yerleştirilmelidir. Bunu sağlamak için en iyisi anotlar önceden bir anot taşıyıcı borusuna bağlanarak bölüm kuyu içine konulabilir. Zincir şeklinde olmayan tek anotların kablosu ayrı olarak kuyu dışına çıkarılmalı ve bir dağıtım kutusu yoluyla trafo-redresör ünitesine bağlanmalıdır. • 2 - Anot dolgu malzemesi (kok tozu) kuyu içine yerleştirilirken kemerlenme nedeniyle boşluk kalmamasına özen gösterilmelidir. Bunu sağlamak üzere kuyu içinde bulunan su tam olarak boşaltılmalıdır. Daha sonra kok tozu, deterjan gibi maddeler katılarak akışkan hale getirilip pompa ile kuyu dibinden itibaren doldurulmalıdır. ( 90 kg kok tozu içine 0, 5 kg deterjan ve yeteri miktarda su katılarak toplam 100 litre hacminde akışkan kıvamlı bir kok tozu çamuru elde edilebilir. ) 10/29/2020 120

• 3 - Derin kuyu anot yatakları içine, gaz çıkışını sağlamak üzere 2 -3 cm çapında bir havalandırma borusu konulmalıdır. Bu boru, gazları dışarı atacak kadar büyük, fakat dolgu malzemesinin boru içine dolmasına engel olacak kadar küçük çaplı delikler ile delinmiş olmalıdır. Havalandırma borusu aynı zamanda anot taşıyıcı borusu olarak da kullanılabilir. • 4 - Anot yatağı içinde klor gazı çıkışı söz konusu ise, anot bağlantı kabloları yüksek molekül ağırlıklı polietilen (HMWPE) veya kloro-trifloro etilen (ECTFE) plastikleri ile kaplanmış olmalıdır. • 5 - Derin kuyu içinde yalnız anot yerleştirilen bölge kok tozu dolgu malzemesi ile doldurulmalıdır. Kuyu içinde anot konulmamış olan üst bölge gaz çıkışını kolaylaştıran temiz çakıl ile doldurulmalıdır. 10/29/2020 121

10/29/2020 122

GALVANİK ANOTLU KATODİK KORUMA SİSTEMİ Anot Cinsi 10/29/2020 123

anotlar 1 AZ 63 Zemin rezistivitesi 3000 Ohm. cm ye kadar olan zeminler için 2 HPMg Zemin rezistivitesi 3000 Ohm. cm ile 10 000 Ohm cm ye kadar zeminler için 1 Zn Anot 2 Al Anot Zemin rezistivitesi 1000 Ohm. cm ye kadar olan zeminler için Zemin rezistivitesi 1000 Ohm. cm ye kadar olan ve içindeki klorür iyonu konsantrasyonu % 1 den daha büyük elektrolitlerde (Deniz suyu gibi) Zemin rezistivitesi 10 000 Ohm cm den büyük zeminlerde galvanik anot kullanılmaz. 10/29/2020 124

• Zemin içindeki boru hatlarının katodik korumasında galvanik anot olarak • • mağnezyum ve çinko metal ve alaşımları kullanılır. Deniz suyu içinde ise daha çok alüminyum anotlar tercih edilir. Galvanik anotların performansı aşağıdaki kriterler ile belirlenir 1 -Anot Potansiyeli Galvanik anodun potansiyeli, korunması istenilen metali katodik olarak polarize edecek kadar negatif olmalıdır. Anot ve katot arasındaki potansiyel farkı katodik koruma akımınının geçmesini sağlayan yürütücü kuvvettir. Bu potansiyel farkının katodik koruma devresi direncini yenecek büyüklükte olması gerekir. Düşük potansiyelli anotların yüksek rezistiviteli zeminler içinde kullanılması mümkün olmaz. • Demir ve çeliği katodik olarak koruyabilmek için katot potansiyelinin doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre -850 m. V ‘ dan daha negatif bir değere düşürülmesi gerekir. Ayrıca katodik koruma devresinde anot yatağının, kabloların ve zeminin direncinin oluşturduğu IR potansiyel düşüşünün karşılanması ve devreden katodik korumaya yetecek kadar bir akımın geçmesi sağlanmalıdır. • Bu nedenle anot potansiyelinin büyüklüğü pratikte büyük önem taşır. 10/29/2020 125

• 2 - Anot polarizasyonu • Galvanik anotların üniform biçimde çözünerek düzgün bir akım çıkışı sağlaması istenir. Deniz suyu içinde bu mümkün olmakla beraber, zeminler içinde anodun kısa sürede polarize olduğu görülür. Anotların çözünmesi sonucu ortaya çıkan metal iyonları, anodun yüzeyinde ve çevresinde hidroksit halinde çökelerek anot direncinin artmasına ve potansiyelinin pozitif yöne doğru kaymasına neden olur. Polarizasyon sonucu anot akım çıkışı zamanla azalır. Diğer taraftan anot harcandıkca aktif yüzey alanı da gittikçe küçülür. Anot polarizasyonunu önlemek ve anodun üniform şekilde akım üretmesini sağlamak için galvanik anotlar uygun bir anot yatağı malzemesi içine konulur. • 3. Anot akım kapasitesi ve verimi • 1 kg anot metalinin üretebildiği A. saat olarak akım miktarına • anot akım kapasitesi denir. Pratikte kapasite yerine daha çok bunun tersi, 1 A. yıl akım üretebilen anot kütlesi (kg /A. yıl) değeri kullanılır. Anot akım kapasitesi = A. saat/kg 10/29/2020 126

• • Teorik akım kapasitesi, Faraday yasasına dayanılarak hesap edilir. Gerçek akım kapasitesi bundan daha küçüktür. Gerçek akım kapasitesinin, teorik akım kapasitesine oranı “Anot akım verimi”olarak bilinir. Anot akım verimi = • Akım verimi anot cinsine ve anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlıdır. Bu verim mağnezyum anotlarda % 50 -60, çinko ve alüminyum anotlarda % 90 civarındadır. • 4. Anot Ömrü • Anot akım kapasitesi kullanılarak belli kütlede bir anodun akım üretebilme süresi, yani ömrü hesaplanabilir. Bu hesaplamada gerçek akım kapasitesi kullanılmalı veya söz konusu anodun akım verimi ile çarpılmalıdır. Ancak pratikte anot kütlesinin tamamını kullanabilmek mümkün olamaz. Bir galvanik anodun ancak belli bir yüzdesi akım üretmekte kullanılabilir. Kalan kısımdan istenilen şiddette akım çekilemez. Silindir biçimli galvanik anotların genellikle % 85’i kullanıldıktan sonra yenilenmesi gerekir. Anotların akım üretilebilen yüzdesine “kullanma faktörü” denir. Anot ömrünün hesaplanmasında kullanma faktörünün de hesaba katılması gerekir. Galvanik anotların ömrü aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır. • Anot ömrü (yıl) = 10/29/2020 127

• 5 - Anot maliyeti • • Anotların ekonomik değeri anot malzemesi birim kütlesinin fiatı ile akım kapasitesi birlikte incelenerek belirlenir. Yani anotlardan üretilen 1 A. yıl akımın fiatı esas alınarak anot maliyetleri birbiri ile karşılaştırılır. Bu amaçla anodun gerçek akım kapasitesi A. saat/kg olarak apsiste, anot malzemesi birim fiatı da US$/kg olarak ordinatta olmak üzere 1 A. yıl akımın maliyetini veren grafikler hazırlanmıştır. Şekil-3. 19 Örneğin anot metali olarak kullanılan saf mağnezyumun bu günkü (1998) piyasa fiatı 4, 1 US$/kg dır. Mağnezyum anotların gerçek akım kapasitesi de 1100 A. saat/kg dır. Buna göre, mağnezyum anotlardan üretilen (1 A. yıl) akımın fiatı grafikten 30 US$ olarak okunur. 10/29/2020 128

• Mağnezyum Anotlar • Mağnezyum standard elektrot potansiyeli serisinde üst sıralarda bulunur. Yani son derece aktif bir metaldir. Buna rağmen atmosferde ve su içinde dayanıklıdır. Bunun nedeni, mağnezyum yüzeyinde çok ince bir oksit filminin oluşmasıdır. Bu oksit filmi mağnezyum anotların elektrot potansiyelinin beklenenden daha düşük olmasına neden olur. Bu durum saf mağnezyumun galvanik anot olarak kullanılmasını engeller. Mağnezyumun standard elektrot potansiyeli -2, 4 Volt olmasına rağmen, deniz suyu içinde doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre 1, 55 Volt potansiyel gösterir. Mağnezyum anot içine az miktarda mangan katılmak suretiyle elektrot potansiyeli -1, 75 Volt’a kadar artırılabilir. Yüksek potansiyelli olan bu mağnezyum anotlar yüksek rezistiviteli zeminler ve tatlı sular içinde de kullanılabilirler. • Mağnezyum Anotların Elektrokimyasal Özellikleri • Mağnezyum anotların akım verimi çok düşüktür. Teorik akım kapasitesi 2200 A. saa/kg olduğu halde gerçek akım kapasitesi bunun yarısı kadar yaklaşık 1100 A. saat / kg dır. Akım verimi anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlıdır. Uygun anot yatağı içinde bile mağnezyum anotların akım verimi % 50 -60 arasında kalır. Mağnezyum anotların elektrokimyasal özellikleri Tablo -3. 3 de verilmektedir. 10/29/2020 129

Anot elektrokimyasal özellikleri AZ - 63 Mağnezyum anot Teorik akım kapasitesi 2200 A. saat/kg, 3, 94 kg/A. yıl Anot akım verimi (*) % 50 Gerçek akım kapasitesi 1100 A. saat / kg 7, 88 kg / A. yıl Elektrot potansiyeli Deniz suyu içinde , doygun Cu/Cu. SO 4) referans elektroduna göre 1, 55 V ( YPM(**) için 1, 75 V) Yoğunluk , g/cm 3 1, 7 Çeliğe karşı devre potansiyeli 700 m. V (YPM için 900 m. V)) 700 m. V (YPM için 900 Akım maliyeti, US$ /A. yıl 30 ( 1998 fiatı)) 10/29/2020 (*) Anot verimi, anottan çekilen akım yoğunluğuna bağlıdır. Akım yoğunluğu arttıkca akım verimi de artar. Tabloda verilmiş olan akım verimi 0, 03 m. A/cm 2 akım yoğunluğu içindir. (**) YPM (Yüksek potansiyelli mağnezyum anot): İçinde en az % 0, 5 oranında mangan bulunur. 130

• Mağnezyum anotlar, içinde klorür ve sülfat iyonları • bulunmayan sulu çözeltiler içinde çözünerek Mg(OH)2 oluştururlar. Çözünürlüğü çok az olan bu mağnezyum hidroksit anot yüzeyinde çökelir ve anodun pasifleşmesine yol açar. Anot çevresinde klorür veya sülfat iyonları bulunması halinde, bu iyonlarla suda kolay çözünen mağnezyum tuzları meydana gelir. Bu durumda anot yüzeyinde oluşan mağnezyum hidroksit filmi yer bozulur ve anot oyuklar halinde çözünür. Mağnezyum anotlar metal içinde bulunan safsızlıklara karşı da çok duyarlıdır. Demir, nikel, bakır ve silisyum gibi metaller mağnezyum anodun potansiyeline ve akım kapasitesi üzerine zararlı etki yaparlar. Buna karşılık alüminyum ve çinko gibi metaller mağnezyum anodun elektrokimyasal özellikleri üzerine olumlu yönde etki yaparlar. Anot içine az miktarda mangan katılarak demirin zararlı etkisi önlenebilir. Mağnezyum anotların kimyasal bileşimleri Tablo-3. 4 de verilmektedir. 10/29/2020 131

Element % AZ-63 Mağnezyum anot Yüksek potansiyelli mağnezyum anot (HP)(**) Alüminyum 5, 3 -6, 7 0, 05 en çok Çinko 2, 5 -3, 5 0, 03 en çok Mangan 0, 25 -, 40 0, 5 - 1, 5 (*) Demir 0, 03 en çok Nikel 0, 003 en çok 0, 002 en çok Bakır 0, 08 en çok 0, 02 en çok Silisyum 0, 3 en çok 0, 05 en çok 10/29/2020 Tablo-3. 4 Mağnezyum anotların kimyasal bileşimleri Element % AZ-63 Mağnezyum anot Yüksek potansiyelli mağnezyum anot (HP) (**) Alüminyum 5, 3 -6, 7 0, 05 en çok Çinko 2, 5 -3, 5 0, 03 en çok Mangan 0, 25 -, 40 0, 5 1, 5 (*) Demir 0, 03 en çok Nikel 0, 003 en çok 0, 002 en çok Bakır 0, 08 en çok 0, 02 en çok Silisyum 0, 3 en çok 0, 05 en çok(*) Yüksek potansiyelli mağnezyum anot içindeki mangan yüzdesi alüminyum yüzdesine bağlıdır ve en az ( 0, 60 x Al ) + 0, 5 kadar olmalıdır. (**) GALVOMAG patent adı ile üretilen yüksek potansiyelli mağnezyum anotların içinde % 1. 25 oranında Mn ve % 0, 1 oranında Al bulunmaktadır. 132

• Pratikte saf mağnezyum anot yerine , içinde % 6 civarında • alüminyum ve % 3 civarında çinko bulunan AZ-63 denilen mağnezyum alaşımı kullanılır. Bu anodun çeliğe karşı potansiyeli 700 m. V dur. Daha yüksek bir potansiyel farkı elde edebilmek içinde en az % 0, 5 oranında mangan içeren özel alaşımlar kullanılır. Böylece elde edilen yüksek potansiyelli (HP) mağnezyum anotlar çeliğe karşı 900 m. V potansiyel farkı gösterebilirler. Mağnezyum anotların akım verimi oldukca düşüktür. Normal koşullarda akım verimleri % 50 civarındadır. Anottan çekilen akım şiddeti arttıkça akım verimi artar. AZ-63 anotların akım verimleri normal halde yüksek potansiyelli anotlardan daha yüksektir. HP mağnezyum anotlardan çekilen akım yoğunluğunun 0, 3 m. A/cm 2 den daha az olması halinde, anot verimi % 50 nin de altına düşer. Oysa ayni akım yoğunluğunda AZ-63 anotların akım verimi % 60 dan yüksektir. Şekil -3. 21 10/29/2020 133

Şekil-3. 21 Mağnezyum anot akım veriminin akım yoğunluğuna göre değişimi 10/29/2020 134

• Mağnezyum anot Boyutları • Mağnezyum anotlar (D) harfi profilinde ve çubuk biçimli olarak üretilir. Anot ekseninde çelik bir iskelet bulunur. Çıplak halde veya anot yatağı dolgu malzemesi ile paketlenmiş olarak satılır. Anotların kütlesi ve boyutları standardize edilmiştir. Türk standardı mağnezyum standart anot boyutları Tablo-3. 5 de, mağnezyum anot biçimi ve kablo bağlantısı da Şekil-3. 22 de verilmektedir. • Türk standardında çeşitli boyut ve kütlede mağnezyum anot bulunmasına rağmen mühendislerimizin bir çoğu eski alışkanlıkları nedeniyle Amerikan standardındaki 9 , 17 ve 32 libre kütlesinde olan standart anotları kullanmaya devam etmektedirler. Pratikte çokca kullanılmakta olan bu anotların boyutları kitabın sonunda EK-7 ve EK-8 de liste halinde verilmektedir. 10/29/2020 135

• Tablo-3. 5 Türk standardı mağnezyum anotları ( TS-5141) TS No Anot boyutları cm Çıplak kütlesi kg Paketlenmiş boyu cm Paketli kütlesi kg M- 1 3 x 97 1, 6 110 12, 6 M -2 6 x 47 3, 0 55 12, 0 M-3 10 x 30 5, 0 40 14, 5 M-4 10 x 46 8, 0 55 19, 5 M-5 10 x 56 10, 0 65 24, 0 M-6 13 x 50 15, 5 60 32, 0 M -7 13 x 58 17, 0 70 36, 0 M-8 13 x 70 20, 0 80 41, 0 10/29/2020 Şekil-3. 22 mağnezyum anot biçimi ve kablo bağlantısı 136

MAGNESIUM Composition % Al 5. 30 - 6. 70 Zn 2. 50 -3. 50 Mn 0. 15 min. Si 0. 30 max. Mg remainder Potential Cu/Cu. SO 4 -1. 50 V Max. capacity 1 250 Ah / kg Standard Packaged Anodes Anode Type Anode Weight Packaged Dimensions "A" 10/29/2020 Gross Weight "B" M 3 1. 3 kg 115 mm 350 mm 6. 0 kg M 5 2. 3 kg 115 mm 350 mm 6. 5 kg M 9 4. 1 kg 140 mm 430 mm 7. 5 kg M 17 7. 7 kg 150 mm 740 mm 17. 0 kg M 22 10. 0 kg 180 mm 640 mm 21. 0 kg M 32 14. 5 kg 200 mm 800 mm 32. 0 kg M 50 22. 7 kg 300 mm 600 mm 49. 0 kg M 60 27. 3 kg 180 mm 1760 mm 62. 0 kg 137

MAGNESIUM Composition % % Standard High Potential Al 5. 50 - 6. 50 0. 003 Zn 2. 50 - 3. 50 0. 004 Mn 0. 20 - 0. 50 -1. 00 Cu 0. 002 Ni 0. 001 0. 002 Fe 0. 005 0. 025 max. Others 0. 01 0. 005 Mg remainder Potential Cu/Cu. SO 4 -1. 60 V -1. 75 V Max. capacity 1250 Ah /kg 10/29/2020 138

• Çinko Anotlar • Katodik koruma amacıyla ilk olarak çinko anot kullanılmıştır. • 1824 yılında Sir Henry Davy tarafından gemilerin bakır gövdeleri çinko anotlar ile korunmuştur. Ne yazık ki, bu ilk deneme başarısızlıkla sonuçlanmış ve katodik korumanın tekrar uygulanması için aradan yaklaşık yüz yılın geçmesi gerekmiştir. Çinko anotlar düşük rezistiviteli zeminler içinde ve özellikle deniz yapılarının katodik korumasında galvanik anot olarak halen büyük ölçüde kullanılmaktadır. Saf çinko anotlarla ile korunan demir metali arasında yaklaşık olarak 250 m. V luk bir potansiyel farkı oluşur. Bu fark katodik koruma için yeterlidir. Ancak çinko anot içinde az da olsa demir varsa, bu potansiyel farkı kısa sürede azalır. Bu nedenle anot üretiminde kullanılan çinkonun % 0, 0014 ‘ den az demir içermesi gerekir. Demir gibi çinko anot içinde bulunan az miktardaki kurşun ve bakır da zararlı etki yapar. Buna karşılık çinko anot içinde alüminyum ve kadmiyum metallerinin bulunması anodun düzgün biçimde akım üretmesine yardımcı olurlar. 10/29/2020 139

• Çinko içinde bulunan az miktardaki demirin zararlı etkisi, çinkodan daha soy metal olan demirin katot rolü oynamasından ileri gelir. Çinko anot yüzeyinde demir ile çinko arasında mikro korozyon hücreleri oluşur. Anot yüzeyinde oluşan bu hücrelerde çözünen çinko, demir yüzeyinde çökelerek anot yüzeyini kaplar. Bu kabuklaşma çinko anodu kısa sürede pasifleştirir. Çinko anot içine yaklaşık % 0, 1 oranında alüminyum katılarak, demirin bu zararlı etkisi azaltılabilir. Bu yolla çinko anot içinde bulunan demir yüzdesinin % 0, 0030 ‘ e kadar artmasına müsade edilebilir. Alüminyum katkısının demirin zararlı etkisini azaltması şöyle açıklanmaktadır: Alüminyum, çinko anot içinde bulunan demir ile alaşım yaparak demiri bağlamakta ve demirin katodik etkisinini azaltıcı olarak rol oynamaktadır. Diğer taraftan alüminyum katılarak anot yüzeyinde daha yumuşak yapıda bir korozyon ürünü oluşması sağlanmaktadır. Çinko anot içine kadmiyum katılması halinde de alüminyum katkısına benzer şekilde kurşunun zararlı etkileri azaltılmaktadır. Çinko anotların kimyasal bileşimleri Tablo 3. 6 da verilmektedir. 10/29/2020 140

Tablo-3. 6 Çinko anotların kimyasal bileşimleri Eleme Zemin Deniz suyu içinde nt içinde kullanılan çinko MIL-A 18001 anotlar, % anot , % Alümin yu m 0 En çok 0, 3 Kadmi yu m En az 0, 004 En çok 0, 06 Demir En çok 0, 0015 En çok 0, 003(*) Kurşun En çok 0, 006 Bakır En çok 0, 005 En çok 0, 005 Çinko Kalan (*) Demirin % 0, 003 oranında bulunmasına müsade edebilmek için, anot içinde en az % 0, 1 alümiyum ve % 0, 025 oranında kadmiyum bulunması gerekir. 10/29/2020 141

• Deniz suyu içinde üniform olarak çözünen çinko anotların zemin içinde kullanılması halinde bazı sorunlar ortaya çıkmaktadır. Zemin içinde anodun çözünmesi sonucu ortaya çıkan çinko iyonları çözünerek uzaklaşmamakta ve çinko hidroksit halinde anot yüzeyinde çökelerek anodun zamanla pasifleşmesine neden olmaktadır. Zemin içinde karbonat, fosfat ve silikat gibi iyonların bulunması halinde, bu çökelti anot yüzeyinde daha da sert bir kabuk oluşturmaktadır. Bu nedenle çinko anotların, zemin içinde ve su tablası üstünde anot yatağı dolgusu olmaksızın kullanılması uygun görülmemektedir. Anot yatağı dolgusu içinde sodyum ve kalsiyum sülfat bulunur. Çinko sülfat da çinko klorür gibi suda kolay çözünen bir tuzdur. Bu nedenle zemin içinde çinko anotların pasifleşmesini önlemek için mutlaka anot yatağı dolgusu kullanmak ve anot çevresini sürekli ıslak tutmak gerekmektedir. Deniz suyu içinde çinko anotların pasifleşmesi söz konusu değildir. Bu nedenle zemin ve tatlı sular içinde kullanılacak olan çinko anotlar ile, deniz suyu içinde kullanılacak çinko anot bileşimleri birbirinden biraz farklıdır. 10/29/2020 142

• Çinko anotların elektrokimyasal özellikleri • Çinko anotların deniz suyu içinde bakır / bakır sülfat referans elektroduna göre potansiyelleri -1, 10 V civarındadır. Bu potansiyel katodik koruma devresinde çelik yapılar ile en çok 250 m. V ‘luk bir devre potansiyeli (driving voltage) oluşturur. Bu fark deniz suyu ve düşük rezistiviteli zeminler içinde katodik koruma için yeterlidir. Ancak 2000 Ohm. cm’ den daha yüksek rezistiviteli zeminlerde ve tatlı sular içinde çinko anotlardan akım çekilmesi güçleşir. • Çinko anotların akım verimi yaklaşık olarak % 90 dır. Akım veriminin yüksek ve fiatının daha düşük olması nedeniyle çinko anotlar mağnezyum anotlara göre daha ekonomiktir. 1 A. yıl akım üretebilmek için 7, 88 kg mağnezyum veya 11, 84 kg çinko anot kullanılması gerekir. Buna rağmen çinkonun fiatı mağnezyuma göre % 60 daha ucuz olduğundan ayni miktarda akım çinko anotlar ile daha ucuza üretilebilir. Çinko anotların elektrokimyasal özellikleri Tablo- 3. 7 de verilmektedir. 10/29/2020 143

Tablo-3. 7 Çinko anotların elektrokimyasal özellikleri Anot Çinko elektrokimyas anotlar al özellikleri Teorik akım 820 A. saat kapasitesi /kg Anot akım verimi % 90 Gerçek akım 738 A. saat kapasitesi (*) / kg 11, 84 kg /A. yıl Elektrot - 1, 10 Volt potansiyeli (Deniz suyu içinde doygun Cu/Cu. SO 4 referans 10/29/2020 elektroduna 144

• Çinko anotların akım kapasitesi de mağnezyum anotlarda olduğu gibi anottan çekilen akım yoğunluğu ile artar. Ancak bu artış pratikte önemsenmeyecek kadar azdır. Diğer taraftan sıcaklığın artışı da çinko anotların elektrot potansiyeli ve akım kapasitesinin düşmesine neden olur. Bu durum anodun çözünmesi sonucu oluşan çinko iyonlarının yüksek sıcaklıkta çinko hidroksit olarak anot yüzeyinde jel halinde çökelmesinden ileri gelir. Özellikle 60 o. C den daha yüksek sıcaklıklarda çinko anotların akım veriminde büyük ölçüde düşme gözlenmektedir. • Akım kapasitesinin anot akım yoğunluğuna bağlılığı Şekil 3. 23 de, anot akım kapasitesinin ve potansiyelinin sıcaklığa göre değişimi de Şekil-3. 24 de görülmektedir. 10/29/2020 145

Şekil -3. 23 Çinko anotların akım kapasitesinin akım yoğunluğuna göre değişimi 10/29/2020 146

• Çinko anot boyutları • Türk standardlarında (TS- 9234) zeminde ve deniz içinde kullanılmak üzere iki tip standart anot yer almaktadır. Bu anotlara ait boyutlar EK-6 ve EK-7 de verilmektedir. Zemin içinde kullanılmak üzere verilen kare pirizma biçimli çinko çubuk anotlar ve anot kablo bağlantısı da Şekil 3. 25 de görülmektedir. 10/29/2020 Şekil 3. 25 147

• Alüminyum Anotlar • Alüminyumun standart elektromotor kuvveti serisindeki yerine göre • • çinkodan daha aktif bir metaldir. Buna rağmen saf alüminyum deniz suyu içinde doygun bakır / bakır sülfat referans elektroduna karşı -900 m. V civarında bir potansiyel gösterir. Saf alüminyumun galvanik anot olarak kullanılmasına engel oluşturan bu durum, alüminyum yüzeylerinin ince bir oksit filmi ile kaplanarak pasifleşmesinden ileri gelir. Bu pasifleşme özelliği nedeni ile alüminyum 1950 yıllarına kadar galvanik anot olarak kullanılamamıştır. Başlangıçta alüminyum içine % 3 oranında çinko ve % 0, 5 oranında kalay katılarak deniz suyu içindeki akım verimi %50 ye ve potansiyeli de - 1, 3 Volt’a kadar çıkarılabilmiştir. 1960 lı yıllardan sonra yapılan araştırmalarda alüminyum anot olarak bazı üçlü alaşımlar da denenmiş ve (Al +Zn + Hg) , (Al + Zn + Sn ) , (Al + Zn + In) gibi alaşımların galvanik anot olarak yüksek performans göstermiş oldukları belirlenmiştir. Bu alaşımların elektrot potansiyelleri - 1, 05 V ‘ dan daha negatif ve akım verimleri de % 90 civarındadır. Alüminyum anot bileşiminde bulunan yabancı metaller anot performansını değişik şekillerde etkilemektedir. Bakır ve nikel, alüminyumun potansiyelinin pozitif yöne doğru kaymasına neden olmaktadır. Çinko, mağnezyum ve kadmiyum ise, pasifleşmeyi azaltıcı yönde etki yapmaktadır. Civa, kalay ve indium metalleri alüminyumun sürekli aktif halde kalmasını sağlamaktadır. Anot bileşiminde % 0, 03 ile % 0. 05 oranında civa bulunması halinde alüminyum anotlar sürekli aktif halde kalmaktadır. Civa katkılı alüminyum anotlar özellikle deniz suyu içinde çok iyi bir performans göstermesine rağmen çevre kirlenmesi açısından zararlı bulunmuştur. Bu nedenle aktivite bakımından ayni etkiyi gösteren indium alaşımlı alüminyum anotlar tercih edilmektedir. 10/29/2020 148

Tablo -3. 8 Deniz suyu içinde kullanılan indium alaşımlı alüminyum anotların kimyasal bileşimleri Eleme I nt II III IV V VI - - Hg 0, 03 - 0, 05 0, 0 5 In - - Zn 1, 3 -2, 7 0, 35 - 3, 0 - 4, 0 - 2, 0 - 5, 1, 0 6, 0 4, 0 0 Fe < 0, 13 0, 12 0, 1 3 Cu, Ni 0, 005 < 0, 006 0, 005 0, 006 0, 0 1 Si 0, 11 - 0, 1 , 21 0, 2 0, 080, 0, 1 10/29/2020 - 0, 01 - 0, 01 0, 0, 0 3 03 5 149

• Demir pasifleşmeye neden olduğu için alüminyum anotlar içinde demirin % 0, 1 den fazla bulunmaması istenir. Dow Chemical Company tarafından yapılan araştırmalarda, alüminyum anot içine yeterli miktarda silisyum katılarak demirin zararlı etkileri tam olarak giderilmiş ve içerisinde % 0, 15 ‘e varan oranda demir içeren alüminyum anotlar Galvalum patent ismi ile üretilmiştir. Galvalum -I ve II anotlarının temel bileşenleri Al+Zn+Hg , Galvalum-III anodunun temel bileşenleri de Al + Zn + In + Si elementlerinden oluşmaktadır. • Alüminyum anotların elektrokimyasal özellikleri • Alüminyum anotların elektrot potansiyelleri düşük olmasına rağmen anot akım verimi ve akım kapasitesi çok yüksektir. 1 kg alüminyum kullanılarak teorik olarak 2960 A. saat ve deniz suyu içinde uygun koşullarda 2670 A. saat akım üretilebilir. Buna göre alüminyum anotların akım kapasitesi, mağnezyum anotlardan 2, 4 ve çinko anotlardan da 3, 6 kat daha büyüktür. 10/29/2020 150

Tablo-3. 9 Alüminyum anotların elektrokimyasal özellikleri Elektrokimyasal özellikler Indium alaşımlı alimünyum anot Teorik akım kapasitesi 2960 A. saat / kg Anot akım verimi %90 Gerçek akım kapasitesi 2670 A. saat / kg 3, 5 kg / A. yıl Elektrot potansiyeli (*) (Deniz suyu içinde -1, 10 Volt doygun Cu/Cu. SO 4 referans elektroduna göre) Yoğunluk , gr/cm 3 2, 7 Çeliğe karşı devre 250 m. V potansiyeli (*) Elektrot potansiyeli elektrolit direncine, sıcaklığa ve anottan çekilen akım. US$ yoğunluğuna bağlı olarak değişir. Tabloda verilen Akım maliyeti, / 8 (1998 fiatı) A. yıl 25 Ohm. cm rezistiviteli deniz suyu içinde, 25 Co de ve 300 değer m. A/m 2 akım yoğunluğunda ölçülen değerdir 10/29/2020 151

• Akım kapasitesinin yüksek oluşu alüminyum anotlara ekonomik olarak • • büyük avantaj sağlar. Bu avantajına rağmen, pasifleşme özelliği nedeniyle alüminyum anotlar saf halde kullanılamaz. Pasifleşmeyi önlemek için alüminyum içine az miktarda (yaklaşık % 0, 01 - 0, 03 ) indium katılır. Böylece alüminyum anotların deniz suyu içinde üniform olarak çözünmesi sağlanır. İndium katkısının alüminyumun aktifliğini artırıcı etkisi şöyle açıklanmaktadır. Başlangıçta anot yüzeyinde indium metali ve alüminyum aşağıdaki reaksiyonlara göre birlikte çözünür. Al = Al 3+ + 3 e. In = In 3+ + 3 e. Oluşan indium iyonları alüminyum yüzeyinde toplanarak, metal halindeki alüminyumu iyon haline yükseltger ve kendisi yeniden sıfır değerli metal haline dönüşür. Al + In 3+ = Al 3+ + In Indium alüminyumdan daha soy bir metal olduğundan bu reaksiyon kendiliğinden gerçekleşir. Böylece indium katalitik bir reaksiyon ile sürekli olarak alüminyumun çözünmesini sağlar. Alüminyum anotlar ancak deniz suyu içinde veya rezistivitesi düşük tuzlu sular içinde kullanılabilmektedir. Elektrolit rezistivitesi 100 Ohm. cm den daha büyük olması halinde, anot potansiyeli -1, 0 Voltun altına düşmektedir. Şekil-3. 26 da, alüminyum anot potansiyelinin rezistiviteye bağlılığı görülmektedir. Şekilden görüldüğü üzere (Al + Zn + Hg ) alaşımı rezistiviteye karşı daha duyarlıdır. Bu anotların 50 Ohm. cm den daha yüksek rezeistiviteli ortamlarda kullanılması uygun değildir. Buna karşılık (Al + Zn + In + Si )alaşımından oluşan anotlar 500 Ohm. cm ye kadar elektrolitler içinde kullanılabilir. 10/29/2020 152

Şekil 3. 26 Alüminyum anotların potansiyelinin rezistiviteye göre değişimi 10/29/2020 Şekil 3. 27 Alüminyum anot akım kapasitesinin akım yoğunluğuna göre değişimi 153

• Alüminyum anot boyutları • Deniz içi sabit yapılarda, örneğin iskele ayaklarında, gemilerde, ham petrol depolama tanklarının taban iç yüzeylerinin katodik korunmasında diğer anotlara göre daha ekonomik olması nedeniyle alüminyum anotlar kullanılmaktadır. Kullanım yerinin özel durumuna göre anot biçim ve boyutları değişmektedir. Türk standardı TS-9234 de deniz içi yapılar için verilen alüminyum anot boyutları EK-10 da verilmektedir 10/29/2020 154

ALUMINIUM Composition % Fe 0. 1 5 max. Si 0. 10 max. Zn 2. 00 - 5. 00 Ti 0. 01 - 0. 05 In 0. 015 -0. 025 Mn 0. 15 -0, 50 Cu 0. 002 max. Others 0. 02 max. Al (remainder) (99. 85% purity) Potential Cu/Cu. S 04 -1. 15 V Max. capacity 2805 Ah / kg 10/29/2020 155

ALUMINIUM Composition % Fe 0. 15 max. Si 0. 10 max. Zn 2. 00 - 5. 00 Ti 0. 01 - 0. 05 In 0. 015 -0. 025 Mn 0. 15 -0. 50 Cu 0. 002 max. Others 0. 02 max. Al (remainder) (99. 85% purity) Potential Cu/Cu. SO 4 Max. capacity -1. 15 V 2805 Ah / kg 10/29/2020 156

MAGNESIUM Composition % Al 0. 05 max. Zn 0. 03 max. Mn 0. 50 -1. 30 Si 0. 02 max. Cu 0. 02 max. Fe 0. 03 max. Ni 0. 005 max. Sn 0. 15 max. Pb 0. 15 max. Mg remainder Potential Cu/Cu. SO 4 -1. 75 V Max. capacity 1230 Ah /kg 10/29/2020 157

10/29/2020 158

• GALVANİK ANOT YATAKLARI • Galvanik anotlar doğrudan zemin içine konulmayıp, direnci azaltmak ve anottan üniform olarak maksimum akım çıkışını sağlamak amacıyla bir anot yatağı dolgusu içine konulur. Çinko ve mağnezyum anotlar için anot yatağı dolgu maddesi bentonit içine alçı (jibs) ve sodyum sülfat katılarak elde edilir. Burada jibsin görevi çözelti içine sürekli sülfat iyonu vererek anot yüzeyinde hidroksit filmi oluşmasını önlemektir. Alçı taşı suda yaklaşık olarak 3 g/l çözünür. Böylece çok uzun süre anot çevresinde rezistivitenin düşmesine yardımcı olur. Sodyum sülfatın çözünürlüğü çok yüksektir. Sodyum sülfat katılarak anot yatağı rezistivitesi 100 Ohm. cm nin altına düşürülebilir. Bentonitin su tutma kapasitesi yüksektir. Bentonit, anot yatağının sürekli rutubetli halde kalmasını sağlar. Mağnezyum ve çinko anotlar için kullanılan anot yatağı dolgusu bileşimleri Tablo -3. 12 de verilmektedir. Rezistivitesi yüksek olan zeminlerde anot yatağı içine Tip B’ de olduğu gibi, % 25 ‘ e varan oranlarda sodyum sülfat katılabilir. Böylece anot yatağı rezistivitesi 50 Ohm. cm ‘ ye kadar düşürülür. Eğer zemin rezistivitesi 500 Ohm. cm ‘ den daha düşük ise, bu durumda anot yatağı malzemesine gerek kalmadan mağnezyum anotlar doğrudan zemin içine konulabilir. 10/29/2020 159

Tablo 3. 12 Dolgu malzemeleri Tip - A Tip B Jibs 70 -75 (Ca. SO 4. 2 H 2 O) , % 253 0 Bentonit , % 20 -25 405 0 Sodyum sülfat , % 5 -6 25 3 mağnezyum anotlar, 0 Not: Tip-A dolgusu Tip-B dolgusu çinko anotlar için uygundur. Anot yatağı bir 50 -100 25 Galvanik anotların anot yatağı içine konulması şu avantajları sağlar : rezistivitesi, 5 Anot yatağı içinde anot üniform olarak çözünür. Bunun sonucu olarak anodun kullanılabilme yüzdesi artar. Ohm. cm 0 Anot yatağı, anot çevresinin sürekli olarak rutubetli kalmasını sağlar. Böylece anot direnci düşürülerek akım çıkışı artırılmış olur. Anot yatağı kullanılarak, galvanik anotları yüksek rezistiviteli zeminler içinde de kullanabilmek mümkün olur. 10/29/2020 160

Galvanik anot seçimi • Yeraltı boru hatlarının katodik korumasında öncelikle dış akım kaynaklı veya galvanik anotlu katodik koruma sistemlerinden hangisinin seçileceğine karar verilir. Bu seçimde katodik koruma akım ihtiyacı ile zemin rezistivitesi değerleri göz önüne alınır. Katodik koruma sistem seçimine temel oluşturan grafik Şekil- 3. 30 da verilmektedir. Koruma sistemlerinin uygun olduğu bölgelerin seçimi • Galvanik anotlu korumanın seçilmesi halinde, mağnezyum veya çinko anotlardan hangisinin daha uygun olacağı aşağıdaki kriterler göz önüne alınarak belirlenir. (Zemin içinde alüminyum anotların kullanılması uygun değildir. ) 10/29/2020 • Şekil-3. 30 Galvanik anotlu ve dış akım kaynaklı katodik 161