01 — Temel mekanizma
Korozyonun elektrokimyası
Çelik boru toprağa veya suya gömülü olduğunda yüzeyde mikroskobik anodik ve katodik bölgeler oluşur. İkisi arasında metal içinden elektron, elektrolit (toprak/su) içinden iyon akışı bir korozyon hücresi kurar. Anodik bölgede demir çözünür — boru burada incelir ve delinir.
- Korozyon hücresi kurulur. Yüzeydeki potansiyel farkları (kaynak dikişi, kaplama hasarı, farklı havalandırma) anodik ve katodik bölgeleri ayırır.
- Anodik reaksiyon — demir çözünür. Anotta demir atomları iyon olarak elektrolite geçer ve geride elektron bırakır.
Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ - Elektronlar metal içinde akar. Serbest elektronlar düşük dirençli çelik üzerinden anottan katoda taşınır.
- Katodik reaksiyon — oksijen redüksiyonu. Havalandırılmış nötr toprak/suda elektronlar çözünmüş oksijenle tüketilir.
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ - Korozyon ürünü oluşur. Fe²⁺ ve OH⁻ birleşerek demir(II) hidroksit, sonra oksitlenip pas verir.
Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ (pas)
02 — Durum ölçümü
Referans elektrod ile potansiyel ölçümü ve yorumlanması
Borunun korunup korunmadığını anlamak için boru-toprak potansiyeli ölçülür. Yüksek empedanslı bir voltmetre, borunun bir ucuna ve toprağa temas eden bakır–bakır sülfat (Cu/CuSO₄, CSE) referans elektroduna bağlanır. NACE SP0169 bu ölçüme dayalı kabul kriterleri tanımlar.
İnteraktif yorumlayıcı
Kriterler: NACE SP0169 — (a) −850 mVCSE polarize potansiyel kriteri, (c) 100 mV katodik polarizasyon kriteri. IR (toprak) düşüşünün ayrıştırılması gerekir; saha pratiğinde "instant-off" ölçümü kullanılır.
03 — Pasif yöntem
Galvanik (kurban anod) sistem ile koruma
Çelikten daha aktif (daha negatif) bir metal — magnezyum veya çinko — boruya bağlanır. Galvanik çiftte aktif metal anot olur ve çözünür; boru katot haline gelip korunur. Akım, anodun kendi potansiyel farkından gelir — harici güç gerekmez. Anot zamanla tükenir, bu yüzden "kurban anot" denir.
- Sürücü kuvvet: Mg–Fe potansiyel farkı (~0.7 V). Düşük dirençli, iyi kaplamalı hatlar için idealdir.
- Avantaj: Harici güç yok, basit, bakım az, aşırı koruma riski düşük, başka yapıları etkilemez (interference az).
- Sınır: Sınırlı çıkış akımı ve sonlu anot ömrü. Yüksek dirençli toprakta veya kaplamasız uzun hatlarda yetersiz kalır.
04 — Aktif yöntem
Dış akım kaynaklı (impressed current) sistem
Koruma akımı bir DC güç kaynağından (rectifier) sağlanır. Akım, gömülü titanyum/MMO (karışık metal oksit) anot yatağından elektrolite, oradan boruya geçer ve borudan rectifierin negatif ucuna döner. Akım dışarıdan ayarlanabildiği için büyük, kaplamasız veya yüksek dirençli sistemlerde kullanılır.
Galvanikten farkı
- Pratikçe sınırsız ömür: MMO/Ti anotlar çok düşük tüketim hızıyla çalışır; akım dışarıdan beslenir.
- Ayarlanabilir akım: Rectifier çıkışı saha koşullarına göre artırılıp azaltılabilir.
- Yüksek kapasite: Büyük yüzey, kaplamasız veya yüksek dirençli toprak hatları için uygundur.
05 — Hesaplayıcı
Galvanik sistem tasarımı — magnezyum anot
Boru çapı ve hat uzunluğundan lateral yüzey alanını hesaplar; seçilen kaplama tipine göre gereken koruma akımı, anot sayısı ve sistem ömrünü verir. 17 lb standart paketli magnezyum anot esas alınmıştır.
›Formülleri ve birimleri adım adım göster
Formüller: NACE SP0169 / SP0177 galvanik anot tasarım pratiği. Mg pratik akım kapasitesi ~500 Ah/lb (≈1100 Ah/kg) — teorik 1000 Ah/lb değerine ~%50 verim uygulanmış tipik saha değeridir (Peabody, Control of Pipeline Corrosion). 1 yıl = 8760 saat.
06 — Hesaplayıcı
Dış akım kaynaklı sistemde akım ihtiyacı
Boru çapı ve hat uzunluğundan lateral yüzey alanını hesaplar; I = A × i × (1 − C) bağıntısıyla toplam koruma akımını ve uygun rectifier kapasitesini verir. Kaplama verimi yükseldikçe gereken akım hızla düşer.
›Formülleri ve birimleri adım adım göster
Formül kaynağı: NACE SP0169 / SP0177 akım ihtiyacı hesabı. I = A × i × (1 − C). Rectifier seçiminde ~%25–50 emniyet payı ve gelecekteki kaplama bozulması için yedek kapasite önerilir.