Elektrik Tesislerinde Korozyon Riskini Azaltma

Elektrik tesislerinde korozyon, karşılaşılan en büyük problemler arasında yer almaktadır. CEATI tarafından yapılan araştırma, korozyon riskini azaltma konusunda öneriler sunuyor.

A- A+

04.11.2020 tarihli yazı 8292 kez okunmuştur.

Korozyon, Enerji İletim ve Dağıtım hatlarındaki çelik yapıların hizmet içi bozulmasının başlıca nedenidir ve hizmet ortamının yapısına bağlı olarak bazen mekanik ve mikrobiyolojik eylemlerle desteklenir. Günümüzde, çoğu enerji kuruluşu büyük bir yaşlanan yapıları yönetmektedir ve korozyon ciddi bir mali ve teknik zorluk haline gelmiştir.

Yakın tarihli bir CEATI International Inc. raporu, İletim Hattı Yapılarının Katodik Koruması Kılavuzu (İletim Hattı Varlık Yönetimi 3256), kamu hizmeti endüstrisinde korozyonla ilgili konularda farkındalığı artırmayı amaçlamaktadır ve iletim altyapısındaki elektrik enerjisi için korozyon değerlendirmesi ve azaltma tekniklerini ana hatlarıyla belirtmek için girişimde bulunmaktadır. İletim&Dağıtım yapılarına özgü korozyon mekanizmalarının temel bir anlayışını sağlar ve bu yapıların altındaki ve sınıf üstü bileşenlerinde farklı korozyon senaryolarının meydana gelebileceği çeşitli koşulları ana hatlarıyla belirtir.

Rapor ayrıca her bir temel türü için farklı temel türlerini ve ilgili katodik koruma (CP) sistemlerini tartışır.

Korozyon Riski Değerlendirmesi

Bir yapı, yapısal korozyon (ciddi malzeme kaybı) yaşamaya başladığı noktaya kadar aşındığında, risk azaltma uygulamaları etkili bir şekilde uygulanamaz ve bir yapı onarımı veya değişimi, uygulanabilir tek seçenek haline gelir. Buna göre, korozyonu yapısal arızaya yol açmadan ve dolayısıyla güç sistemleri kesintilerine, çevresel hasarlara, yaralanmalara veya ölümlere yol açmadan önce erken aşamalarında tespit etmek ve kontrol etmek önemlidir.

► İlginizi Çekebilir: Jeotermal Santral Alanlarında Atmosferik Korozyona Karşı Önlemler

Çok sayıda yapının muayenesi pratik olmadığından, bir hattın her yapıya veya bölümlerine bir korozyon riski faktörü atamak için bir önceliklendirme süreci tavsiye edilir. Bunun için arşiv verileri derlenmeli ve aşağıdaki faktörlere özel önem ağırlıkları atanmalıdır:

►Yapı tipi (temel tasarımı)
►Hat önemi (voltaj ve halka yakınlık gibi farklı faktörlerin bir kombinasyonunu içerebilir)
►Yapı yaşı
►Yapı malzemesi (galvanizli veya galvanizsiz çelik)

►Topraklama sistemi tasarımı
►Coğrafi konum (hizmet ortamının aşındırıcılığı dikkate alınarak)
►Boru hatlarına ve diğer kaçak akım kaynaklarına yakınlık
►Korozyon kontrol sistemi varlığı (kaplama ve CP sistemi)
►Muayene ve bakım geçmişi

Önceden tanımlanmış kriterlere göre, en yüksek önceliğe veya riske sahip yapılar için saha denetimleri programlanmalıdır. Muayeneler iki seviyede yapılabilir. Seviye 1 denetimleri, toprak hizmet ortamının aşındırıcılığına odaklanır ve genellikle aşağıdaki testleri gerektirir:

►Yapıdan toprağa potansiyel ölçümü
►Toprak direnci testi
►Toprak pH testleri
►Muayene ve bakım geçmişi.

►Kalite seviyesinde malzeme ve kaplama kalınlığı ölçümleri

►Korozyon belirtileri için kalite seviyesinde görsel inceleme.

Seviye 1 incelemesinin sonucuna bağlı olarak, daha korozif ortamlarda seçilen yapılar için seviye 2 incelemesi yürütülebilir. Bu, aşağıdaki adımları içerir:

►0,15 m ila 0,9 m derinliklerde kazılar ve aşınmış parçaların temizlenmesi
►Görsel inceleme ve fotoğraflı dokümantasyon (aşınmış alanlardan yakın fotoğraflar)

►Alt sınıfta malzeme ve kaplama kalınlığı ölçümü

►Çukur derinliği ölçümü (ASTM G46).

Şekil 1 : Yapı-toprak potansiyeli ve toprak direnci ile toprak korozivite ilişkisi

Katodik koruma(CP), bir elektrokimyasal korozyon kontrol tekniğidir. Çelik yapılarda devam eden korozyonu azaltmak için verimli ve uygun maliyetli bir yöntem olduğu kanıtlanmıştır. Bir CP sisteminin uygulanmasıyla, bir yapıdaki korozyon reaksiyonları, yapıya elektron pompalanarak manipüle edilir. Bu, yapının temeline anot takılarak sağlanabilir. Anotların işlevi, yapının aşınan yüzeylerini bir koruma akımı ile polarize etmektir. Anot malzemelerine dayalı olarak, CP sistemleri iki kategoriye ayrılır: galvanik CP sistemleri ve darbeli akım CP sistemleri.

Galvanik CP sistemlerinde, anot malzemesi yapının korunması sırasında kademeli olarak tükendiğinden, anotlara genel olarak kurban anotlar denir. Anodik reaksiyonlar, elektron sağlamak için yapıya elektriksel olarak bağlıyken, yapının yakınına gömülü anoda kaydırılır. Bu durumda yapı, korozyon hücresinde katot haline gelir, dolayısıyla yapı yüzeyinde malzeme kaybı olmaz.

Şekil 2: Aktif (galvanik) ve inaktif (sıkıştırılmış akım) anotlu katodik koruma sistemlerinin şeması

Uzun sürekli yapılar olan ve geniş yüzey alanlarını temsil eden boru hatlarının aksine, iletim kulelerinin temelleri çok daha küçük yüzey alanlarına sahip ayrı yapılardır. Bu, iletim ve dağıtım yapıları için galvanik CP sistemlerinin uygulanmasının, darbeli akım CP sistemlerine göre tercih edildiği anlamına gelir; bununla birlikte, kurban anot sistemlerinin ana dezavantajı, yüksek dirençli topraklardaki verimsizlikleridir.

Anot Yatak Tasarımı

Zemin özelliklerindeki farklılıklar nedeniyle, CP sistemlerinin tasarımı, aynı geometrilere sahip yapılar için bile bir yapıdan diğerine değişir. Bununla birlikte, bir güç hattı boyunca tüm aşınan yapılar için saha verilerini toplamak ve her yapı için ayrı CP sistemleri tasarlamak ekonomik olarak mümkün değildir. Bunun yerine, hattaki tüm benzer yapıların durumunu temsil eden birkaç yapıyı seçmek ve bu temsili yapılar üzerinde saha araştırması yapmak için bir masa başı çalışması yapılmalıdır.

Anot yatağı tasarımının amacı, yapının gömülü bileşenleri için optimum bir koruma akımı oluşturmaktır. Bu, toprak hizmet ortamı karakterizasyonu, yapıda korozyon durumu değerlendirmesi, anot malzemesi seçimi, anot ağırlığı hesaplaması (yapının boyutuna ve CP sisteminin gerekli ömrüne bağlı olarak), anot numarası seçimini ve anot düzenleme hususlarını gerektirir.

Magnezyum anotlar, iletim ve dağıtım yapılarında temellerin katodik korumasında tercih edilir. Paketlenmiş anotlar, performanslarını artırmak için özel dolgu malzemeleri içerir. İletim ve dağıtım yapılarının CP'si için anot yatağı tasarımının ayrıntıları, İletim Hattı Varlık Yönetimi 3256 raporunda tartışılmaktadır. Toprak ortamında galvanik anotlu CP sistemleri için 10 ila 15 yıllık bir tasarım ömrü yaygındır. Anot tüketimi (malzeme tükenme oranı) ve anot pasivasyonu (dirençli bir bariyer oksit filminin oluşumu), galvanik anotların ömrünü etkileyen iki operasyonel faktördür. Ayrıca anotların ömrü, malzeme türü ve anot kütlesi gibi tasarım parametrelerine bağlıdır.

Magnezyum ve çinko alaşımları, toprak uygulamaları için tercih edilen anot malzemeleridir. Magnezyum anotlar için en yaygın iki alaşım, ASTM B843'e göre yüksek potansiyel alaşım M1 ve aynı zamanda H1 alaşımı olarak da adlandırılan AZ-63 alaşımıdır. Üç farklı çinko alaşımı türü vardır: yüksek akımlı çinko anotlar, ASTM B418'e dayalı çinko alaşımları ve MIL-A-18001K'ya dayalı anotlar. İletim kulelerinin CP'si için çinko anotların kullanımının sadece 10.000 ohm-cm'den daha düşük toprak direnç değerleri için önerildiğini belirtmek önemlidir.

Toprak ortamlarında kullanılan çoğu magnezyum ve çinko anot, anotların etrafında hazırlanmış dolgunun kullanılmasını gerektirir. Dolgu malzemeleri içeren anotlar - genellikle alçıtaşı, bentonit ve sodyum sülfat kombinasyonu - paketlenmiş anotlar olarak adlandırılır. Bu tür malzemeler, yüzey filmlerinin oluşumunu sınırlamanın ve elektroozmotik dehidrasyonu önlemenin yanı sıra, tek tip akım iletimi ve tek tip malzeme tüketimi sağlayacak şekilde hareket ederler. Standart dolgu malzemesi, toprak kutusu test yöntemi ASTM G187 ile ölçüldüğünde 50 ohm-cm'lik tek tip bir direnç sağlamalıdır. Geleneksel CP tasarım prosedürü başlangıçta boru sistemleri için geliştirilmiştir. TLAM 3256 raporunda değiştirilmiş ve T&D yapılarına genişletilmiştir.

CP tasarımının kritik bir parçası, yapıyı katodik olarak korumak için gerekli akım miktarını belirlemektir. Gerekli akım, saha deneyimine dayalı olarak tablolardan ve grafiklerden veya geçici bir anot yatağı kullanılarak mevcut gereksinim testlerinden tahmin edilebilir. CP için gerekli akım, zemin özelliklerinin, yapının geometrisinin ve zemin-yapı arayüzündeki yüzey durumunun bir fonksiyonudur. Önemli parametrelerden bazıları çıplak yüzey alanı, kaplama direnci, toprağın iyonik iletkenliği, toprak pH seviyesi, toprak sıcaklıkları ve toprak havalandırma seviyesini içerir. Anot malzemesi için minimum kütle hesaplandıktan sonra, gömülü anotun yapının etrafındaki yerleşimi (anot yatağı) tasarlanmalıdır. Anot yatağı tasarımındaki temel sorular, anotların sayısı ve bir anot ile diğer anotlar arasındaki mesafeler ve yapıdır.

Hesaplanan minimum kütleye sahip tek bir anot veya toplam kütlesi hesaplanan kütleye eşdeğer olan birden fazla anot kullanılmasına karar verilebilir. Yüksek sayıda anot seçmek, genellikle koruma akımının daha tekdüze bir dağılımına yol açtığından, CP sisteminin performansını artırır. Bununla birlikte, anotlar arasındaki paraziti artırır ve daha da önemlisi, daha yüksek bir sistem kurulum ve bakım maliyeti ile sonuçlanır.

Anot sayısı seçildikten sonraki soru, anotların yapı etrafına nasıl dağıtılması gerektiğidir. Anot ve yapı arasındaki mesafe çok uzaksa, toprak direnci büyük bir potansiyel düşüşüne neden olur ve gömülü yüzeylerde CP için gerekli polarizasyon elde edilemez. Öte yandan, anot ve yapı arasındaki mesafe çok kısaysa, tek tip bir akım oluşturulamaz, bu da bazı yüzeylerin aşırı korumalı hale gelirken diğerleri eksik korumalı hale geldiği anlamına gelir.

Aslında, kamu hizmetleri için ideal durum, yeterli koruma seviyesi sağlanırken anot malzeme maliyeti ve kurulum masrafları en aza indirgenecektir. Bu tür optimize edilmiş tasarımların sağlanması için bilgisayar simülasyonları gerekir, ancak CP sistemleri için bilgisayar destekli tasarım platformları çoğunlukla boru hatları ve açık deniz yapıları için geliştirilmiştir.

CP sistemleri için bilgisayar tabanlı modeller, geleneksel tasarım yöntemlerinde eksik olan tasarım özelliklerini barındırabilir. Halen pratikte yaygın olarak kullanılan geleneksel yöntemler, çoğunlukla deneysel formüllere ve mühendis veya teknisyen deneyimine dayanmaktadır. Yararlı olmalarına rağmen, bu tür tasarım yöntemleri, geometrik faktörleri ve geçici tasarım parametrelerini dahil etmede başarısız olduklarından, dolayısıyla nispeten büyük güvenlik faktörlerinin kullanılmasını gerektirdiğinden optimize edilmemiş ve uygun maliyetli değildir. Bir tasarım senaryosu için, hepsinin eşit derecede etkili olabildiği birkaç anot düzenlemesi önerilebilir, ancak çoğu durumda, anot yatakları için yalnızca bir optimum düzenleme mevcuttur.

Örneğin, yüksek düzeyde geometrik düzensizlikleri (kenarlar, delikler, kıvrımlar ve eklemler) temsil eder ve bu tür temeller için CP sisteminin tasarımının bir zorluk olduğu kanıtlanmıştır. Her bir sütunda gösterildiği gibi, yatay anotlu (beyaz silindirler) dört farklı anot yatağı dikkate alınmıştır. Üst sıradaki sonuçlar, toprak direnci 5000 ohm-cm olan nötr toprağa karşılık gelir.

Toprak direncinin CP performansı üzerindeki etkilerini göstermek için, 2000 ohm-cm dirençli hafif asidik bir toprakta simülasyon sonuçları alt satırda sunulmuştur. İki durum arasında adil bir karşılaştırma sağlamak için, anotların boyutu değiştirilmez, ancak toprağın aşındırıcılığı arttıkça gerekli CP akımının arttığı ve bunun da belirli bir CP sistemi ömrü için anotlar için gereken kütleyi artırdığı açıktır.

Performans Değerlendirme

Her bir anot yatağı tasarımının performansını değerlendirmek için temelin gömülü yüzeylerindeki potansiyel dağılımı incelenir. NACE SP0169 standardına göre, çeliğin CP'si için CSE'ye karşı minimum -0.850 V yüzey potansiyeli gereklidir. Simülasyon sonuçlarındaki koyu kırmızı alanlar, temelin korumalı kısımlarıdır ve bu sırayla turuncu, sarı, yeşil ve mavi alanlar kısmen korunan yüzeyleri temsil eder. Sonuçlar, anot yataklarının daha düşük dirençli topraklarda daha iyi koruma sağladığını açıkça göstermektedir. Ayrıca, yüksek oranda dağılmış anot yataklarının daha tekdüze bir kaplamaya yol açtığı görülebilir.

Bilgisayar simülasyonu ayrıca anotların yakınında bulunan köşeler ve kenarlar gibi geometrik özelliklere sahip alanları maksimum koruma akımını alırken, düz yüzeyler, özellikle korumalı yüzeyler en az polarize ve korumalıdır. Geometrik karmaşıklıkların bir sonucu olarak, gril tipi temellerin CP'si için çoklu anotlar önerilir.

Ayrıca, yüksek direnç değerlerine sahip topraklarda, iyi bir koruma seviyesi elde etmek için daha fazla sayıda anotu dikkate almak ve bunları yapıya yakın - 2 ft'den (0,6 m) daha az uzakta - gömmek gerekir. Büyük ızgara tipi temeller için, ızgaranın yatay elemanlarını korumak için yatay olarak gömülü anotlar tercih edilirken, dikey (ayak) bileşenlerin korunması için dikey olarak gömülü anotlar önerilir. Bununla birlikte, maksimum stres altında temelin kritik üyelerine - genellikle bacaklar - her zaman tam CP sağlanması önerilir; bu nedenle, dikey ve yatay anotların bir kombinasyonu gerekli olabilir.

Farklı anot düzenlemeleri için ızgara temelinin gömülü yüzeylerindeki potansiyel dağılımlar gösterilmiştir. Temelin etrafındaki beyaz silindirler anotları temsil eder. Bu makale, CEATI'nin iletim hattı varlık yönetimi (TLAM) ve iletim havai hat tasarımı ve aşırı olay azaltma (TODEM) ilgisi üyeleri için üstlenilen ve finanse edilen İletim Hattı Varlık Yönetimi 3256, İletim Hattı Yapılarının Katodik Koruması Kılavuzu'nun sonucudur.