Kullanma Sularında Korozyonun İnhibitörle Önlenmesi Hakkında

Kullanma Sularında Korozyonun İnhibitörle Önlenmesi Hakkında
Kullanma Sularında Korozyonun İnhibitörle Önlenmesi Hakkında

Kaplamalarda Kullanılan Malzemeler

Metalik kaplamalar : Demiri kaplamak için kullanılan metallerin başında çinko gelir Daha sonra nikel, kalay, kadmiyum, kurşun ve alüminyum kullanılır

Organik kaplamalar : Asfaltik boyalar, maden kömürü zifti, epoksi resin boyaları, klorlanmış sert plastik, polietilen kullanılır

İnorganik kaplamalar : Asit, baz gibi kimyasal maddelerin taşınmasında inorganik enamel kaplamalar uygundur Genellikle feldspat, kaolin, boraks, soda ve litarj karışımı kullanılır

Enamal kaplamalar mükemmel kaplama özelliği vermelerine karşın, mekanik çarpmalarına ve sıcaklık değişmelerine karşı dayanıksızdır ve çabuk kırılabilir

3 Kullanma Sularında Korozyonun İnhibitörle Önlenmesi

Kullanma sularında metallerin korozyonunun kontrolü zordur Çünkü suya ancak bazı toksik olmayan maddeler, küçük dozlarda ilave edilebilir
Avrupa'da bazı belediye dağıtım sistemlerinde korozyon önleyiciler kullanılmaktadır Korozif sulara tatbik edildikleri zaman metalin yüzeyinde çözünmeyen çinko sülfat filmi teşekkül ederek koruma temin edilir

Bu şekilde metaller bol havalı yumuşak atmosfer sularından çok fazla çözünmüş madde içeren çeşitli sulara karşı korunabilirler

İnhibitör (önleyici) bileşimleri : 3 mol çinko sülfat, 2 mol sülfamik asit ve 2 mol mono sodyum ortofosfattan meydana gelen karışım önleyici olarak iyi neticeler vermiştir

3 ZnSO4 + 2 HNH2SO3 + 2 NaH2PO4 à Zn3(PO4)2+ 2NaNH2SO3+ 3H2SO4

484,32 194,20 240,0 386,10 238,18 294,12

Aşağıdaki karışım 50 Ib (2267959 gr) 1 milyon gal(3,7106 litre) suya ilave edildiğinde 1,2 ppm çinko dozajı elde edilir

ZnSO4H2O 27,65 lb 12541,81 gr
HNH2SO3 10,00 lb 4335,92 gr
NaH2PO4 12,35 lb 5601,86 gr
50,00 lb 22679,59 gr
Önleyici çözeltinin fiziksel karakteristikleri :
Renk Renksiz
Baume 452 (20 °C)
pH 1,0 (20 °C)

İnhibitör dozajı :
Korozif suya başlangıçta 2 - 3 ppm çinko tatbik edilmelidir Dağıtım sisteminin muhtelif noktalarına bu dozaj tatbik edilir

Her yerde bu konsantrasyona ulaşıldığı an dozaj devamlı 1 ppm temin edilecek şekilde indirilir Dağıtım sistemini pasifleştirmek için başlangıç dozajı verildikten sonra geçecek zaman 3 hafta olarak hesaplanmıştır

Bazı yüksek alkali sularda kalsiyum karbonatın çökmesini önlemek için 0,5 - 1,0 ppm sodyum hexameta fosfat ilavesi gerekebilir Kalsiyum karbonat çökmesi çinko fosfat tabakasının koruyucu özelliklerini zayıflatır ve korozyon önleyici tesirini bozar Emniyet : Kaliforniya eyaleti Sağlık Bakanlığı kullanma suları için çinko dozajını 2 ppm veya daha küçük kabul etmiştir Long Beach (California) şehri dağıtım sisteminde iki senelik tatbikattan sonra 1 ppm dozajın mide, barsak ve diğer suyla ilgili hastalıklara yol açmadığı görülmüştür(1970)

06 Kalsiyum Karbonat Birikimi ile Korozyon Kontrolü

Kalsiyum karbonat çöktürülmesi ile korozyon kontrolü pratikte kullanılan çok yaygın bir metoddur Koruyucu CaCO3 tabakasının oluşturulması için gerekli hesaplar, kaplama tekniği ve uygulama zor değildir Korozyon kontrol problemleri Caldwell-Lawrence diyagramları kullanılarak çözümlenebilir Ham suyun durum, tip, koruma için gerekli kimyasal madde miktarı ve boruda birikecek CaCO3 miktarı diyagramlardan bulunabilir

Kimyasal Reaksiyonlar : Bu reaksiyonlar sistemindeki ana bileşenler su, karbondioksit, karbonik asit, hidrojen iyonu, hidroksit, bikarbonat ve kalsiyumdur Bazı şartlarda Ca ve CO3 arasındaki reaksiyon sonucu CaCO3 çökebilir

Ca++ + CO3à CaCO3

Çökme Ca ve karbonat konsantrasyonları çözünürlük çarpımını aştığı anda olur Koruyucu sular olarak isimlendirilen sular da CaCO3 çökerek koruyucu bir film tabakası oluşturur Başka bir deyimle bir suyun bir tabaka oluşturabilmesi için (Ca)(CO3) değerinin çözünürlük çarpımı değerinden fazla olması gerekmektedir Aksi halde çökme olmaz CaCO3 değerinin doygunluğun altında olduğu hallerde su koruyuculuk özelliği göstermez ve bu sularda genellikle korozyon hızlıdır

(Ca)(CO3) değerinin çözünürlük çarpımına eşit olduğu hallerde su doygundur Bu doygunluğu sağlayan bilgileri aşağıdaki gibi özetleyebiliriz

1 Suyun doygunluğunun tespiti
2 Elde edilecek aşırı doygunluk derecesinin seçimi
3 Kullanılacak kimyasal maddelerin tiplerinin ve şartlarının seçimi
4 Arzu edilen aşırı doygunluğu sağlayacak miktarda kimyasal madde katılması
5 Çökme ile oluşacak CaCO3 miktarının tayini

Bu faktörlerin tayininde kullanılan teori ve matematiksel işlemler oldukça kompleks olmakla beraber Caldwell ve Lawrence in ortaya koyduğu diyagramlar bu işe çok basit çözüm yolu getirmiştir

Borudan geçen suyun özellikleri : Metalik korozyon elektro kimyasal bir reaksiyon olup metal ve metalin temasta bulunduğu suların meydana getirdiği elektrik akımı neticesi oluşur Metal ve suyun temasta bulunduğu yüzeyde oluşturulacak film tabakası yoğun kopmaz ve düzgün bir şekilde oluşturulmuş olmalıdır Aşırı doymuş suda aşağıdaki özellikler yerine geldiğinde böyle bir film tabakası oluşabilir

1 Su CaCO3 ile aşırı doymuş olmalıdır Bu aşırı doygunluk sınırı 4 - 10 mg / lt CaCO3, yani teorik çökme potansiyeli 4 - 10 mg / lt olmalıdır
2 Kalsiyum ve alkalinite değerlerinin her biri en az 40 mg / lt (CaCO3) veya ekonomik ise daha fazla olmalıdır Her iki değerin yaklaşık eşit konsantrasyonlarda olması gerekir
3 Alkalinite / klorür + sülfat oranı en az 5 : 1 olmalıdır(Bütün konsantrasyonlar mg / lt CaCO3 olarak)

4 pH 6,8 - 7,3 aralığında olmalıdır
5 Su hızı 0,6 m / s den fazla olmalıdır

Bu şartlardan bazıları ortak olarak (karşılıklı) hariç bırakılabilir, birisi diğerinin hesabına alınabilir 1, 2 veya 3 şartlarının en önemlisi olduğuna ve korunması gerektiğine inanmışlardır Pratik olarak 4 şartı tasfiye edilmemiş suyun başlangıçtaki kalsiyum ve alkalinitesi yüksek olduğuna korunabilir Ekonomik nedenlerle tasfiye sırasında düşük Ca ve düşük alkaliniteli suların pH ı 8,0 veya daha büyük yapılır Bu pH larda meydana gelen CaCO3 filmi daha az koruyucudur Fazla pH değerinden kaçınılmalıdır

07 Caldwell - Lawkence Diyagramları

Caldwell-Lawrence diyagramları CaCO3 dengesi ile ilgili problemlerin çözümünde kullanılır Diyagramda gösterilen bütün konsantrasyonlar çözülebilir bileşenleri gösterir Her diyagram verilen sıcaklık ve toplam çözünmüş madde içindir Örneğin 25 °C ve 40 mg / lt toplam çözünmüş maddeye ait diyagramdan alınan sonuçlar diğer şartlar için geçerli değildir Bununla birlikte pratik olarak incelenen suyun bulunduğu şartlar diyagramdakine yakınsa kullanılabilirler Bütün sıcaklık ve toplam çözünmüş madde ikilisi için diyagram yapmak pratik olmadığından bazı kabuller yapılarak diyagramlar kullanılmalıdır 2, 5, 15 ve 25 °C sıcaklık ve onlara bağlı 40, 400 ve 1200 mg / lt toplam çözünmüş madde için diyagramlar verilmiştir



Caldwell - Lawrence diyagramlarında (yukarıda) kalsiyum, alkalinite ve pH değerleri vardır Diyagram karışık görünmesine rağmen kullanılması kolaydır Diyagramdaki bazı terimler aşağıdaki şekilde tanımlanabilir konsantrasyon : mg / lt CaCO3 olarak veya mg / lt CaCO3 Aksi söylenmedikçe bütün miktarlar mg / lt CaCO3 olarak verilir Bu şekilde uygunluk sağlanır İkisi de CaCO3 mg / lt olarak verilmiş olan bir madde diğer bir mg / lt olan bir madde ile tamamen reaksiyona girer Bu şekilde her sefer kimyasal eşitlik ve reaksiyonun düşünülmesine gerek kalmaz Örneğin 25 mg / lt Ca hidroksit CaCO3 olarak, 25 mg / lt HCO3 la CaCO3 olarak veya 25 mg / lt CO2 ve 25 mg / lt CO3, CaCO3 olarak reaksiyona girer pH : Sıcaklık düzeltmeli pH metreden okunur

Toplam çözünmüş madde : C-L diyagramlarında eğrilerin şekillerini etkiler Toplam çözünmüş madde, suyun tam analizi yapılarak hesap edilir Bazen numune kuruluğa kadar buharlaştırılıp kalıntı ağırlığı alınır Burada toplam çözünmüş maddeler CaCO3 olarak verilmeyip mg / lt olarak verilmiştir

Sıcaklık : Sıcaklık eğrilerin şekline çok fazla etki eder Bu nedenle hesap yapılacak suyun sıcaklığı ile kullanılan diyagramdaki sıcaklık arasında birkaç dereceden fazla olmamalıdır

C = (F - 32) : 1,8
C : Centigrad derecesi
F : Fahrenheit derecesi

Alkalinite : Alkalinite asidi nötralize etme kapasitesidir Metil oranjla pH 4,5 a yakın suyu kuvvetli asitle titre ederek bulunur

Alk = HCO3 + CO3 + OH + H + (3)

Bu eşitlikteki miktarlar kalsiyum karbonat olarak mg litre verilmiştir Alkelinite önemli bir su kalite parametresidir Kimyasal katma veya çökme sonucu alkalinitedeki değişmeler basit olarak şu şekilde hesaplanabilin :

Alk son = Alk Başlangıç + Alk Katma Alk Çökme (4)

Kimyasal katma ve çökme sonucu alkalinitedeki değişimler aşağıdaki örnekte verilmiştir

ÖRNEK 1 : Başlangıç alkalinitesi 15 mg / lt olan su 30 mg / lt sodyum karbonatla muameleden sonra 5 mg / lt CaCO3 çökelmesi yapmıştır Çözeltinin alkalinitesi nedir? (Toplam çözünmüş maddeden başka hepsinde CaCO3 olarak mg / lt kullanılmıştır)

1 Alk Başlangıç = 15 mg / lt
2 Alk Katma = 30 mg / lt , 3 eşitliği katılan CO3 kadar alkalinitenin arttığını göstermektedir Na2CO3 şeklinde 30 mg / lt CO3 katılmıştır Bu nedenle alkalinitede 30 mg / lt artar
3 Alk Çözelme = 5 mg / lt Çözeltiden 5 mg / lt CaCO3 ayrılmıştır 3 eşitliğine göre alkalinlte aynı miktarda azalır
4 4 eşitliğinden Alk Son = 15 + 30 5 = 40 mg / lt

Alkalinitenin ikinci bir özelliği sıcaklığa bağlı olmamasıdır Verilen bir sıcaklıkta ölçülen alkalinite, suyun sıcaklığı düşürüldüğünde veya yükseldiğinde CaCO3 çökmesi olmadığı zaman değişmez Böylece , laboratuvar sıcaklığında bulunan alkalinite numunenin alındığı nehrin sıcaklığında bulunan alkalinite ile aynıdır Bununla birlikte ısınma sırasında CaCO3 çökerse 3 ve 4 eşitliğindeki gibi alkalinite değişir

ÖRNEK 2 : Nehirden alınmış suyun sıcaklığı 2 °C, alkalinite analizi yapılacak Laboratuvar sıcaklığı 25 °C ise ve ısınma sırasında
CaCO3 çökmesi olmuyorsa, alkalinite 25 mg / lt bulunmuşsa, suyun 2 °C deki alkalinitesi 25 mg / lt dir

Asitlik = C-L diyagramında asitlik düşey eksenlere işaretlenmiştir Asitlik suyun bazikliğini nötralleştirme kapasitesi olarak ölçülür

Asitlik : CO2 + H2CO3 + HCO3 + H-OH ------ (5)

bütün miktarlar CaCO3 olarak mg / lt dir Asitlik pozitif olduğu gibi negatif de olabilir Sıfır işaretli yerin üstünde değerler pozitif, altındakiler negatiftir Asitlik alkalinite gibi sıcaklıkla değişmez Ancak ısıtma ve soğutma sırasında atmosferle CO2 alışverişi olmaması gerekir Başlangıç eşitliği, katılan kimyasal madde ve çöken madde miktarları bilindiğinde 6 eşitliğinden son asitlik hesaplanabilir :

Asitlik Son = Asitlik Başlangıç + Asitlik Katılan - Asitlik Çökme

Bundan başka CaCO3 çökmesi veya çözünmesi sırasında da asitlik değişmez Bu özellik C-L diyagramlarında CaCO3 ve çözünmesinin izlenmesini kolaylaştırır Örnek 3 de kimyasal katma ve çökme ile eşitlikte olan değişim verilmiştir

ÖRNEK 3 : Kireç katılmış numunenin eşitliği 200 mg / lt dir 60 mg / lt CO2 katılmasıyla 45 mg / lt CaCO3 çökme olmaktadır Son asitlik ne olur ?
1 Asitlik Başlangıç = 200 (Verilmiş)
2 Asitlik Katılmış = 60 mg / lt CO2 : 5 eşitliği asitliğin katılan CO2 kadar arttığını gösterir
3 Asitlik Çökmüş = O, CO3 , CaCO3 la çökmüştür, fakat 5 eşitliğinde CO3 terimi olmadığından asitlik çökmesi yoktur
4 6 eşitliğinden, Asitlik Son = - 200 + 60 - 0 = - 140 mg / lt pratikte titrasyon sonunun tayini zor olduğundan asitlik çoğu kez ölçülmez Bununla birlikte alkalinite ve pH bilindiğinde asitlik hesaplanabilir C - L diyagramlarından suyun asitlisini bulmak için ölçülen pH ve alkalinite değerlerinin kesişme noktasından yatay bir çizgi çizilir, dikey (asit) eksenini kestiği nokta alınır Yatay eksen, C2 : Yatay eksen C2 aşağıdaki gibi tarif edilmiştir :

C2 = Alk - Ca = HCO3 + CO3 + - H - Ca (7)

CaCO3 çökelmesi ve çözünmesi sırasında CO3 ve Ca aynı miktarda değişir C2 değişmez Bu şekilde CaCO3 çökme ve çözünmesi CL diyagramlarından kolayca bulunabilir, çünkü dikey olarak sabit C2 çizgisi üstünde hareket ederler Herhangi bir suyun C2 değerini bulmak için suyun kalsiyum ve alkalinitesinin kesim noktasından dikey çizilir Yatay C2 eksenindeki kesim noktası alınır

Yön Vektörleri ve pH-Mg nomografi : Suyun yumuşatılma hesaplarında yukarıdaki sekilin üst köşesindeki yön vektörleri ve sol alt köşedeki pH - Mg nomografi kullanılır Korozyon kontrol problemlerinde kullanılmaz

08 C - L Diyagramlarının Kullanılması

Referans olarak yukarıdaki şekil kullanılarak bazı korozyon kontrol problemleri çözülebilir Suyun doygunluk hali ölçülmüş kalsiyum alkalinite ve pH değerinden bulunur Eğer eğriler bir noktada kesişiyorlarsa su tam doygundur

1 Sıcaklık : 15 °C
2 Toplam çözünmüş madde : 96 mg / lt
3 pH : 8,6
4 Kalsiyum : 70 mg / lt
5 Alkalinite : 37 mg / lt

15 °C sıcaklık için birçok diyagram vardır Örneğin toplam çözünmüş madde 40 mg / lt ve 400 mg / lt için diyagramlar vardır

96 mg / lt , 40 mg / lt ye yakın olduğundan pratikte bu diyagram kullanılmalıdır 40 mg / lt ve 400 mg / lt diyagramları kullanılarak interpolasyonla daha doğru sonuç alınabilir

25 °C ve toplam çözünmüş madde (40 mg / lt) diyagramları kullanılarak pH 8,6 , Ca 70 ve alkalinite 37 işaretlenir Üç çizgi de tek bir nokta, A noktasında kesişmektedir Böylece su tam doygundur Aşırı doygun veya doygun olmayan sularda ise çizgiler bir noktada kesişmez, fakat bir zarf şekli meydana getirirler

ÖRNEK 5 : Aşağıda verilmiş suyun saturasyon durumunun bulunması,
1 Sıcaklık : 15 °C
2 Toplam çözünmüş madde :115 mg / lt
3 pH : 9,5
4 Ca : 28 mg / lt
5 Alkalinite : 70 mg / lt

15 °C ve 40 mg / lt toplam çözünmüş madde için yukarıdaki şekilde 4 örneğinde olduğu gibi kalsiyum, alkalinite ve pH çizgileri işaretlenir Sonra kesim noktaları birleştirilir Bu su için nokta yerine BCD zarfı oluşmuştur Onun için su doygun değildir, fakat doygunluk altında veya üstündedir Bunu söylemek için aşağıdaki kural kullanılır Eğer ölçülen kalsiyum değeri pH ve alkalinite çizgilerinin kesişmesinden bulunandan daha büyükse su doygunluğun üstündedir, eğer daha küçükse doygun değildir

Bu örnekte, ölçülmüş kalsiyum değeri ( 28 mg / lt ), alkalinite ve pH çizgilerinin kalsiyum çizgisini kestiği (6 mg / lt) yi aştığı için doygunluk üstündedir Çökme yaparak koruyucu CaCO3 tabakası oluşturulabilir

Bu sudan teorik olarak ne kadar CaCO3 çökelir? Çökme sırasında, doygunluğun üstündeki su (aşırı doygun) kolaylıkla tutabileceğinden fazla olan Ca ve CO3 iyonlarını çökeltir Bu noktadan sonra artık CaCO3 çökmesi olmaz Aşırı doygun sudaki kalsiyum değeri ile doygun haldeki kalsiyum değeri arasındaki fark çökebilecek maksimum CaCO3 ı verir Hesabı tamamlamak için C- L diyagramında doygunluk haldeki kalsiyum değeri bulunmalıdır

Doygunluk hali bulunurken aşağıdaki faktörler kullanılır
1 Asitlik CaCO3 çökmesi sırasında değişmemelidir
2 C2 , CaCO3, çökmesi sırasında değişmemelidir

ÖRNEK 6 : Örnek 5 deki suyun asiditesi pH ve alkalinite çizgilerinin kesiminde 56 mg / lt bulunmuştur(Şekil de C noktası) C2 değeri 42 mg / lt ve asidite değerleri çökme sırasında değişmemiştir Bu şekilde doygun su da başlangıçtakinin aynıdır Asitlik ve C2 nin kesim noktası E doygun suyu gösterir(Ca 17 , Alk 59 , pH 9,01) Diyagramdaki E noktasından bu doğrudan okunabilir Aşırı doygun suda kalsiyum değeri (28 mg / lt) ile doygun suyun kalsiyum değeri (17 mg / lt) arasındaki fark çökebilecek maksimum CaCO3 (11 mg / lt) verir Aynı miktar alkalinite ve kalsiyum çökmesi gerektiğine göre başlangıç alkalinitesi (70 mg / lt) ve doygun su alkalinitesi (59 mg / lt) arasındaki fark da çöken CaCO3 a eşittir (11 mg / lt) Bu şekilde çöken kalsiyum ve çöken alkalinitenin eşit ligi çalışmanın doğruluğunun kontrolü için kullanılabilir

09 Katodik Koruma

Katodik koruma ilk kez 1824 yılında Humphry Davynin bulduğu elektrokimyanın ilk mühendislik uygulamasıdır Bu yöntemin ana prensibi, herhangi bir elektrolit içindeki bir metal yapının korunması gerekli bölümlerinin yapay olarak katot haline getirilmesidir

Buraya kadar anlatılanlara göre borulardaki suyun yarattığı dahili korozyonun kontrolü için, aşağıdaki metotlardan uygulamaya gidilerek yapıla bilinir

a Oksijenin uzaklaştırılması
b Serbest karbon dioksitin uzaklaştırılması
c Koruyucu bir tabaka ile kaplamak
d İç kısımları boya gibi pasif koruyucu ile kaplamak
e Biyokimyasal faaliyeti önlemek için bilhassa dağıtım sisteminin ölçü uçlarında klorlama yapmak

Suyun, korozif olup olmadığı Langeller Denge İndeksi Metodu ile tespit edilebilir Bunun için sudaki Ca, CO3, HCO3 iyonlarının miktarı ile pH değerinin bilinmesi gereklidir