Su Temini Boru Hatlarında Katodik Koruma Teknolojisinin Uygulanması

Kara Su Boru Hatlarında (Çelik Borular ve PCCP) Katodik Koruma Teknolojisi Uygulaması, metal korozyonunu önlemek ve boru hattının servis ömrünü uzatmak için temel yöntemdir. Çelik borular ile Öngerilmeli Beton Silindir Borular (PCCP) arasındaki malzeme özellikleri ve servis ortamlarındaki farklılıklar nedeniyle, katodik korumanın tasarımında ve uygulanmasında önemli farklılıklar vardır.

1. Korozyon Ortamı ve Zorluklar

Ana korozyon türleri:

• Elektrokimyasal korozyon: Toprak nemi, tuzluluk ve oksijen farklılıklarından oluşan korozyon hücreleri.
• Kaçak akım korozyonu: Yakındaki enerji tesislerinden ve demiryolu ulaşımından kaynaklanan akım girişimi.
• Mikrobiyal korozyon (MIC): Sülfat- azaltan bakteriler (SRB), anaerobik topraklarda korozyonu hızlandırır.

Yüksek-riskli alanlar:

• Kaynak dikişleri ve kaplama kusurları: Yerel olarak açıkta kalan çelik borular anot görevi görür.
• Yüksek-tuzlu/düşük dirençli topraklar (ör. kıyı bölgeleri): Korozyon oranları yılda 0,1~0,3 mm'ye ulaşabilir.

2. Katodik Koruma Teknolojisi Seçimi

Kurban Anot Sistemi (Kurban Anot CP, SACP)

1) Uygulanabilir senaryolar:

• Kısa-mesafe (<5 km), small-diameter (
• Toprak veya tatlı su ortamları.

2) Anot malzemeleri:

• Magnezyum alaşımlı anotlar: Yüksek-dirençli topraklar veya tatlı su için uygun, yüksek sürüş voltajı.
• Çinko alaşımlı anotlar: Düşük sürüş voltajı, düşük-dirençli topraklar için uygundur (<1000 Ω·cm).

3) Tasarım parametreleri:

• Koruma akım yoğunluğu: 0,02~10 mA/m² (kaplama kalitesine ve boru hattı senaryolarına bağlı olarak, örneğin bölgesel sistemlerde 3PE-kaplamalı gömülü borular için 5-10 mA/m², 3PE kaplı uzun mesafe boru hatları için 0,01-0,05 mA/m²).
• Anot gömme derinliği: 1,5~2 metre (boru hatlarının altındaki nemli toprak katmanlarında bulunur).

Etkilenmiş Akım Sistemi (Etkilenmiş Akım CP, ICCP)

1) Uygulanabilir senaryolar:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>DN1000) boru hatları.
• Toprak veya su ortamları.

2) Sistem bileşenleri:

• Anot yatakları: Yüksek-silikonlu dökme demir anotlar, MMO (Karışık Metal Oksit) anotlar, grafit anotlar, esnek anotlar vb.
• Güç kaynağı: Sabit potansiyel doğrultucu (Cu/CuSO₄'a karşı -0,85~-1,20 V'deki potansiyeli kontrol eder).
• Referans elektrotları: Kalıcı Cu/CuSO₄ elektrotları (boru hatlarının yakınına gömülü).

3) Tasarımın kilit noktaları:

• Uzak anot yatakları Düzensiz akım dağılımını önlemek için boru hatlarından 50 metreye eşit veya daha büyük.
• Karmaşık araziler veya kentsel yoğun alanlar için dağıtılmış anot yatakları (birden fazla dağılmış nokta).

Temel Teknolojiler ve Kombine Koruma

1) Kaplama + CP sinerjisi:

• Kaplama türleri: 3PE (üç-katmanlı polietilen), FBE (füzyon-bağlı epoksi), vb.
• Kaplama kusur yönetimi: Hasarlı noktalar için CP kapsamı (akım yoğunluğu hasar oranı 10 mA/m²'ye eşit veya daha az)<1%).

2)Yapışma ve yalıtım:

• Korunan boru hatlarını CP akımlarına müdahale edebilecek diğer metal yapılardan yalıtmak için yalıtım flanşları veya bağlantıları kullanın.
• Potansiyel farkları dengelemek için bağlantı kabloları takın.

1. PCCP Korozyon Mekanizması

Yapısal özellikler:

• Çelik silindirlerin etrafına sarılmış öngerilmeli çelik teller, beton dış katmanlarla kaplanmıştır.
• Tel korozyon riskleri: Betonun karbonizasyonu veya klorür nüfuzu pasivasyon filmlerini yok eder.

Korozyon sonuçları:

• Boru patlamalarına yol açan tel kırılmaları (örneğin, Tampa Körfezi, ABD'de 2000 PCCP patlama olayı).

2. CP Teknik Zorlukları

Akım koruma:

• Beton katmanlar akımın kablolara ulaşmasını engelliyor ve özel tasarımlar gerektiriyor.

Hidrojen kırılganlığı riski:

• Aşırı-koruma (potansiyel<-1.00 V vs. Cu/CuSO₄) may cause hydrogen-induced fractures in high-strength wires.

İzleme zorlukları:

• Betona gömülü teller koruyucu katmanlar aracılığıyla potansiyel ölçümleri gerektirir.

3. CP Uygulama Çözümleri

Dağıtılmış anotlar:

• Boru duvarlarının dışındaki toprağa çinko alaşımı kurban anotlar veya MMO şerit anotlar/iletken polimer anotlar takın.

Uzak anot yatakları:

• Mevcut boru hatlarında, beton katmanlara nüfuz etmek için derin-kuyu anot yataklarını kullanın.

Tasarım parametreleri:

• Koruma potansiyeli: Hidrojen kırılganlığını önlemek için -0,85~-1,00 V (Cu/CuSO₄'a kıyasla).
• Akım yoğunluğu: 0,1~1,0 mA/m² (yüksek beton direnci nedeniyle düşük akım talebi).

4. İzleme ve Bakım

Potansiyel izleme:

• Problar: Gerçek zamanlı tel potansiyeli izleme için toprağa gömülü doymuş Cu/CuSO₄ elektrotlar veya betona önceden-gömülü Mn/MnO₂ elektrotlar-.
• Seksiyonel yalıtım: Bağımsız potansiyel izleme için PCCP boru hatlarını bölümlere ayırın.

Tel kopma uyarısı:

• Akustik emisyon (AE): Tel kırılmalarından kaynaklanan stres dalgası sinyallerini tespit edin.
• Elektromanyetik yöntem (EMAT): Kablo bütünlüğünü değerlendirmek için boru yüzeylerini tarayın.

• Çin Limanı Karaçi No.4 Su Boru Hattı EPC Projesi, Pakistan
• JAFURAH Tuzdan Arındırma ve Su Temini Projesi (JFD)
• Önceden paketlenmiş çinko anotlar ve yüksek-saflıkta çinko şerit anotlar kullanan Sincan 180 km PCCP Boru Hattı CP Projesi.
• Xinjiang Kashi Kırsal İçme Suyu Güvenliği Projesi.
• Sincan Pishan Nehri Havzası Ortak Su Temini Projesi (Faz I) CP
• Ningbo Taoyuan Su Tesisi ve Giden Boru Hattı CP Projesi
• Putian Jinzhong Su Merkezi Derivasyon Projesi - Mazu Şubesi Kıyı PCCP Boru Hattı

1. Güncel Zorluklar

• Düzensiz PCCP akım dağılımı: Değişen beton kalınlığı, yerel yetersiz{0}}koruma/aşırı-korumaya neden olur.
• Maliyet-etkinliği: PCCP CP'nin maliyeti çelik boru sistemlerine göre 3~5 kat daha yüksektir (beton nüfuz etme gereklilikleri nedeniyle).
• Hidrojen kırılganlığının kontrolü: Kesin potansiyel düzenlemesi gerektirir (örn. potansiyel sınırlayıcıların kullanılması).

2. Yenilik Yönergeleri

Akıllı anot malzemeleri:

• Kendi kendini-düzenleyen anotlar (akım çıkışını neme/tuzluluğa göre otomatik olarak ayarlar).
• Nano-kompozit anotlar (örneğin, gelişmiş akım verimliliği için CNT-geliştirilmiş MMO).

Dijital izleme:

• Potansiyel, mevcut ve akustik emisyon verilerinin gerçek-zamanlı analizi için IoT (Nesnelerin İnterneti) platformları.
• Korozyonun sıcak noktalarını tahmin etmek ve koruma parametrelerini optimize etmek için makine öğrenimi.

Yeşil teknolojiler:

• Güneş/rüzgar-enerjili ICCP sistemleri (örneğin, Avustralya'nın Snowy Mountains Hidroelektrik Planı).

3. Standartlar ve Spesifikasyonlar

Uluslararası standartlar:

• NACE SP0169 (Yeraltı veya Batık Metalik Boru Sistemlerinde Dış Korozyonun Kontrolü).
• NACE SP0100 (Su veya Atık Su Hizmeti için Beton Basınçlı Boru Hatları ve Harç-Kaplamalı Çelik Boru Hatlarının Dış Korozyonunu Kontrol Etmek için Katodik Koruma).

Çin standartları:

• GB/T 21448-2017 "Gömülü çelik boru hatlarının katodik korumasına yönelik teknik spesifikasyon", gömülü çelik boru hatlarının katodik koruma teknikleri yoluyla korozyondan korunmasına yönelik standartları özetlemektedir.
• GB/T 19685-2017 "Öngerilmeli beton silindir borular", su ve kanalizasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılan öngerilmeli beton silindir borulara yönelik spesifikasyonları sağlar.
• GB/T 28725-2012 "Gömülü öngerilmeli beton silindir boruların katodik koruması", özellikle gömülü öngerilmeli beton silindir borular için katodik koruma standartlarına odaklanarak bunların uzun ömürlülüğünü ve bütünlüğünü sağlar.

Kara suyu boru hatlarındaki (çelik ve PCCP) CP uygulamaları, hedefe yönelik tasarımlar gerektirir:

• Çelik borular: Kaçak akımları ve toprak korozyonunu gidermek için kaplama+CP sinerjisine odaklanın.
• PCCP: Hidrojen kırılganlığı risklerini dengelerken beton katmanlar aracılığıyla doğrudan kablo koruması.

Gelecekteki trendler, uzun mesafeli su aktarımı ve kentsel ağlara yönelik güvenilirlik taleplerini karşılamak ve su altyapısını yüzyıllık-uzun hizmet ömrüne doğru ilerletmek için akıllı izlemeyi,-düşük{0}}hidrojen-kırılgan malzemeleri ve yeşil enerji çözümlerini vurgulamaktadır.