Stokoklama Tankları için Koruyucu Kaplamalar

Stokoklama Tankları için Koruyucu Kaplamalar

Günümüzde sanayi tipi atık su arıtımından petrol ve türevleri gibi sıvı ve gaz yakıtların depolanmasına, sıvı veya kuru gıdaların saklanmasına kadar birçok alanda, beton, termoplastik veya metal gibi farklı malzemelerden üretilen stoklama tanklarına ihtiyaç gitgide artmaktadır. Özellikle karbon çelik stoklama tanklarının toprak altına gömülü uygulamalarında yer altı korozyonuna karşı, yer üstündeki uygulamalarında ise atmosferik korozyona karşı koruma sağlanmalıdır. Ayrıca, tank içine depolanan maddenin kimyasal ve fiziksel özelliklerine göre uygun tank içi organik kaplamanın seçimi de oldukça önemlidir.

EN ISO 12944 uluslararası standardı korozif ortamları atmosferik, sıçrama bölgesi ve daldırma olarak üç grupta sınıflandırmaktadır. Daldırma tipi ortamlar, tatlı su, deniz suyu ve toprak altı olmak üzere (sırasıyla Im1, Im2 ve Im3) üç alt gruba ayrılmıştır. Stoklama tanklarının yer altındaki uygulamalarında karşılaştığı korozif ortam genellikle EN ISO 12944’e göre Im3 sınıfına girmektedir [1].

Yer Altı Korozyonu

Yere kısmen veya tamamen gömülü yapılarda, yapıyı çevreleyen toprağın türü, nemi, tuz ve oksijen içeriği ve pH değeri metalin korozyona uğrama hızını etkilemektedir. Örneğin, farklı toprak türleri içinden geçen bir boru hattında kumlu, çakıllı alanlardaki yüksek oksijen içeriği ve killi alanlardaki düşük oksijen içeriği nedeniyle bölgesel korozyon hücreleri oluşabilmektedir. Yüksek oksijen seviyesine sahip alandaki metal katot olur, killi toprakta bulunan metal korozyona uğrar. Stoklama tanklarının etrafında ise çoğunlukla benzer toprak yapısı bulunması bu tip tankların korozyona uğrama hızını yavaşlatmaktadır. Toprak altındaki stoklama tanklarının drenajının sağlanması ve etrafının kum, çakıl gibi yüksek oksijen derişimine sahip malzemelerle doldurulması korozyon hızının düşürülmesi için gereklidir.

Günümüzde gitgide önemi artan atık su arıtma tesislerinde bulunan tankların yapımında kullanılan en ekonomik maddelerden biri yumuşak çelik ya da karbon çeliğidir. Karbon çeliği çok çeşitli korozyon mekanizmalarına sahiptir; bütün mekanizmalarda, suyun çözünmüş iyonlar ve oksijene dayalı korozyon yapıcılığı etkilidir. Karbon çeliği pH’ya karşı duyarlıdır ve çok düşük pH’larda (asidik koşullar) önemli ölçüde korozyona uğrar. pH 8.5’i aştıkça korozyon hızı azalır ancak, çok yüksek pH’larda (pH 12’nin üzerinde kostik koşullar) korozyon hızı artar. Bu kadar geniş bir pH aralığında, karbon çeliğinden yapılmış bir stoklama tankını korozyona karşı korumada en etkili yöntemlerden biri katodik korumadır [2].

Katodik Koruma

Bir elektrokimyasal pil hücresinde anodik alanda (anotta) metal yükseltgenmesi sonucu metal kaybı oluşurken katodik alanda (katotta) elektronlar yükseltgen ile tepkimeye girer ve katot korozyona uğramaz. Katodik koruma yöntemi, bu ilkeden yola çıkarak, korozyon hücresinde korunacak metalin katot olarak işlev görmesinin sağlanmasıdır. Pratikte katodik koruma, korunacak metali galvanik bağlantı ile daha aktif bir metal (kurban anot) ile bağlayarak veya dışarıdan bir akım (impressed current) uygulayarak, elektron kaynağı olarak anot yerine bu akımı kullanarak Şekil 1’de gösterildiği gibi sağlanabilir.

Ev tipi su ısıtıcılarda su içindeki parçaları korumak için magnezyum çubuklar kullanılması veya çinko esaslı kaplamalarda çinkonun indirgenme potansiyalinin (Standart Hidrojen Elektrotuna göre -0.76 volt) demire göre düşük olması nedeniyle çinkonun korozyona uğrayıp uygulandığı yüzeyi koruması da katodik korumaya örnektir.


Şekil 1. (a) Kurban anot ile katodik koruma ve (b) dış akım kaynaklı katodik koruma

Katodik koruma yöntemi deniz suyu veya yer altındaki yapıların (stoklama tankları, boru hatları vb.) korunmasında sıklıkla kullanılır. Katodik koruma korozyona karşı oldukça etkili olmasına rağmen bir zayıf yönü vardır. Korunacak yüzey nemli toprak veya tuzlu su gibi bir elektrolit ile sarılmış olmalıdır. Ancak bu şekilde metal üzerinde bir elektrik akımı yaratılabilir.

Her metalin içinde bulunduğu elektrolitin pH’ına ve kendi potansiyeline göre davranışı Pourbaix grafiğinden öngörülebilir. Metalin korozyona uğrayıp uğramayacağı ortamın pH’ına ve metalin sahip olduğu indigenme potansiyeline (SHE’ye göre ölçülmüştür) bağlı olarak değişmektedir.

Şekil 2’de çelik için verilen Pourbaix grafiğinde geniş bir pH aralığında düşük korozyon hızına sahip bölgeler ve korozyonun gerçekleşmediği bölgeler düz çizgilerle ayrılmıştır. Bu grafikte üstteki kesikli çizginin üzerinde su molekülleri elektrolizle ayrıştırılarak oksijen gazını (O2) ve hidrojen iyonlarını (H+) ortaya çıkarırken, alttaki kesikli çizginin altında ise su molekülleri hidrojen gazına (H2) ayrışır.

Şekil 2. Su içindeki çeliğin indirgenme potansiyelinin pH değerine göre değişimi (Pourbaix grafiği) [3]

 

Örneğin, Şekil 2’deki Pourbaix grafiğinde pH’ın 7 olduğu ve çeliğin indirgenme potansiyelinin -0.44 volt (SHE’ye göre ölçülmüştür) olduğu siyah nokta, pH değerini sabit tutarak daha yüksek bir negatif potansiyel uygulandığında, korozyonun gerçekleşmeyeceği bölgeye doğru kayacaktır. Çeliğin indirgenme potansiyeli, -0.65 volt (SHE)’un altındaki bu bölgeye yukarıda belirtilen katodik koruma yöntemlerinden biri ile indirilirse, çeliğin korozyonu katodik koruma ile durdurulabilecektir. Katodik koruma yer altındaki tankların, boru hatlarının korunmasında sıklıkla tercih edilen bir yöntemdir.

Yer altındaki ve üstündeki stoklama tanklarının, hem içinin hem dışının organik kaplamalar ile korunması tankın servis ömrünü uzatır. Çelik yapı yer üstünde kullanılacaksa atmosferik korozyona karşı koruma sağlayabilen organik kaplamalar (EN ISO 12944’e göre C4-C5 sınıfları), yer altında ise Çizelge 1’de belirtilen organik kaplamalar tercih edilmelidir.

Yer Altı Stoklama Tanklarının Dış Yüzeyinde Kullanılan Organik Kaplamalar

EN ISO 12944’e göre Im3 için önerilen organik kaplama türleri ve kuru film kalınlıkları Çizelge 1’de verilmiştir.

 

 

Çizelge 1. EN ISO 12944’e göre Im3 için önerilen organik kaplama türleri ve kuru film kalınlıkları [4]

Organik yapılı çinkoca zengin epoksi, çinko metalinin katodik koruma yaparak metali koruması nedeniyle tercih edilmektedir. Bu tip kaplamalarda anotta çinko katyonları ve katotta hidroksil iyonları oluşmaktadır. Hidroksil iyonları oldukça bazik bir ortam yarattığından bu tip kaplamalarda kullanılan bağlayıcıların epoksi veya klor kauçuk reçineleri gibi sabunlaşmaya ve bazik hidrolize dayanıklı olması gerekir.

Kömür katranının insan sağlığına olumsuz etkileri nedeniyle kullanımı azalmakla beraber daha açık renkli ve insan sağlığına zararı daha az olan hidrokarbon reçineleri ile modifiye edilmiş epoksi ve poliüretan kaplamalar tercih edilmektedir.

Stoklama Tanklarının İçinde Kullanılan Organik Kaplamalar

Stoklama tanklarının içinde kullanılacak kaplamalar, saklanacak maddenin tahrip edici özellikleri, sıcaklığı, kimyasal ve fiziksel özelliklerine göre seçilmelidir. Tank içlerinde çoğunlukla tercih edilen organik kaplama tipi yüksek çapraz bağ yoğunluğuna sahip Bisfenol A, F veya fenolik novolak esaslı solventsiz veya solventli epoksi kaplamalardır. Çizelge 2’de üç kaplama türünün öne çıkan özellikleri karşılaştırılmaktadır.

Ticari olarak en çok üretilen epoksi bağlayıcı tipi Bisfenol A esaslıdır. Farklı uygulama alanları için, farklı molekül ağırlıklarına sahip bisfenol A epoksi bağlayıcılar bulunmaktadır. Bisfenol F ve novolak epoksi bağlayıcıların kullanımı, yüksek kimyasal olan ve sürekli ısıl dayanımın gerekli olduğu, kimyasal ürünlerin ve petrol ürünlerinin depolama tanklarının içi kaplamalarında öne çıkmaktadır.

Bisfenol F bağlayıcılar, fenol ile bisfenol A’da kullanılan aseton yerine formaldehitin tepkimesinden oluşan bisfenol F’nin epiklorhidrin ile tepkimesiyle oluşan bisfenol F’nin diglisidil eteridir (DGEBF). Bisfenol F bağlayıcılar, metil gruplarını içermediğinden bisfenol A bağlayıcılara göre daha düşük molekül ağırlığına ve viskoziteye sahiptir. Bununla birlikte, üç fonksiyonlu epoksi moleküllerinin fazlalığı nedeniyle bisfenol A bağlayıcılara (n=1.9) göre daha yüksek fonksiyonaliteye (n=2.1) sahiptir. Bu yüksek fonksiyonalite uygun amin sertleştiriciler ile kullanıldıklarında daha yüksek çapraz bağ yoğunluğu ve sonuç olarak yüksek kimyasal dayanıma sahip kaplamalar oluşturmalarını sağlar.

Ancak sahip oldukları düşük molekül ağırlığı ve yapılarındaki farklılık nedeniyle bu tip reçinelerin kürlenme süreleri bisfenol A bağlayıcılara göre daha uzundur. Özellikle içme suyu tanklarının organik kaplamalarında solvent kullanımının tercih edilmemesi bisfenol F bağlayıcıları düşük viskoziteleri nedeniyle öne çıkarmaktadır. Fenolik novolak tipi reçineler bisfenol F bağlayıcıların daha fazla fonksiyonel gruba (n=2.5-3.4) sahip tipidir. Genellikle yüksek viskoziteli olan bu bağlayıcılar stokiometrinin üzerinde fenol ve formaldehidin asidik ortamda tepkimesi ile oluşan fenolik novolakın epiklorhidrin ile tepkimesiyle elde edilir.

Novolak epoksilerin sahip oldukları aromatik yapı ve yüksek fonksiyonaliteleri sıcaklık ve kimyasallara karşı dayanımlarını bisfenol A ve bisfenol F reçinelere göre daha üstün kılar [5-6].

Novolak epoksi reçinelerin üretimi sırasında viskoziteleri ve epoksi eşdeğer ağırlıklarının artmasına rağmen, fonksiyonaliteleri sabit kalır. Bu nedenle, yüksek kimyasal dayanıma ve düşük VOC’ye sahip tank kaplamaları için en düşük viskozitede en yüksek fonksiyonaliteye sahip novolak reçineyi seçmek gereklidir [5- 7]. Epoksi reçineler ile kullanılacak amin tipi sertleştiricilerin sıcaklığa ve farklı kimyasallara karşı dayanımları da değişmektedir (Çizelge 3). En yüksek asit ve sıcaklık dayanımının, iki fonksiyonlu alifatik aminlerin katı haldeki aromatik analogları olan aromatik aminlerle sağlanabilmesine rağmen, aromatik aminler yerine insan sağlığına olumsuz etkileri nedeniyle izoforon diamin ve PACM gibi sikloalifatik aminler kullanabilmektedir.

Çizelge 3. Kimyasal dayanımı yüksek kaplamalarda kullanılabilecek amin tipi sertleştiriciler [5]

 

Organik kaplamalar içinde kullanılan dolguların ve pigmentlerin kimyasallara karşı dayanımı, tüm kaplamanın performansını belirlemektedir. Organik kaplama içinde kullanılan dolguların çoğunun asit ve alkalilere karşı dayanımı yüksektir. Örneğin, baryum sülfat ve silika, inert yapıları nedeniyle kimyasal dayanımı yüksek kaplamalarda sıklıkla tercih edilmektedir.

Nefelin siyanit, feldispat, alüminyum silikat gibi mineraller de kimyasal dayanımı yüksek kaplamalarda kullanılabilmektedir. Kalsiyum karbonat ve özellikle yüzey işlemsiz wollastonitin, asitlere karşı dayanımının düşük olması, bu tip kaplamalarda kullanımını engellemektedir. Mika, talk ve kloritin, sahip oldukları yapraksı yapının özellikle organik asitlerin ve çözgenlerin organik kaplama filmine girişini azaltması nedeniyle, kimyasal dayanımı yüksek kaplamalarda kullanımı artmaktadır [8].

 


Deniz

KAYA