İlgili Firma: Mevsim İklimlendirme İnş. San. Tic. Eskişehir
Konu: Bakır borunun muhtemel H2S ile tetiklenen korozyonuna aynı oranda 304 borunun uğrayıp uğramayacağının belirlenmesi.
Yöntem: Önce servis koşullarında korozyona uğrayan ve tarafımıza teslim edilen bakır boru yüzeyi analiz edilerek servis koşullarında oluşan korozyon ürün tabakasının bileşimi belirlenmiştir. Daha sonra bakır normal koşullarda ve H2S bulunan koşullarda laboratuvarımızda korozyona uğratılarak korozyon hızları karşılaştırılmıştır. H2S bulunan koşullarda laboratuvarımızda korozyona uğratılan bakır yüzeyi analiz edilerek oluşan korozyon ürün tabakası bileşiminin servis koşullarında korozyona uğrayan ve tarafımıza teslim edilen bakır boru yüzeyindeki tabakanın bileşimi ile benzer olup olmadığı tespit edilmiştir. Aynı deneyler/analizler 304 boru ile de gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.
1) Servis koşullarında korozyona uğrayan ve tarafımıza teslim edilen bakır borunun yüzeyi analizi:
Servis koşullarında bakır boru yüzeyinde ağırlıkça %1.67 oranında oksijen ve %12.25 oranında kükürt tespit edilmiştir. Beklenildiği üzere bakır yüzeyinde H2S etkisiyle bir Cu-S tabaka oluşmaktadır. Tipik reaksiyon aşağıdaki gibi olabilir:
2Cu + H2S + ½ O2 ® Cu2S + H2O
Korozyon deneyleri servis koşullarına yaklaşmak için 65°C de gerçekleştirilmiştir. Önce normal koşullarda korozyon ölçümleri yapılmıştır. Daha sonra H2S gazı üretilerek ölçüm yapılan hücreye gönderilmiş ve korozyon hızı üzerinde H2S etkisi belirlenmiştir.
Solda normal koşullarda sağda ise H2S etkisiyle korozyona uğrayan bakır görülmektedir. H2S etkisiyle bakırın rengi tamamen koyulaşmıştır. Bu görüntü korozyon ürün tabakası olan Cu-S ‘ün bakır yüzeyinde yapışarak kaldığını göstermektedir. Bize teslim edilen ve servis koşullarında korozyona uğrayan bakır boru yüzeyinde de benzer tabaka bulunmaktadır.
Yukarıdaki resimde H2S etkisiyle korozyona uğrayan bakır resminde iki bölüm bulunmaktadır. Alt kısımda sıvı içerisinde korozyona uğrayan bölüm üst kısımda da sıvı dışında kalan ancak sadece gaza temas eden bölüm görülmektedir. Her iki bölümün rengi birbirine benzemekle birlikte sıvı içinde kalan bölüm çözünme olduğu için daha açık, gaz- temas bölgesi ise çözünme olmadığı için daha koyu renklidir.
Not: Sıvı ortamda gerçekleşen korozyonu nemli ortamda gerçekleşen korozyon, gaz teması ile gerçekleşen korozyonu ise nemsiz gaz etkisiyle gerçekleşen aşınma olarak düşünebilirsiniz.
Yukarıda normal ortamda ve H2S etkisiyle gerçekleşen bakır korozyonuna ait polarizasyon verileri sunulmuştur. Bu eğrilere göre bakırın korozyon hızının H2S etkisiyle (bizim koşullarımızda) yaklaşık 180 kat arttığı görülmektedir.
Normal koşulda korozyona uğrayan 304 boru ile H2S etkisiyle korozyona uğrayan 304 borunun rengi arasında kayda değer bir fark görülmemektedir. Sadece gaz-temas bölgesi biraz daha koyudur.
304 borunun korozyon hızları karşılaştırıldığında da normal ortama kıyasla H2S etkisiyle gerçekleşen 304 borunun korozyonunun yaklaşık 190 kat arttığı görülmektedir. Diğer bir ifade ile H2S etkisiyle bakırda gerçekleşen artış aynı oranda 304 boruda da gerçekleşmektedir.
Bakır ile 304 borunun korozyon davranışları karşılaştırıldığında hem normal ortamda hem de H2S etkisi altında olan ortamda bakırın korozyon hızı 304 borunun korozyon hızının iki katıdır. Servis koşullarında buruların ömrüyle ilgili bir ön görüde bulunmak mümkün değildir ancak bakırın ömrü 1 yıl ise 304’ ün ömrünün iki yıla yakın olacağı tahmin edilebilir. Bununla birlikte H2S’ ün 304 borunun korozyonunu da çok şiddetli bir biçimde arttırdığı unutulmamalıdır.
Normal ortamda korozyona uğrayan bakır yüzeyinde eser miktarda oksijenden başka bir şey bulunmamaktadır.
H2S etkisi altında korozyona uğrayan bakır yüzeyinde ise ağırlıkça %22 oranın kükürt bulunmaktadır. Bu değer servis koşullarında belirlenen kükürt değerinin iki katına yakındır. Basit bir mantıkla bizim koşullarımızda korozyon hızı normal ortama kıyasla H2S etkisi yaklaşık 200 kat artıyor ise servis koşullarında da normal ortama oranla neredeyse 100 kat hızlı korozyon gerçekleştiğini söyleyebiliriz.
H2S etkisi altında korozyona uğrayan 304 boru yüzeyinde kükürt bulunmaktadır.
H2S etkisi altında korozyona uğrayan 304 borunun gaz ile temas eden bölgesinde ise (4. Sayfada hafif renklenme olduğu belirtilmişti) ağırlıkça %1.3 civarında kükürt tespit edilmiştir.
Çelikte aşağıdaki reaksiyon uyarınca H2S etkisiyle korozyona uğrar:
Ancak FeS yüzeye tutunamaz ve aşağıdaki gibi çözünür:
Bu nedenle 304 boruda bakır gibi korozyona uğramakla birlikte yüzeyinde Fe-S tutunması özellikle sıvı (yada nem) ortamında mümkün olamadığı için bakırdaki gibi bir renk değişimi olamamaktadır.
Yukarıda H2S etkisi altında korozyona uğrayan 304 boru yüzeyinin görüntüsü yeniden verilmiştir. Bu görüntü 304 boruda ciddi tane sınırı korozyonu gerçekleştiğini göstermektedir. Bu korozyon 304 borunun kaynak sürecine bağlı olarak (özellikle dikiş bölgelerine yakın bölümlerde) gerçekleşen bir korozyon türüdür ve çok ciddiye alınmalıdır. Muhtemelen H2S etkisinin bakır borudaki gibi 304 de de çok şiddetli görünmesinin sebebi bize teslim edilen dikişli 304 boruların tane sınırı korozyonuna meyilli olmasından kaynaklanmaktadır.
Sonuç olarak bakır yerine 304 boru kullanılmasının çok sınırlı bir olumlu etkisinin olacağı söylenebilir. Boru kullanım ömrü iki katına kadar çıkabilir. Ancak servis koşulları çok şiddetli korozyonun gerçekleşmesine müsait olduğu için bakır boru yerine 304 boru kullanımının (özellikle dikişli) tavsiye edilmesi çok mümkün değildir. Tane sınırı korozyonundan kurtulmak için 304L yada mümkünse 316L kullanmak biraz daha etkili olabilir. Özellikle çekme dikişsiz boru kullanımı tavsiye edilebilir. Eğer bu iki çelik borunun sunmuş olduğumuz rapor kapsamında benzer analizleri istenir ise laboratuvarımızda bu analizleri de yapabiliriz.
26.04.2018
Metalurji Enstitüsü Müdürü Prof. Dr. Mustafa ANIK
İlgili Firma: Mevsim İklimlendirme İnş. San. Tic. Eskişehir
Konu: 316L dikişsiz borunun H2S içeren ortamdaki korozyonunun araştırılması ve sonuçların bir önceki raporda sunulan Cu boru ile dikişli 304 boru sonuçları ile karşılaştırılması.
Yöntem: 316L dikişsiz boru normal koşullarda ve H2S bulunan koşullarda laboratuvarımızda korozyona uğratılarak her iki ortamdaki korozyon hızları karşılaştırılmıştır. Ayrıca her iki ortamda korozyona uğrayan 316L dikişsiz boru yüzeyi analiz edilmiştir.
Korozyon deneyleri servis koşullarına yaklaşmak için 65°C de gerçekleştirilmiştir. Önce normal koşullarda korozyon ölçümleri yapılmıştır. Daha sonra H2S gazı üretilerek ölçüm yapılan hücreye gönderilmiş ve korozyon hızı üzerinde H2S etkisi belirlenmiştir.
Normal koşulda ve H2S etkisiyle korozyona uğrayan dikişsiz 316L boruların yüzey rengi arasında kayda değer bir fark görülmemektedir.
316L dikişsiz borunun normal koşulda ve H2S etkisiyle gerçekleşen korozyon hızları karşılaştırıldığında H2S etkisiyle 316L borunun korozyon hızında da önemli ölçüde artış görülmektedir. Ancak önemli olan H2S etkisiyle 316L dikişsiz borunun korozyon hızında gerçekleşen artışın, 304 dikişli boru ile bakır borunun korozyon hızında gerçekleşen artış ile kıyaslanmasıdır.
Yukarıda H2S etkisiyle gerçekleşen korozyonlar karşılaştırıldığında 316L dikişsiz borunun korozyon hızının 304 ve bakır boruların korozyon hızlarına nazaran oldukça düşük kaldığı görülmektedir.
Somut veriler ortaya koymak adına aşağıda korozyon akım yoğunlukları sunulmuştur:
|
Korozyon Akım Yoğunlukları (mikroamper/cm2) |
|||
|
|
Cu |
304 Dikişli |
316L Dikişsiz |
|
Ar gaz ortamında |
0,77 |
0,34 |
0,2 |
|
H2S Ortamında |
220 |
38 |
7 |
Basitçe korozyon akım yoğunluğu ne kadar yüksek ise korozyonun o kadar şiddetli gerçekleşeceği söylenebilir. Ancak daha anlaşılır olabilmesi için korozyon hızları mm/yıl birimiyle hesaplanmıştır. Bu birim boyuttan (örneğin borunun çapından) bağımsız olarak
yüzeyden yılda kaç mm korozyona bağlı kayıp olacağını göstermektedir. Dolayısıyla önemli olan boruların et kalınlığıdır. Formül aşağıdaki gibidir:
r = 3.27x10-3 Mi
nD
M: mol ağırlığı (g/mol), D: yoğunluk (g/cm3), n: elektron sayısı (Cu, 304 ve 316L üçü içinde bu sayı 2 dir) ve i: korozyon akım yoğunluğu birimi (mA/cm2 : mA = 10-6 A).
|
Korozyon Hızları (mm/yıl) |
|||
|
|
Cu |
304 Dikişli |
316L Dikişsiz |
|
Ar gaz ortamında |
8,9x10-3 |
3,9x10-3 |
2,3x10-3 |
|
H2S Ortamında |
2,5 |
0,5 |
0,08 |
Yukarıdaki tabloya göre boru et kalınlığı 2,5 mm olan Cu boru, 304 dikişli boru ve 316L dikişsiz borunun bizim laboratuvar koşullarında yarattığımız H2S ortamındaki ömürleri şu şekildedir: Bakır boru 1 yıl (2,5/2,5 = 1), 304 dikişli boru 5 yıl (2,5/0,5 = 5) ve 316L dikişsiz boru yaklaşık 30 yıl (2,5/0,08 = 31).
Elbette laboratuvar koşulları ile servis koşulları farklı olacaktır ancak oran açısından boru ömürleri yaklaşık olarak bizim tahmin ettiğimiz çerçevede olacaktır.
316L dikişsiz borunun bütün koşullarda korozyona uğrayan yüzeyleri birbirlerine benzemektedir. Diğer bir ifade ile 316L dikişsiz boru, 304 dikişli boru gibi H2S etkisi altında tane sınırı korozyonu gibi tehlikeli bir korozyon türüne maruz kalmamaktadır.
Sonuç olarak bakır yerine 304 dikişli boru kullanılmasının bir önceki raporda da belirtildiği üzere çok sınırlı bir olumlu etkisi olacaktır. Ayrıca 304 dikişli boruda tane sınırı korozyonu gerçekleşmektedir ve esasen bu tür korozyonun gerçekleştiği yapılar için sağlıklı bir korozyon ömrü belirlemek çok zordur. Ancak dikişsiz (geleneksel kaynak yapılmamış olan) 316L boru kullanıldığında arzu ettiğiniz korozyon ömrüne ulaşmak mümkün görülmektedir. Kesinlikle tane sınırı korozyonu da gerçekleşmemektedir. Eğer tasarımınıza uygun çapta dikişsiz 316L boru sağlayabilirseniz H2S etkisi altındaki ortamda kullanabilirsiniz. Ancak küçük çaplı boruyu dikişsiz (kaynaksız) bulmada sıkıntı yaşanır ise dikişli 316L boru için benzer araştırma yapılarak karşılaştırılabilir.
09.04.2018
Prof. Dr. Mustafa ANIK Metalurji Enstitüsü Müdürü
