Corrosion control methods in ships and advances in marine coatings
Gemilerde korozyonu önleme yöntemleri ve deniz yapılarında kullanılan kaplamalardaki yeni yöntemlerin incelenmesi
- Tez No: 548437
- Danışmanlar: PROF. DR. SERDAR BEJİ, DOÇ. DR. YASİN ARSLANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Açık Deniz Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Bir geminin denizde hareket etmesini önleyen en önemli kuvvet, deniz suyu ile gemi yüzeyi arasındaki sürtünmedir. Örneğin, ortalama 15-16 knot hızındaki büyük gemilerin enerji tüketiminin % 80'i, yüzey sürtünmesinin üstesinden gelmek için harcanmaktadır. Gemilerden kaynaklanan yüzey pürüzlülüğü, metal yüzeylerin aşınması ve özellikle gemi hareketsiz kaldığında oluşan biyolojik kirlenme nedeniyle artar. Korozyon sorununun ortadan kaldırılması, denizcilik endüstrisinde bize büyük bir ekonomik kazanç sağlayacaktır. Korozyon, deniz ve hava şartları nedeniyle malzemelerin bozulması olarak tanımlanan doğal olarak oluşan bir işlemdir. Metal ve alaşımların çevre ile reaksiyonu kimyasal ve fiziksel özelliklerde istenmeyen değişikliklere neden olur. Metallerin bu şekilde aşınması sadece malzeme kaybı değil, aynı zamanda zaman kaybı ve beklenmeyen kazalar gibi sorunları beraberinde getirir. Korozyon olayı ortamın özelliklerine göre farklı biçimlerde ortaya çıkar ve bir çok malzemede aynı anda görülebilir. Korozyonu doğru anlama ve uygulanabilir azaltma yöntemlerini abrayabilmek etmek için, korozyon çeşitlerini ve görülebileceği hassas ortamları bilmek oldukça önemlidir. Deniz atmosferi korozyon için ideal bir elektrolittir. Son derece iletken olan deniz suyu, temas ettiği metal yapılar için çok aşındırıcı bir ortam oluşturur. Deniz ticareti sektörü, diğer ticari sektörlerle karşılaştırıldığında taşımacılıkta önemli bir paya sahiptir ve kara taşımacılığına göre, gemilerin inşaat ve bakım maliyetleri oldukça yüksektir. Periyodik bakım ve onarım yapılmazsa, 15 yıl gibi kısa bir sürede deniz yapıları, gemiler, petrol ve doğal gaz hatları hurda haline gelir. Deniz suyunun korozif özelliği, özellikle savaş gemileri, uçak gemileri ve denizaltılar gibi savunma teknolojileri açısından pahalı yatırımlar göz önüne alındığında büyük önem taşımaktadır. Gemilerdeki korozyon oranı sistem dizaynı, malzeme kalitesi, deniz suyuna maruz kalma, kargo türleri, çevre şartları, sıcaklık, nem, ortamdaki oksijen ve kimyasal madde oranı gibi bir çok değişkene bağlıdır. Korozyona neden olan etmenler doğanın bir parçası olduğundan tamamen korozyonu engellemek imkansızdır. Gemilerde korozyona en çok maruz kalan hassas mahalleri bilmek ve gerekli önlemleri almak uzun vadede geminin ömrünü uzatabilir. Deniz yapılarının denizin aşındırıcı etkilerinden korunmasında temel olarak iki ilke vardır. Birincisi metal yüzeyin denizle ilişkisini yalıtkan bir kaplama ile kesmek, ikincisi ise metalin denizde çözünmesini engellemek, yani katodik olarak korumaktır. Günümüzde, her iki koruma yöntemi de birbirlerini tamamlamak için birlikte kullanılmaktadır. Katodik koruma, elektrokimyasal korozyon teorisine dayanan korozyon koruma yönteminin temel prensibidir. Katodik koruma, metal yüzey üzerindeki anodik akımların, oluşacak metalik katod ile korunacak hale getirilmesiyle çıkarılması işlemidir. Bu, korunacak olan metalin daha aktif bir metalle (galvanik anot veya kurban anot) eşleştirilmesi veya harici akım uygulanmasıyla sağlanabilir. Kaplamalar, ortamdaki neme, çözünmüş gazlara, asitlere ve diğerlerine karşı koruma sağlar. Ayrıca, kaplamaların uygulanması, iç ve dış bozulmalara karşı direnç göstermesinin yanı sıra termal ve elektriksel izolasyon da sağlar. Konvansiyonel korozyon önleme yöntemlerine ek olarak, gemilerin öncelikli olarak uygun standartlarda tasarlanması ve üretilmesi, sonrasında kalifiye ekip tarafından yönetilmesi ve uygun şekilde korunması gerekmektedir. Korozyon önleme yöntemlerinden ziyade, malzeme seçimi ve sistem dizaynı büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle, tasarımcılar, gemi inşaacılar, tersane işçileri ve mürettebat korozyonu en aza indirerek gemi ömrünü uzatmada önemli bir rol oynamaktadır. Kaplamalar yıllarca paslanmaya karşı korunmak için kullanılmış olsa da, krom, kadmiyum ve arsenik gibi tehlikeli içeriklerinden dolayı endüstrinin kullanım konusunda bazı tereddütleri vardı. Tarihsel olarak, krom (VI) kullanımının kısıtlanmasından sonra, çevre dostu deniz kaplamalarında korozyon önleme konusundaki araştırmalar ve gelişmeler hızla artmıştır. Son yıllarda, yakıt tasarrufu ve düşük emisyon sağlama, bakım ve onarım maliyetlerini düşürme ihtiyaçları, kaplama sistemlerinin yeni düzenlemelere göre daha kolay uygulanabilir ve çevre dostu olmasını zorunlu kılmıştır. Teknolojideki hızlı gelişmelerle birlikte, yeni sağlık ve güvenlik trendlerini takip eden su bazlı kaplamalar, solventsiz ve düşük solventli kaplamalar ile kaplama teknolojisinin çevreye olan zararını en aza indirebilmek için yoğun çaba harcanmaktadır. Ayrıca, hidrofobik ve süperhidrofobik yüzey kaplamalarına karşı artan ilgi, korozyon ve biyolojik kirlenmeyi önlemek için metal endüstrisinde kullanılmaları nedeniyle artmıştır. Bununla birlikte, alaşımlar ve metaller özellikle gemi ve deniz yapıları üzerinde süperhidrofobik yüzeyler oluşturmak, on yıllardır bilim insanlarının ve mühendislerin temel sorunudur. Bu çalışmada, deniz yapılarında standart uygulamalara ek olarak korozyonun etkilerini sınırlamak için kullanılabilecek korozyon önleyici, çevre dostu ve uygun maliyetli deniz kaplamalarının ve yeni kaplama tekniklerinin anlaşılması için literatür çalışması yapılmıştır. Önümüzdeki yıllarda kullanılmak üzere korozyon önleyici süperhidrofobik ve hidrofobik deniz kaplamaları elde etmek amacıyla yapılan çalışmalar incelenmiştir. Bu kaplamaların yüzey sürtünmesini ve korozyonu en aza indirme mantığı basitçe açıklanmıştır. Polimer kaplamaların korozyonu kontrol altına almak için kullanılmasının etkinliğini görmek maksadıyla çelik ve diğer metaller kullanılarak deneyler yapılmış ve elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Laboratuvar çalışması sırasında, elektrospinning yöntemi ile çelik ve diğer örnekler üzerinde hidrofobik yüzeylerin oluşturulması amaçlanmıştır. Elde edilen yüzeylerin morfolojisi ve yüzey pürüzlülüğü taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Son olarak, yüzeylerin korozyon direnci Tafel ekstrapolasyon yöntemiyle değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, arzulanan kabiliyeti elde etmek için kullanılan parçacıkların yoğunluğundan dolayı çatlaksız hidrofobik bir yüzey oluşturmanın zor olacağı görülmüştür. Laboratuvar ortamında elde edilen sonuçlar ile diğer araştırmacılar tarafından yapılan çıkarımlar ve tecrübeler göz önüne alındığında; süperhidrofobik kaplamaların endüstriyel ölçekte gemilerde ve deniz yapılarında korozyon kontrolü sağlaması maksadıyla kullanılabilmesi için daha kapsamlı, deniz yapılarına uygulanabilir, düşük maliyetli ve çevre dostu yöntemlerin geliştirilmesine ihtiyaç olduğu tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The most important force that prevents a ship from moving in the sea is the friction between the sea and the surface of the ship which is in direct contact with sea water. For example, 80% of the energy consumption of large vessels with an average speed of 15-16 knots is spent to overcome the surface friction. The surface roughness of the vessels increases as a result of the corrosion of the metal surfaces on the ships and the deformation of the biological surfaces, especially when immobilized. The elimination of the problem of corrosion will give us a huge economic gain in the maritime industry. Corrosion is a naturally occurring process that is defined as degradation of materials over a period due to environmental exposure. This reaction of the metal and the alloys with the environment, causes undesirable changes in chemical or other properties. Corrosion of metals in this way presents us with various engineering problems. Corrosion is not only caused by material loss, but also the cost of installation of new material, such as loss of time and unexpected accidents. Marine atmosphere is an ideal electrolyte for corrosion. Sea water, which is highly conductive, forms a highly corrosive environment for the metal structures it contacts. The maritime trade sector has a considerable share in transportation compared to other commercial sectors, whereas compared to land transportation, the construction and maintenance costs of ships are extremely high. Ships, oil and natural gas lines become scrap if maintenance and repair is not done well in a short period of 15 years. Corrosion rate on the ships depends on the exposure to sea water and the type of cargoes which causes deterioration at cargo holds and tanks. Corrosive efficiency of seawater is of great importance considering the very expensive investments especially in terms of defense technologies such as warships, aircraft carriers and submarines. There are basically two principles in the protection of marine structures from the corrosive effects of the sea. The first is to cut the relationship of the metal surface with the sea with an insulating coating, like paint, and the second is to apply a method to prevent the metal from being dissolved in the sea, to protect it cathodically. Today, both types of protection methods are used together to complement each other. Cathodic protection is the basic principle of corrosion protection method based on electrochemical corrosion theory. Cathodic protection is the process of removing the anodic currents on the metal surface by making the metal to be protected into a cathode of an electrochemical cell to be formed. This can be achieved by matching the metal to be protected with a more active metal (galvanic anode or sacrificial anode) or by applying external current. Coatings provide protection against moisture in the environment, dissolved gases, acids and others. Furthermore, the application of coatings provides with thermal and electric isolation in addition to resistance to interior and exterior deterioration. In addition to conventional corrosion control methods, the ships must be built and designed at good standards, managed by qualified crew and maintained properly. Thus, the designers, constructers, crew and repairers play an essential role in extending the life of ship by minimizing corrosion. Although marine coatings have been used for years to protect against corrosion, the industry had some hesitations about using them due to their dangerous content, such as chromium, cadmium, and arsenic. Historically, after the restriction of the chromium (VI) use, the researches and developments on ecofriendly marine coatings for corrosion prevention have boomed rapidly. The need for fuel-saving, low-emission and reducing maintenance or repair costs have made it compulsory for the coating systems to be sturdier and more user-friendly in terms of practice according to new regulations. With rapid developments, coatings and paint technology has been adapted to the environment by the applications of water-based coatings, solvent-free and solvent-less coatings that follow new health and safety trends. In addition, the growing interest towards the hydrophobic and superhydrophobic surface coatings has risen due to using them in metal industry for preventing corrosion and fouling. However, composing superhydrophobic surfaces on alloys or metals, especially ships and marine structures, has been the basic concern of scientists and scholars for decades. In this study, literature study has been made on understanding controlling corrosion and coating techniques that can be used to limit the effects of corrosion in addition to standard applications on marine structures. The concerted efforts due to develop environmentally friendly and cost-effective marine coatings are gleaned. An investigation has been made in order to evaluate the efficiency of polymeric coatings on the steel and other metals by coating them in order to reduce corrosion in a variety of circumstances. During laboratory study, it is intended to compose hydrophobic surfaces on steel and other samples by electrospinning process. The morphology and surface roughness of the obtained surfaces have characterized by scanning electron microscopy (SEM). Finally, the corrosion resistance of surfaces has evaluated by Tafel extrapolation method.
Benzer Tezler
- Türk boksitlerinin kullanılması ile refrakter kalsiyum alüminatların üretimi
Production of refractory calcium aluminates by using Turkish bauxites
CENGİZ KAYA
- Metal yüzeylerin bor maddesiyle kaplanıp yangına olan dayanıklılık ve ısı yalıtımının izlenmesi
Monitoring fire resistance and thermal insulation by coating metal surfaces with boron substance
ULVİ TOPÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Anabilim Dalı
PROF. DR. HAKAN SERHAD SOYHAN
- Bilgisayar destekli bakım yöntemleri ve gemilerde bakım yönetimi
Computer aided maintenance methods and ship maintenance management
M. MAHİR AYRANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz İşletmeleri Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ SALİM SÖĞÜT
- İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi katodik koruma uygulamaları ve ekonomik analiz
Istanbul Water and Sewerage Administration cathodic protection applications and economical analysis
YUSUF MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİM AY