petrol ürünleri yerüstü depolama tanklarında korozyon

PETROL ÜRÜNLERİ YERÜSTÜ DEPOLAMA TANKLARINDA
KOROZYON MEKANİZMALARI VE TAHRİBATSIZ MUAYENESİ
Ertuğrul YILMAZ* ve Koray YURTIŞIK*
*HDM Kalite Kontrol Teknolojileri Hizmetleri Ltd. Şti.
Özet
Saha tanklarında kullanılan karbon çeliklerindeki korozyon, çeliğin sıvı ya da gaz
haldeki petrol ürünü, prosesten gelen saf su veya ürünün taşınması esnasında
alınan deniz suyu ve beton ya da toprak zeminle etkileşimi sonucu oluşmaktadır.
Korozyona bağlı kayıplar işletmelerin en büyük sorunlarından biridir. İşletmelerin
bunun bilincinde olup, depolama tanklarının kontrollerini yaptırmaları, verimlilik ve
iş güvenliği açısından oldukça önem taşımaktadır. Petrol Ofisi A.Ş.’nin 99 adet
petrol ürünü depolama tankının taban, tavan ve donam saclarında, kaçak manyetik
akı ve/veya ultrasonik yöntemlere dayalı korozyon incelemeleri yapılmıştır. Bu
çalışmada, yapılan incelemelerin sonuçları istatistiksel olarak değerlendirilmiş ve
korozyon mekanizmaları tartışılmıştır.
Abstract
Corrosion on the low alloy carbon steels used on oil tanks is originated because of
the interaction between the soil/concrete support or oil product which is in
liquid/gas phase and the steel itself. Losses due to the corrosion on oil tanks are
one of the most significant problems of plants. As far as the efficiency and security
are concerned, the corrosion control will be an important task. 99 ea. oil tanks of
Petrol Ofisi A.Ş. have been inspected via magnetic flux leakage and ultrasound
techniques. The possible corrosion mechanisms and inspection results were
discussed.
Keywords: MFL, Aboveground Storage Tanks, Corrosion.
1. GİRİŞ
Depolama tanklarında sızdırmazlık hem endüstriyel açıdan hem de insan ve çevre
sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır. Ancak (elektro)kimyasal ya da
mekanik etkiler sonucunda depolama tanklarında zaman zaman yakıt sızmaları ile
karşılaşılmaktadır. Yakıt sızmalarının olmadığı durumlarda bile, tank tabanı ya da
donamı (gövde) saclarında korozyon nedenli incelmeler olabilmektedir. Bu durum,
belirli periyodlarda izlenilmediği takdirde, tank tabanının veya donam saclarının
özellikle soğuk havalarda aniden yırtılması sonucu çok miktarda yakıtın ani
boşalmasına neden olabilmekte, bu yüzden, yangın ve çevre kirliliği riski
artmaktadır.
Petrokimya endustrisinde kullanılan yerüstü depolama tankları, ortamdaki nem ve
korozif maddelerin etkisi altında kalmaktadır [1,2]. Özellikle deniz kenarında
konuşlandırılmış depolama tanklarının, deniz suyuna maruz kalmaları ölçüsünde,
korozyon problemleri artar [3]. Tanklar, oldukça büyük yükler ve büyük hacimde
petrol ürünü taşımaktadır, bu nedenle korozyondan korunma teknikleri ve korozyon
kontrolu de büyük önem taşımaktadır.
Yerüstü depolama tanklarının tabanlarında korozyon iki yönlüdür. Birincisi tank
tabanının zeminle temas ettiği kısmın yağmur veya yeraltı suları ile etkileşimi
sonucu ouşan korozyon, ikincisi tank içinde ve özellikle nakliye esnasında gelen
deniz suyunun neden olduğu korozyondur. Yerüstü depolama tanklarının tabanları
zeminle temas eden kısmı korozyondan genellikle ‘Dış Akım Kaynaklı Katodik
Koruma’ ile korunulmaya çalışılmaktadır. Ancak, taban saclarının, zemine
tamamen temas etmediği durumlarda, katodik koruma işlevsiz kalmaktadır. Tankın
dolu ve boş olması durumları arasında, taban sacları, üstlerine binen yükün
değişmesi nedeniyle elastik olarak deforme olmaktadırlar. Bu deformasyon
sonucunda da sac ile zemin arasında boşluklar kalmaktadır. Bir diğer koruma
yöntemi olan kaplamalarda zaman içinde aşınmakta ve aşındığı noktalarda
korozyon bölgesel olarak hızlandırıcı bir etki yaratmaktadır. Dolayısıyla tanklarda,
korozyondan koruma yöntemlerine başvurulsa bile, belli periyotlarla korozyon
kontrollerinin yapılması şarttır.
Geçmişte, işletmelerde, depolama tanklarında düşük seviyelerde ürün kaçaklarına
izin verilebiliyordu. Ancak günümüz teknolojisiyle hızlı ve güvenilir özelleşmiş
tekniklerle yapılacak tank muayenelerinin maliyeti, ürün kaybı maliyetinin çok
altında olmaktadır. Öte yandan, günümüz çevre düzenlemeleri, ürün sızmalarına
ve çevreye olası zararlarına oldukça önem vermekte ve önemli miktarlarda para
cezaları vermektedir. Ayrıca, işletmelerin bu konuya verdikleri önem de şirket
prestijlerini belirleyen etmenler arasına girmiştir.
Tahribatsız muayene alanında, depolama tanklarında korozyonun saptanması
amaçlı çeşitli teknikler geliştirilmiş ve kullanılmıştır. Kaçak Manyetik Akı (Magnetic
Flux Leakage – MFL), KMA, etkin ve en düşük maliyetli korozyon izleme tekniği
olarak değerlendirilmektedir [4,5]. Cihazların, doğru şekilde kalibre edilmeleri ve
test sırasında elde edilen verilerin doğru şekilde değerlendirilmeleri, etkin bir
korozyon izleme için şarttır. Oyuklanma geometrisi, cihazın test hızı, test
parçasının manyetik özellikleri ve test sırasında, test parçası üzerinde oluşan
gerilimler, KMA sinyallerini etkileyen başlıca etmenlerdir [4]. Bu durum, cihazların
kullanılmasında ve sinyallerin değerlendirilmesinde deneyimi ön plana
çıkarmaktadır.
2. TANKLARIN TAHRİBATSIZ MUAYENESİ ÇALIŞMALARI
Petrol Ofisi AŞ.’nin 10 ayrı tesisindeki 99 adet tankı, KMA ve UT cihazları ve gözle
muayene ile incelenmiştir. Bu çalışma, tankların tabanında çelik saclardardaki
korozyon incelemelerini içermektedir.
KMA cihazı (Şekil 1), 350X200X50 boyutlarında 1 Tesla akı şiddetine sahip
Samaryum Kobalt (SmCo) kalıcı mıknatısı sayesinde taban sacına manyetik akı
vermektedir. Çelik sac üzerindeki bir korozyon oyuklanması, sacın kendine göre
daha düşük manyetik geçirgenliğe sahip bir bölge oluşturmaktadır. Bu düşük
geçigenlik nedeniyle oyuklanma çevresinde manyetik akı çizgileri sapma
yapmaktadır. Oyuklanma çevresinde, sacın dışına ya da iç bölgesine doğru sapma
yapan manyetik akı çizgileri kaçak manyetik akı olarak adlandırılır. Test prensibi,
bu kaçak manyetik akıların bir Hall probu ile algılanması ve yorumlanmasına
dayanmaktadır (Şekil 2).
KMA ve ultrasonik testler öncesi sac yüzeyi çelik grid veya silika kum püskürtülerek
temizlenmektedir (Sand blasting). Testler için yüzey hazırlama kalitesi, en az bir
İsveç yüzey hazırlama standardı olan SIS 055900’e Sa1.5 olmalıdır. Her test
öncesi cihaz, hatasız bir sac üzerinde, bir UT cihazı yardımıyla kalibre
edilmektedir. KMA test cihazı sac üzerinde boyuna doğrultuda 350 mm/saniye
hızıyla, sacın üst ve alt (zemin) tarafındaki hatalı bölgeleri saptamada
kullanılmıştır. Hatalar ve et kalınlıkları ultrasonik test cihazlarıyla tanımlanmıştır.
Şekil 1. Kaçak Manyetik Akı Prensibine dayalı olarak tank muayenesinde
kullanılan tarayıcı cihaz.
Şekil 2. Kaçak Manyetik Akı Prensibi ve mıknatıs/hall sensörünün cihaz
üzerindeki konumu.
3. ÇALIŞMA SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRİLMESİ
Test edilen tank tabanlarında, görsel, KMA ve UT incelemeler sonrası elde edilen
veriler yorumlanmış ve tanklar, bulundukları yer, depoladıkları petrol türevi ve
yaşlarına göre korozyon yoğunlukları karşılaştırılmıştır. Tankların taban
saclarındaki korozyon noktaları, konumu ve şekline bağlı olarak değişen
parametrelerle çarpılmış ve veriler, her karşılaştırma sınıfı için normalize edilmeye
çalışılmıştır.
Şekil 3’te tankların yaşlarına göre korozyon yoğunlukları görülmektedir. İnşaat yılı
ve taban sacının yenilenmesine dair bilgilerin güvenilir olduğu 89 tank bu
sınıflandırmada yer almıştır. Yaşlarına göre tankları değerlendirirken veriler, tank
taban sacının, sac-toprak ya da sac-beton teması olan yüzeyinde oluşan korozyon
için çarpan 2, sac-ürün (deniz suyu veya su) ile teması olan yüzeydeki korozyon
için çarpan 5 alınarak normalize edilmiştir. Taban saclarını birbirleriyle ve donam
saclarıyla birleştiren kaynak dikişlerinde saptanan çatlakların oluşumunda, hidrojen
ilişkili korozyon mekanizmaların etkisinin yanısıra [6], tankın servis ömrü süresince
üzerinde oluşan yüklenmelerin ve kaynağın yeterli kalitede yapılmamış olma
olasılığı da düşünülerek çarpan 1 olarak belirlenmiştir.
60
50
40
Korozyon Endeksi 30
20
10
10
24
27
46
19
Tank Yasi
21
35
31
20
10
11
9
7
5
3
21
1
0
36
43
36
57
26
25
33
Şekil 3. Tank yaşına karşılık,hesaplanan korozyon endeksi grafiği. Genç
tankların bazılarında gözlemlenen aşırı oyuklanma korozyonu, korozyon
endeksi değerlerini yükseltmektedir.
Yaşlarına göre tankların karşılaştırılmaları sonucu, tanklarda uzun ve kısa-dönem
olmak üzere iki tip korozyon tahribatı gözlemliyoruz. Metallerin elektrokimyasal
korozyonu bilindiği üzere, anot, katot ve elektrolit olmak üzere üç kısımdan
oluşmaktadır. Anot, daha fazla enerji yüklü olduğu için, okside olarak enerjisini
düşürmeye çalışırken, katot daha düşük enerjiye sahiptir ve dolayısıyla korozyona
uğramaz. Ortamdaki elektrolit katotla anot arasındaki devreyi tamamlayarak
galvanik hücre oluşumunu sağlar. Galvanik hücre içinde, demir iyonları elektrolit
içinde yol alarak katot yüzeyinde birikirler. Eğer katot, anoda oranla daha büyük bir
yüzey alanına sahipse, oyuklanma korozyonu olarak tanımlanan korozyon tipiyle
karşılaşırız. Eğer anot ve katot arasında çok büyük alan farklılıkları yoksa, baskın
korozyon tipi uzun dönemli ve genel korozyondur.
Genel korozyon olduğu durumlarda, genel korozyon hızına bağlı olarak öngörülen
toleranslarla kullanılacak sacın kalınlığı belirlenebilir. Ancak, özellikle tank
tabanında ve ilk donam saclarında daha çok karşılaşılan korozyon tipi oyuklanma
(piting) korozyonudur. Genç tankların bazılarında görülen aşırı oyuklanma
korozyonun sebebi şuna bağlanmaktadır: Yeni sacların yüzeyinde, çeliğe göre
katodik karaktere sahip bir tabaka bulunmaktadır. Tank inşası sırasında, bu
tabakada oluşan kılcal çatlaklar yoluyla ürün-su karışımından oluşan elektrolit
ortama açılan çelik, üzerindeki tabakayla birlikte galvanik hücreyi oluşturur. Ancak
yukarıda anlatıldığı gibi, bu durumda katot ve anot yüzeyleri birbirine orantısızdır
ve dolayısıyla kısa dönemli oyuklanma korozyonu baskın olan korozyon tipi
olmaktadır. Zamanla, sacın yüzeyi elektriksel olarak homojen bir karaktere sahip
oldukça, oyuklanma korozyonu hızında da düşüş olmaktadır (Şekil 4). Öte yandan,
yeni tanklara, eski tanklardan ürün aktarıldığında da, beklenenden hızlı bir
korozyon mekanizmasıyla karşılaşılabilir.
Et Kalinliginda Azalma (mm/ yil)
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Yas (yil)
Şekil 4. Tank yaşına karşılık, bir yılda tank taban sacındaki incelme miktarı.
Genç tanklarda birim zamandaki korozyonla metal kaybı yüksekken, değer
tank yaşlandıkça düşmektedir.
Depolama tanklarının iç kısımlarında, tankta depolanan ürüne ya da tankın
yapısına bağlı olarak özel birtakım kimyasal korozyon mekanizmalarından söz
edilebilir. Ortam sıcaklığı, pH değeri, tankın yapısı, ürünün içerdiği iyonlar, akıcılığı
ve durağan ya da haraketli olması, korozyon mekanizmalarının tanımlanmasındaki
önemli parametrelerden bazılarıdır. Şekil 5’te değişik ürün depolanan tankların
korozyon miktarındaki karşılaştırmaya bakılırsa, kalorifer yakıtı ve fuel-oil’in, diğer
ürün sınıflarına görece daha agresif bir ortam oluşturduğu, gaz yağının ise en az
agresif yapıya sahip olduğu görülmektedir. Ancak değişik ürün içeren tanklarda
ortalama değerlerde korozyon miktarı açısından farkın çok az olduğu ve temel
olarak, depolama tanklarında ortamda bulunan deniz suyunun neden olduğu
elektrokimyasal korozyonunun baskın olduğu görülmektedir. Petrol ürünleri iyi bir
elektrolit ortam oluşturamadıkları için, korozyonun görece, tanklara ürün
depolanırken içeriye giren deniz suyundan kaynaklandığı sonucu çıkmaktadır.
Suda çözünmüş haldeki tuzlar (örneğin klorlu bileşikler) elektrokimyasal
korozyonun başlıca kaynağıdır.
60
50
40
Korozyon Endeksi 30
20
10
0
Gaz Yagi
Super
Jet A1
Normal
Fuel Oil
Kursunsuz
Kal-yak
M otorin
Şekil 5. Depolama tanklarında ürün içeriğine karşılık korozyon miktarı grafiği..
Kalorifer yakıtı ve Fuel-oil’in en agresif ürün sınıfları oldukları oldukları
gözlemleniyor.
Bu çalışmada, değişik coğrafyalardaki depolama tanklarının karşılaştırılması da
yapılmaya çalışılmıştır (Şekil 6). Bu çalışmayla amaçlanan, değişik iklim
koşullarına ve değişik yoğunlukta tuzlar içeren deniz sularına maruz kalan tankların
korozyon yoğunluklarını karşılaştırmaktır. Şekil 6’da görüldüğü üzere doğu Akdeniz
kıyılarındaki D ve I tesislerindeki tanklar görece daha yoğun korozyona maruz
kalmalarına rağmen, coğrafi konumları beklenildiği gibi tankların korozyon
yoğunluklarını belirlemede çok ayırıcı olmamaktadır.
70
60
50
Korozyon Endeksi
40
30
20
10
0
B
C
E
G
J
A
H
D
F
I
Şekil 6. Depolama tanklarının coğrafik konumuna karşılık korozyon miktarı
grafiği.. Yıllık prtalama sıcaklıkları ve yağış miktarları farklı olan noktalarda
beklenenin aksine belirgin bir korozyon yoğunluk farkı gözlenmemekte. (Her
işletmedeki tankların denize uzaklıkları yaklaşık aynıdır .)
4. SONUÇ
Üretim kalitesi, mekanik etkiler ve korozyon tankların servis ömrünü ve kalitesini
belirleyen en önemli üç etken olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada,
özelleşmiş ve/veya geleneksel tahribatsız muayene tekniklerinden elde edilen
gözlemler ışığında, depolama tanklarının yaş, bulunduğu coğrafya ve içerdiği
ürünün yapısına göre olası korozyon tavırları incelenmiş ve tankların korozyon
süreci tanımlanmaya çalışılmıştır. Buna göre;
•
Genç tanklarda oyuklanma korozyon tipi baskınken, zaman içinde katot ve
anot yüzey alanlarının birbirine yakın ölçülere ulaşmasıyla, genel korozyon
olarak tanımlanan korozyon tipinin baskın hale gelmektedir.
•
•
•
Depolama tanklarında genellikle iç kısımda korozyon daha yoğun olmakla
birlikte, taban ve ilk donam sacları korozyon açısından en önemli bölgeleri
oluşturmaktadır.
Hemen tüm tankların ilk donam saclarında, ürün-su faz arayüzünü gösteren
çizgi gözlenmiştir (Şekil 7). Ürünün içerdiği suyun zamanla ayrı bir faz olarak
çökelmesi dışında, tanklara ürün sevkiyatında kullanılan tankerler ve deniz
boru hatları ile tanka taşınan bir miktar deniz suyu da ortamda oyuklanma
korozyonunu artırıcı rol oynamaktadır.
Tankların içerdikleri ürünün korozyon sürecini etkilediği bilinmekle birlikte,
aynı tank servis ömrü içinde değişik ürün tipleri depoluyor olması nedeniyle
bu karşılaştırma çok açık yapılamamıştır. Ancak motorinin diğer benzin
sınıflarına görece daha agresif bir ortam oluşturduğu söylenebilir.
Şekil 7. İlk donam saclarında gözlemlenen, ürün-su faz arayüzünü gösteren
çizgi.
Teşekkür
Petrol Ofisi Anonim Şirketi’ne ve özellikle Korozyon Mühendisliği Koordinatörü
Sayın Yüksel Bilal Aydın’a, konuya verdikleri önem ve çalışmalarımız süresince
verdikleri fikir ve destekten dolayı teşekkürlerimizi sunarız.
KAYNAKÇA
[1] R.C-Sierra, E.Sosa, M.T.Oropeza&I.Gonzales, ‘Electrochemical Study on
Carbon Steel Corrosion Process in Alkaline Sour Media’, Elect.Acta [47] 2149-58,
(2000)
[2] E.Sosa, R.C-Sierra, I.Garcia, M.T.Oropeza&I.Gonzalez, ‘The Role of Different
Surface Damages in Corrosion Process in Alkaline Sour Media’, Corr.Sci. [44]
1515-28, (2002)
[3] H.Q.Becerra, C.Retamoso&D.D.Macdonald, ‘The Corrosion of Carbon Steel in
Oil-in-Water Emulsions Under Controlled Hydrodynamic Conditions’, Corr.Sci. [42]
561-75, (2000)
[4] C.R.Coughlin, L.Clapham&D.L.Atherton,’Effects of Stress on MFL Responses
From Elongated Corrosion Pits in Pipeline Steel’, NDT&E Inter. [33] 181-8, (2000)
[5] R.K.Stanley,’Magnetic Methods for Wall Thickness Measurement and Flaw
Detection in Ferromagnetic Tubing and Plate’, Insight [38] 51-5 (Jan 1996)
[6] A.N.Kuzyukov, Y.Y.Nikhayenko, V.A.Levchenko, V.A.Borisenko&V.G.Moisa,
’How Hydrogen Affects Operability of Chemical and Petrochemical Equipment
Made of Carbon and Low Alloy Steel’, Inter.J.Hydr.Ener. [27] 813-7 (2002)