การป้องกันการกัดกร่อนของท่อส่งน้ำมัน

วัสดุที่ใช้ในการป้องกันการกัดกร่อนของท่อเหล็กที่นิยมใช้กันในประเทศไทย ได้แก่ น้ำมันดิน PE jacket และ PE foam jacket ยางมะตอยอีพอกซี่ สีเคลือบจากน้ำมันถ่านหิน ผงอีพอกซี่ และโครงสร้างแบบสามชั้น นอกจากนี้ยังมีเทปพันท่อแบบอีพอกซี่ที่ใช้ความเย็น (ประเภท PF) และเทปพันท่อแบบอีพอกซี่ที่ทำจากยางและพลาสติก (ประเภท RPC) เป็นต้น ปัจจุบัน วิธีการป้องกันการกัดกร่อนของท่อที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ได้แก่ โครงสร้างแบบสามชั้น PE ผงอีพอกซี่ชั้นเดียว เทปพันท่อแบบ PF และเทปพันท่อแบบ RPC

วิธีการป้องกันการกัดกร่อน ข้อ A: การป้องกันการกัดกร่อนด้วยการเคลือบผิว สำหรับท่อโลหะ คือการทาสีให้ทั่วและหนาบนพื้นผิวของท่อโลหะที่ได้รับการขจัดสนิมแล้ว เพื่อให้พื้นผิวนั้นแยกตัวออกจากสารที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนต่างๆ ซึ่งถือเป็นวิธีการป้องกันการกัดกร่อนที่พื้นฐานที่สุดวิธีหนึ่ง นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา การวางท่อในสภาพแวดล้อมที่โหดร้าย เช่น บริเวณขั้วโลกหรือในทะเล รวมถึงการนำน้ำมันไปใช้งานโดยการให้ความร้อนแก่ท่อ เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของท่อ ล้วนเป็นปัจจัยที่ทำให้มีความต้องการในด้านคุณสมบัติของสารเคลือบท่อมากขึ้น ดังนั้น ในการเคลือบป้องกันสนิมสำหรับท่อต่างๆ จึงมีการใช้วัสดุผสมหรือโครงสร้างผสมกันมากขึ้นเรื่อยๆ 1. ชั้นป้องกันการกัดกร่อนของผิวภายนอก: ประเภทของวัสดุที่ใช้สำหรับทำชั้นป้องกันผิวภายนอกของท่อ และเงื่อนไขการใช้งาน ②ชั้นป้องกันการกัดกร่อนภายในท่อ: เป็นฟิล์มที่ถูกเคลือบไว้บนผิวด้านในของท่อ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการกัดกร่อนภายในท่อ ลดแรงเสียดทาน และเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งของไหล สีที่นิยมใช้กันคือเรซินอีพ็อกซี่ที่มีการเติมสารอะมีนเข้าไป เพื่อช่วยให้เรซินแข็งตัว และเรซินอีพ็อกซี่ชนิดโพลีอะมิด โดยความหนาของชั้นสีจะอยู่ที่ 0.038–0.2 มิลลิเมตร เพื่อให้แน่ใจว่าชั้นป้องกันจะยึดเกาะกับผนังท่อได้อย่างแน่นหนา จำเป็นต้องมีการปรับสภาพพื้นผิวภายในของท่อก่อน นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา มีแนวโน้มที่จะใช้วัสดุชนิดเดียวกันสำหรับการเคลือบผิวด้านในและด้านนอกของท่อ เพื่อให้สามารถเคลือบผิวทั้งสองด้านได้พร้อมกัน ③ชั้นป้องกันการกัดกร่อนและรักษาความร้อน: ในท่อสำหรับขนส่งน้ำมันดิบหรือน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดกลางถึงขนาดเล็ก จะมีการเคลือบชั้นพิเศษที่มีหน้าที่ป้องกันการกัดกร่อนและรักษาความร้อนไว้ที่ด้านนอกของท่อ เพื่อลดการสูญเสียความร้อนของท่อไปสู่ดิน วัสดุกันความร้อนที่นิยมใช้กันคือโฟมพลาสติกยูรีเทนแบบแข็ง โดยสามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิระหว่าง –185 ถึง 95 องศาเซลเซียส วัสดุชนิดนี้มีความนุ่ม ดังนั้นเพื่อเพิ่มความแข็งแรง จึงมีการเติมชั้นโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงไว้ด้านนอกชั้นกันความร้อน เพื่อสร้างโครงสร้างวัสดุผสมขึ้นมา ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้น้ำใต้ดินซึมเข้าไปในชั้นกันความร้อนได้ ข. การป้องกันด้วยวิธีไฟฟ้า คือวิธีที่เปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าของโลหะเมื่อเทียบกับสื่อรอบข้าง เพื่อให้โลหะไม่ถูกกัดกร่อน การป้องกันท่อส่งขนาดยาวด้วยวิธีไฟฟ้า หมายถึงเพียงการป้องกันด้วยแรงดันลบและวิธีป้องกันการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเท่านั้น ①การป้องกันด้วยขั้วลบ: วิธีการที่ใช้ทำให้โลหะที่ต้องการป้องกันมีสถานะเป็นขั้วลบ เพื่อป้องกันไม่ให้โลหะเกิดการกัดกร่อน วิธีนี้ถูกนำมาใช้ในการป้องกันการเกิดสนิมของเรือมาแล้วกว่า 150 ปี ； ในปี ค.ศ. 1928 มีการนำหลักการนี้มาใช้กับท่อสำหรับครั้งแรก โดยนำหลักการที่ว่าในเซลล์กัดกร่อนของโลหะนั้น ขั้วลบจะไม่ถูกกัดกร่อน ในขณะที่ขั้วบวกจะถูกกัดกร่อน มาประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยีการป้องกันการกัดกร่อนของโลหะ การใช้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกเพื่อทำให้พื้นผิวโลหะที่ต้องการปกป้องในสารละลายไฟฟ้าเกิดการขั้วลบทั้งหมด จะทำให้ไม่เกิดการกัดกร่อนขึ้นได้ มีเกณฑ์สองข้อสำหรับการตรวจสอบว่าท่อนั้นได้รับการปกป้องด้วยวิธีแคโทดหรือไม่ ประการแรกคือศักย์การป้องกันขั้นต่ำ ซึ่งก็คือศักย์ที่โลหะมีในสภาพที่เกิดการโพลาริไซซ์ที่ขั้วลบในสารละลายไฟฟ้า จนกระทั่งกระบวนการกัดกร่อนหยุดลง ； ค่าดังกล่าวมีความสัมพันธ์กับปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพแวดล้อม โดยค่าที่ใช้กันบ่อยคือ -850 มิลลิโวลต์ (เมื่อวัดเทียบกับอิเล็กโทรดอ้างอิงที่ทำจากทองแดง-สารละลายซัลเฟตของทองแดง; ค่าอื่นๆ ก็ใช้หลักการเดียวกัน) ประการที่สองคือศักย์การป้องกันสูงสุด ซึ่งก็คือค่าศักย์ไฟฟ้าสูงสุดที่พื้นผิวโลหะที่ถูกป้องกันสามารถมีได้ เมื่อการขั้วลบมีค่าสูงเกินไป จะทำให้เกิดการผลิตไฮโดรเจนขึ้นระหว่างพื้นผิวของท่อกับชั้นเคลือบ ซึ่งจะส่งผลให้ชั้นเคลือบแยกตัวออกมา ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมศักย์ไฟฟ้าที่จุดรวมกระแสไว้ในช่วงที่อนุญาต เพื่อไม่ให้ชั้นเคลือบเสียหาย ค่านี้มีความสัมพันธ์กับคุณสมบัติของชั้นเคลือบ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงระหว่าง -1.20 ถึง -2.0 โวลต์ วิธีการปกป้องท่อใต้ดินจากการกัดกร่อนมีอยู่สองวิธี ได้แก่ วิธีใช้กระแสไฟฟ้าภายนอก และวิธีใช้อะโนดเสียสละ วิธีการใช้กระแสไฟฟ้าภายนอกคือการใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสตรง โดยเชื่อมขั้วลบเข้ากับท่อที่ต้องการปกป้อง และเชื่อมขั้วบวกเข้ากับแผ่นอะโนด เมื่อวงจรเชื่อมต่อกันแล้ว ท่อจะถูกทำให้เกิดการขั้วลบ เมื่อศักย์ไฟฟ้าของท่อต่อกับพื้นดินอยู่ในระดับศักย์ป้องกันต่ำสุด ก็จะได้รับการป้องกันแบบแคโทดอย่างสมบูรณ์ การเชื่อมต่อมีดังแสดงในรูปที่ 3 แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงที่ใช้กันทั่วไปสามารถนำมาใช้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องแปลงกระแสไฟ แรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 60 โวลต์ และมีกระแสไม่เกิน 30 แอมป์ แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงแบบใหม่ ได้แก่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากความแตกต่างของอุณหภูมิ และเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น โดยมักถูกนำไปใช้ในพื้นที่ที่ขาดแคลนไ แผ่นอะโนดคือตัวนำไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟกระแสตรง โดยมีการสัมผัสทางไฟฟ้ากับพื้นดินได้อย่างดี หรืออาจเรียกได้อีกอย่างว่าอุปกรณ์ต่ออะโนดเข้ากับพื้นดิน ； วัสดุที่นิยมใช้กัน ได้แก่ เหล็กคาร์บอน เหล็กซิลิคอนสูง กราฟีต และออกไซด์ของเหล็กที่มีคุณสมบัติแม่เหล็ก เป็นต้น พื้นที่สำหรับติดตั้งขั้วแอโนดควรเป็นบริเวณที่มีค่าความต้านทานของดินต่ำ ทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถแผ่กระจายได้ง่าย และไม่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อโครงสร้างใต้ดินที่อยู่ใกล้เคียง แอนโธดจะถูกฝังไว้ในตำแหน่งที่สอดคล้องกับตำแหน่งของท่อ โดยแบ่งออกเป็นแอนโธดที่ฝังลึกในระยะไกล และแอนโธดที่ฝังลึกในระยะใกล้ เพื่อวัดค่าพารามิเตอร์ของการป้องกันแคโทด และประเมินประสิทธิภาพในการป้องกันแคโทดของท่อ จำเป็นต้องมีจุดตรวจสอบและแผ่นตรวจสอบตั้งอยู่ตามแนวท่อด้วย เครื่องมือวัดที่ใช้ร่วมกัน ได้แก่ โวลต์มิเตอร์แบบความต้านทานสูง แอมมิเตอร์ และอิเล็กโทรดสังกะสีซัลเฟต เป็นต้น นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา ก็เริ่มมีการใช้ระบบส่งข้อมูลพารามิเตอร์การป้องกันด้วยวิธีคาโทด ร่วมกับการสำรวจท่อส่งด้วยเครื่องบิน โดยมีคอมพิวเตอร์ช่วยในการประมวลผลข้อมูลที่ได้มา การป้องกันแคโทดด้วยกระแสไฟฟ้าภายนอก มักจะสามารถปกป้องพื้นที่ได้หลายสิบกิโลเมตร โดยวิธีนี้มักถูกนำมาใช้ในการป้องกันแคโทดสำหรับท่อส่งน้ำมัน/ก๊าซระยะไกล วิธีการใช้อะโนดเพื่อการปกป้อง คือการนำโลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าลบกว่าของอิเล็กโทรดโลหะที่ต้องการปกป้องมาเชื่อมต่อกับโลหะดังกล่าว ทำให้ทั้งสองเกิดเป็นเซลล์ไฟฟ้าในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าลบมาก เช่น แมกนีเซียม สังกะสี อลูมิเนียม และโลหะผสมของพวกมัน จะทำหน้าที่เป็นแอโนด ซึ่งจะค่อยๆ สึกหรอไปในระหว่างการส่งกระแสไฟฟ้า ส่วนโลหะของท่อที่ได้รับการปกป้องจะทำหน้าที่เป็นแคโทด ทำให้ไม่เกิดการกัดกร่อน ดังนั้นโลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าลบมากจึงถูกเรียกว่าแอโนดอุทิศตน การเชื่อมต่อมีลักษณะดังรูปที่ 4 ท่อใต้ดินได้รับการปกป้องด้วยวิธีการใช้อะโนดเสียสละ โดยปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการปกป้องนี้ ได้แก่ กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่อะโนด จำนวนอะโนด และความยาวของบริเวณที่ต้องการการปกป้อง เป็นต้น เมื่อกำหนดชนิดของแอโนดได้แล้ว สิ่งที่มีผลต่อพารามิเตอร์ดังกล่าวก็คือค่าความต้านทานการต่อพื้นดินของแอโนด และค่าความต้านทานการรั่วไหลในบริเวณท่อที่ใช้ป้องกันแอโนดนั้น อันแรกขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานไฟฟ้าของดิน ส่วนอันหลังขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานของชั้นเคลือบท่อ และคุณภาพในการติดตั้งชั้นเคลือบนั้น อายุการใช้งานของแอโนดที่ใช้เป็นตัวเสียสละนั้นขึ้นอยู่กับน้ำหนัก โดยสามารถใช้งานได้ตั้งแต่ไม่กี่ปีไปจนถึงหลายสิบปี ขึ้นอยู่กับความจำเป็ แอโนดที่ใช้เพื่อการป้องกันการกัดกร่อนมีข้อดีหลายประการ เช่น ต้นทุนการลงทุนต่ำ การบริหารจัดการง่าย ไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก และมีประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อนได้ดี ดังนั้นจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการป้องกันการกัดกร่อนของท่อโลหะใต้ดิน ②วิธีป้องกันการกัดกร่อนจากไฟฟ้า: หนึ่งคือการดำเนินมาตรการต่างๆ กับอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับแหล่งกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ เพื่อลดกระแสไฟฟ้าที่รั่วไหลให้น้อยที่สุด ； ประการที่สอง คือ ขณะวางท่อควรหลีกเลี่ยงพื้นที่ที่มีกระแสไฟฟ้ารบกวนให้มากที่สุด หรือไม่ก็ต้องเพิ่มคุณภาพของชั้นฉนวนกันสนิมในส่วนของท่อที่อาจถูกรบกวน โดยใช้มาตรการต่างๆ เช่น การใช้ฉนวนกันสนิม หรือการติดตั้งฟลังก์ฉนวนเพิ่มเติม ； ประการที่สาม คือการป้องกันท่อที่ถูกรบกวนด้วยการระบายกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ออกไป โดยการส่งกระแสไฟฟ้าเหล่านั้นกลับเข้าสู่ระบบไฟฟ้าที่เป็นต้นเหตุของกระแสไฟฟ้าที่รั่วไหล เพื่อขจัดผลกระทบจากกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ต่อท่อดังกล่าว ตามขอบเขตการใช้งานและคุณสมบัติที่แตกต่างกันของอุปกรณ์ระบายน้ำ สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ การระบายน้ำโดยตรง การระบายน้ำแบบมีขั้ว และการระบายน้ำแบบบังคับ สำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดความรบกวนในการสื่อสารนั้น หลายองค์กรได้กำหนดมาตรฐานทางเทคนิคไว้ โดยส่วนใหญ่จะใช้วิธีการรักษาระยะห่างอย่างปลอดภัย และการระบายกระแสไฟฟ้าผ่านท่อ เพื่อไม่ให้ท่อเกิดความเสียหาย