Technical Book

CGL Engineering Co., Ltd.

CATHODIC PROTECTION

0

สารบัญ

หนา 1. บทนํา 1 2. แผนผังองคกร 2 3. ประวัติพนักงานและประสบการณการทํางานของบริษัท 3 4. รายชื่อบริษัทคูคา 7 5. การกัดกรอนคืออะไร ? 8 6. อัตราการกัดกรอน 9 7. รูปแบบการกัดกรอน 10 8. การปองกันการกัดกรอน 14

ระบบ Sacrificial Anode ระบบ Impressed Current ขอเปรียบเทียบระบบ Sacrificial Anode และImpressed Current

9. การออกแบบและการติดตั้งการปองกันการกัดกรอนระบบ CATHODIC PROTECTION 22 10. มาตรฐานของระบบปองกันการกัดกรอน 32 11. การตรวจสอบระบบ CATHODIC PROTECTION 34 12. รูปวิธีการติดตั้งและทดสอบระบบ CATHODIC PROTECTION 43


CATHODIC PROTECTION

1

บทนํา (INTRODUCTION)

CGL Engineering Co., Ltd. เปนบริษัทฯ ประกอบกิจการดานวิศวกรรมเกี่ยวกับพลังงาน โดยทางบริษัทฯ เปนผูใหคําปรึกษาและรับออกแบบและทําการตดิตั้ง รวมไปถึงการทดสอบระบบงานดังตอไปนี ้

Cathodic Protection System คือ ระบบปองกันการกัดกรอนของโลหะที่อยูใตดินหรือในน้ํา เชน ทอประปา ทอน้ํามัน ทอกาซ ถังน้ํามัน ถังน้ํา เรือเดินสมุทร รวมไปถึงโครงสรางที่ประกอบไปดวยโลหะ

Grounding System คือ ระบบสายดินทีท่ําการติดตั้งตามอาคาร , บานเรือน , สถานีรับ – จาย น้ํามัน , สถานีกาซ , โรงงานอุตสาหกรรม , และสิ่งปลูกสรางที่ตองการใหมีระบบสายดิน

Ligntning System คือ ระบบปองกันฟาผา ซ่ึงจะตองออกแบบและติดตั้งใหสัมพันธกับระบบ Grounding เพื่อปองกันไมใหฟาผามาทําลายและเปนอนัตรายตออาคารและสิ่งปลูกสราง

Lignting System คือ ระบบไฟฟาแสงสวางตามอาคาร , บานเรือน , สถานีน้ํามัน , สถานีกาซ , โรงงานอุตสาหรรม ฯลฯ

โดยทางบริษัท ฯ มีวิศวกรทีม่ีความชํานาญและเชี่ยวชาญทางดานการออกแบบและตดิตั้งรวมไปถึงทาํการทดสอบระบบนี้โดยเฉพาะ และทางบรษิทั ฯ มีประสบการณในดานการทํางานเกี่ยวกับทางดานนี้มาเปนเวลาไมนอยกวา 10 ป ซ่ึงทางบริษัท ฯ หวังเปนอยางยิ่งวาจะมีโอกาสไดรับใชทานในระบบงานดังกลาว


CATHODIC PROTECTION

2

แผนผังองคกร (ORGANISATION CHART)


CATHODIC PROTECTION

3

ประวัติพนักงานและประสบการณการทํางานของบริษทั (PERSONNEL PROFILE & SUMMARY RESUME)


CATHODIC PROTECTION

4

Resume of Dusit Thongjun Name : Mr. Dusit Thongjun

Birthday : August 2,1975

Nationality : Thai

Education : B.Ind.Tech. in Electrical Engineering from

Mahanakorn University of Technologies.

Thailand

Experience : More than 8 years of experience in the field of Cathodic Protection in Thailand.

Grouding System & Lightning Protection System for Structures.

He has managed numerous projects for NKK Engineering, TRC, VIVA, PTT,MWA

and numerous other major Thai public and private companies.

Other Courses : Electrical Engineering License no. Por For Kho 23708

Seminar for Corrosion and Inspection. (1999)

Seminar for Corrosion Control of Underground Metallic Strusture. (1999)

Seminar for Lightning Protection System. (2004)

Email : [email protected]

Experience : Cathodic Protection System, AC Mitigation, Grounding & Lightning

DCVG Coating Survey & Close Interval Survey

Nov'96 - Oct'00 : Beenet Co.,Ltd.

Oct'00 - Jan'05 : GreenScience Technologies Ltd.

Jan'05 - Present : CGL Engineering Co., Ltd.

mailto:[email protected]


CATHODIC PROTECTION

5

Resume of Chakraphan Watthanasap Name : Mr. Chakraphan Watthanasap

Birthday : April 14,1973

Nationality : Thai

Education : Bachelor of Science Program in Physics

Naresuan University Phitsanulok ( Year 1996 )

Thailand

Experience : Over 7 Years for Cathodic Protection System of Pipe & Pier

for Underground & Undersea.


Other Courses : Seminar for Corrosion and Inspection. (1999)


Safety Training for Supervisor. (2000)





Jun'97 - Dec'03 : Beenet Co.,Ltd.

Jan'04 - Present : Freelancer



CATHODIC PROTECTION

6

Resume of Waravit Meeklai Name : Mr. Waravit Meeklai

Birthday : November 7,1973

Nationality : Thai

Education : B.Ind.Tech. in Electrical Engineering from

Ratchapad Thonburi University Bangkok ( Year 2000 )

Thailand

Experience : Over 10 Years for Cathodic Protection System of Pipe & Pier

for Underground & Undersea.


Other Courses : Seminar for Corrosion and Inspection. (1999)


Safety Training for Supervisor. (2000)





Jun'94 - Dec'02 : Beenet Co.,Ltd.

Jan'04 - Present : Freelancer



CATHODIC PROTECTION

7

รายชื่อบริษัทคูคา (LIST OF CLIENT) - PTT PUBLIC CO., LTD. - MWA - PWA - CTCI CORPORATION ( THAILAND ) LTD. - VI – VA PART LTD. - TRC CONSTRUCTION CO., LTD. - CEMEMTHAI CHEMICAL CO., LTD. - SRIRACHA CONTROCTION ( 1994 ) CO., LTD. - BAYER THAILAND CO., LTD. - CH. KARNCHANG PUBLIC CO., LTD. - SINO – THAI CO., LTD. - DAE ENGINEERING CO., LTD. - BEST TECH & ENGINEERING LIMITED. - DVS CONSTRUCTION LIMITED PARTNERSHIP - A.S. ASSOCIATED ENGINEERING (1964) CO., LTD. - SEATEC INTERNATIONAL CONSULTING ENGINEERS - SEE SANG KARN YOTAH ( 1979 ) CO., LTD. - THAI CAPROLACTAM PUBLIC COMPANY LIMITED. - Thai Oil Company Limited. - THAI KENZAISHA CO., LTD. - SUMMIT GRADE LTD., PART. - THAI OLEFINS COMPANY LIMITED. - KITSANASIN CO., LTD. - K P Y HOLDING CO., LTD. - KIKUCHI INDUSTRAY ( THAILAND ) CO.,LTD. - JFE ENGINEERING AND CONSTRUCTION ( THAILAND ) CO., LTD. - EXPERTEAM CO., LTD. - CHIYODA ( THAILAND ) LIMITED - CHRISTIANI & NIELSEN ( THAI ) PUBLIC COMPANY LIMITED. - THAI PETROLEUM PIPELINE CO., LTD.


CATHODIC PROTECTION

8

การกัดกรอนคืออะไร ?

การกัดกรอน หรือ Corrosion เปนผลมาจากการเกิดปฏิกิริยาของโลหะกับสิ่งแวดลอม กลาวคือใน

สภาพแวดลอมโดยทั่วไปโลหะจะเกดิการเสื่อมสภาพลง เนื่องจากเกดิการรวมตวักนัทางเคมีกับอโลหะ (เชน ออกซิเจน,ไฮโดเจน,กํามะถนั) โดยจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมี เรียกวา ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น โดยพ้ืนฐานแลวปฏิกริิยาออกซิเดชั่น เปนกระบวนการแตกตัวของอะตอมของโลหะในธรรมชาติที่มีอยูในรูปสารประกอบเปน อิออนโลหะ กับ อิเลคตรอน ซ่ึงการแตกตัวของโลหะจะทําใหตองสูญเสียพลังงานสวนหนึ่งไปทาํใหโลหะชิน้นั้นขาดความเสถียรในตัว โดยที่โลหะชิน้นั้นตองการทีจ่ะทําตวัใหตัวเองมีความเสถียรเหมือนเดิมจึงทําปฏิกิริยาภายใตออกซิเจนและน้ําจึงเกิดปฏิกิริยาการกดักรอนดังสมการตอไปนี ้

M Mn+ + e-

กําหนดให Fe เปนโลหะไดสัมผัสกับอากาศและความชื้น จะเสียอิเลคตรอนจึงเกิดปฏิกิริยา

Fe Fe2+ + 2e- ……………..oxidation reaction ออกซิเจนในอากาศ และน้ํารับอิเลคตรอน

O2+ 2H2O+ 2e- 4OH- ……………..reduction reaction

ปฏิกิริยารวม

2Fe+O2+ 2H2O 2 Fe2++4OH- ……. …….Net reaction เหล็กทําปฏิกิริยาเพื่อทําใหตวัเองเกดิความเสถียร

2Fe2++4OH- 2 Fe(OH)2

ําปฏิกิริยาตอ โดยการทําปฏิกิริยาออดซิเดชั่นกับออกซิเจน เกิดฟอริคไฮดรอกไซค เปนสนิมเหล็กสีน้ําตาลแดง ท 4Fe(OH)2+ O2 2 Fe2 O3.H2O+ 2 H2O

จากปฏิกิริยาการกัดกรอนของโลหะ จะเหน็วา ตวัเรงที่ทาํใหเกดิปฏิกิริยา คือ สภาพแวดลอม


CATHODIC PROTECTION

9

อัตราการกัดกรอน

สภาพของการเกิด Corrosion ในงานอุตสาหกรรมสวนสําคัญที่มีผลตอการกัดกรอนของโลหะ คือ สภาพแวดลอม ซ่ึงเปนตัวเรงทําใหเกิดความเสียหายเพิ่มมากไดแก

1. สภาพแวดลอมแหง 2. สภาพแวดลอมเปยก 3. มีแรงกระทํา 4. มีอุณหภูมิเปลีย่นแปลง 5. ความเขมขนของสารละลาย 6. ความเร็วของสารละลาย

ในสภาพแวดลอมที่ตางกันจะทําใหเกดิการกัดกรอนแตกตางกันออกไป กลายเปนชนิดการกดักรอน แตละประเภท ซ่ึงจะกลาวในหัวขอตอไป

การแสดงถึงปริมาณของการกัดกรอน จะแสดงอยูในรปูของอัตราการกัดกรอน คือ อัตราสวนการเสื่อมสภาพของโลหะ หรือโลหะผสมในสิ่งแวดลอมนัน้ในชวงเวลาหนึ่ง โดยปกติแลวการวัดอตัราการกัดกรอนจะวดัเปน

- mg/dm2/day หรือ mdd หมายถงึ มวลโลหะที่เสื่อมสภาพไปเปนมิลลิกรัมตอตารางเดซิเมตรใน 1 วัน - mpy (m = mils = 0.001 นิว้) หมายถึง ความหนาของโลหะที่เสื่อมสภาพไปเปนมิลส ใน 1 ป

จะเห็นไดวา การอัตราการกัดกรอน เปนการวัดน้ําหนกัหรือความหนาของโลหะที่ลดลงหรือหายไป การที่

โลหะมีน้ําหนกันอยลงหรือบางลงในเปนเพราะถูกกัดกรอน โดยเฉพาะอยางยิ่งถูกกดักรอนทั่วผิวหนา ทั้งนี้เปนผลจากการที่โลหะสัมผัสอยูกับสิ่งแวดลอม


CATHODIC PROTECTION

10

รูปแบบของการกัดกรอน

ในสภาพแวดลอมที่ตางกันจะทําใหเกดิสภาพการกัดกรอนแตกตางกนัออกไป กลายเปนชนดิการกัดกรอนแตละประเภท

1. การกัดกรอนแบบสม่ําเสมอ เปนรูปแบบทีธ่รรมดาที่สุดของการกัดกรอน การกดักรอนประเภทนีจ้ะเกิดขึ้นตลอดพื้นผิว ของช้ินงาน

โลหะ เปนผลใหโลหะบางลงทั่วพื้นผิวที่เกี่ยวของ การกัดกรอนประเภทนี้เราสามารถคาดคะเนถึงอายุการใชงานไดในการออกแบบเพื่อปองกันการกดักรอนในรูปแบบนีท้ําไดโดยการเพิ่มความหนาชดเชยไวแตแรก

การแสดงถึงปริมาณของการกัดกรอน แสดงอยูในรูปของอัตรากัดกรอน คือ น้ําหนักที่หายไปพืน้ที่ตอหนวยเวลา หรืออาจอยูในรปูของอัตราการซึมลึก ซ่ึงเปนการแสดงถึงความลึกของการกัดกรอนตอหนวยของเวลา (mg/dm2/day, mdd) สวนอัตราการซึมลึก มีหนวยเปน มิลลิเมตรตอป (mm/y) ซ่ึงสามารถแสดงคามสัมพันธไดดังนี ้

mm/y = mdd x 0.0365/d

ให d = ความหนาแนนของโลหะ mdd = มวลโลหะที่เสื่อมสภาพไป (mg/dm2/day)

mm/y = อัตราการซึมลึกตอป


CATHODIC PROTECTION

11

รูปท่ี 1 แสดงการกัดกรอนแบบสม่ําเสมอ

2. การกัดกรอนแบบโลหะตางชนิด (Galvanic Corrosion) เปนรูปแบบที่เกิดขึ้นไดเมื่อมอีงคประกอบอยูพรอมกันทัง้ 3 อยาง คอื โลหะตางกนั 2 ชนิด สารอิเลค

โตรไลท และตัวนําไฟฟา ดังนั้นเมื่อนําโลหะตางชนิดกันมาจุมลงในสารละลายและนําโลหะตางชนดิกนัมาเชื่อมตอกันทางไฟฟา ทําใหเกิดการไหลของอิเลคตรอนระหวางโลหะทั้ง 2 ชนิดขึน้ จะทําใหเกดิปฏิกิริยาการกัดกรอนของโลหะ

รูปท่ี 2 แสดงการกัดกรอนแบบGalvanic 3. การกัดกรอนแบบจุด (Pitting Corrosion)

เปนรูปแบบของการเกิดการกัดกรอนเปนจดุเล็ก ๆ ในแนวดิ่ง การกัดกรอนรูปแบบนี้เปนการกัดกรอน


CATHODIC PROTECTION

12

ที่อันตรายที่สุด โดยตอนแรกจะเกิดที่บริเวณผิวโลหะเฉพาะตําแหนง แลวลามถึงเนื้อโลหะลึกถึงทะลุไดเนื่องจากไมสามารถคาดคะเนอายุการใชงาน จะเกิดกับสารละลายที่มีคลอไรคอิออนอยูดวย จุดเริ่มตนอาจเกิดจากรอยขีดขวนบนผวิโลหะ หรือเนื่องมาจากสารเคมีที่มีความเขมขนเปลี่ยนแปลงเปนจุด เร่ิมตนทําใหผิวโลหะเกิดความตางศักยแสดงตัวเปนบริเวณอะโนด และ คะโทดเล็กๆ ขึ้น เมื่อบริเวณอะโนดถูกกัดกรอนเปนหลุม คลอไรคอิออนก็จะแพรเขาไปในหลุมนัน้ และจะเรงใหเกดิการกัดกรอนของโลหะในลกัษณะกระบวนการ Autocatalytic reaction ดังแสดงในรูป

รูปท่ี 3 แสดงการกัดกรอน Pitting

จากรูปที่ 3 แสดงใหเห็นวาจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นใหโลหะอิออน (M+) อยางรวดเรว็บริเวณในหลุมขณะทีป่ฏิกิริยารีดักชัน่ของออกซิเจนจะเกิดขึ้นบนผิวโลหะที่บริเวณหางจากหลุม ถาปริมาณการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นมีมาก คลอไรคอิออน ( Cl- ) ยิ่งแพรเขามามากขึ้น และทําปฏิกิริยารวมกันเปน โลหะ


CATHODIC PROTECTION

13

คลอไรค (MCl)และทําปฏิกิริยากับความชื้นหรือน้าํใหกรดเกลือ ซ่ึงจะทําใหเกดิการกดักรอนของโลหะอยางรุนแรงภายในหลุม

4. การกัดกรอนท่ีมุมอับ (Crevice Corrosion) เปนการกดักรอนในบริเวณของโลหะที่เปนชองแคบๆ หรือบริเวณทีถู่กปกปด เชน บริเวณที่อยูใตหัว

น็อต หรือใตหมวกของตะปูหรือตรงตะเข็บรอยตอของโลหะ บริเวณที่เปนชองแคบ ๆ จะไดรับออกซเิจนหรือ อิออนจากสารละลายไดไมเพยีงพอ จึงทําใหบริเวณที่ขาดออกซิเจนทําหนาที่เปนอะโนด ขณะทีพ่ื้นที่ดานนอกที่สัมผัสกับออกซิเจนตลอดเวลาทําหนาที่เปนคะโทด ทําใหเกดิการกดักรอนขึ้น และเกิดการสะสมของเกลือโลหะขึ้นทําให คา PH ลดลง ทําใหสารละลายมีฤทธิ์เปนกรด ทําใหผิวเกิดการกระตุนใหเกดิการกดักรอนเร็วขึ้น มีลักษณะคลายการกัดกรอนแบบจุด กลไกการกัดกรอนจะแสดงดงัรูปดงัตอไปนี้

ก. ขั้นเริ่มตน ข. ขั้นปลาย

รูปท่ี 4 แสดง การกัดกรอนแบบ Crevice

จากรูปที่ 4 ไดสมการทางเคมี Fe Fe2+ + 2e - ………………….. ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น O2+H 2O+4e - 4OH- ……………………………… ปฏิกิริยารีดักชั่น ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นยังดําเนินตอไปมีผลทําใหบริเวณชองแคบมี Fe2+ เพิ่มมาก แตออกซิเจนถกูใชหมดไปเนื่องจากเกดิปฏิกิริยารีดักชั่น เพื่อใหเกดิความเสถียรทางประจุไฟฟาของ Cl- ซ่ึงไดแพรเรว็กวาออกซิเจน ทําใหเกดิเฟอรรัสอิออน (FeCl2)ขึ้น และเมือ่ถูกความชื้นก็จะแตกตวัได Fe(OH)2และกรดเกลือ (HCl) ตามสมการเคมี


CATHODIC PROTECTION

14

FeCl2 + 2HO2 Fe(OH)2 +2HCl จากสมการ Fe(OH) 2 จะตกตะกอนอยูในชองแคบ สวน HCl จะกดัแผนเหล็กทําใหเกดิการกดักรอนอยางแรง

การปองกันการกัดกรอน

ในสภาพแวดลอมสวนใหญมักจะพบสิ่งของตางๆ ที่ทําดวยโลหะเกิดการกัดกรอน ที่เรียกวาสนิม การกัดกรอนเชนนี้ทําใหเกิดผลเสียโดยจะทําใหอายุการใชงานของชิ้นงานสั้นกวาที่ควรจะเปน และไดรับความเสียหายเปนอยางมาก ดังนั้นจึงมีการปองกันการกดักรอนขึ้นระบบการปองกันกดักรอน ( CORROSION PROTECT ) ที่สําคัญ ๆ แบงออกเปน

• CATHODIC PROTECTION • ANODIC PROTECTION • การใชสารเคมียับยั้งการกัดกรอน (INHIBITOR) • การปรับสภาพแวดลอมใหเหมาะกับการใชงาน ,การเลือกใชวัสด ุ(MATERIAL) • การหุมดวยฉนวน (COATING)

หลักการปองกันการกัดกรอนโดยวิธี CATHODIC PROTECTION (CP) CATHODIC PROTECTION คือ การปองกันชิ้นงานโลหะที่ใชงาน ใหผลจากการกดัรอนโดยการทําให

ช้ินงานนั้นเปน CATHODIC พิจารณาปฏิกิริยาเคมีจากสมการการกัดกรอนของโลหะ M ในสภาพที่เปนกรด

ที่ ANODE : M M n++ ne-

ที่ CATHODE : 2H++ 2 e- H2

จากสมการจะเห็นไดวาถาเพิม่อิเลคตรอนใหกับชิ้นงานโลหะ M แลวจะทําใหการแตกตัวของโลหะ M ลดนอยลงเกิดการกัดกรอนนอยลงดวย ทีเ่รียกวา การปองกันการกดักรอนแบบ CATHODIC PROTECTION

CATHODIC PROTECTION (CP) เปนวิธีที่ทําใหช้ินงานโลหะที่ตองการปองกันกัดกรอนเปลี่ยนเปน CATHODE แทนที่จะเปน ANODE ซ่ึงสามารถทําได 2 วิธี คือ

1. ระบบ Sacrificial Anode

เปนวิธีการใชโลหะที่มีคาความตางศักยต่าํกวาชิ้นงานทีจ่ะปองกนัซึ่งโลหะนั้นตองมคีวามสามารถในการ ดึงดูดอิเลคตรอน และตองมคีวามวองไวในการทําปฏิกิริยา ที่เรียกวา ANODE มาตอเขากับโลหะชิ้นงานที่ทําการปองกัน ที่เรียกวา CATHODE เชน การตอ Zince Anode เพื่อปองกนัการการกดักรอนของทอ


CATHODIC PROTECTION

15

เหล็ก Zinc Anode จะเปนตัวจายอิเลคตรอน เขากบัทอเหล็ก เพื่อปองกนัไมใหทอเกิดการสึกกรอน แต Zinc Anode จะเปนตัวสึกกรอนแทน โดยทั่ว ๆ ไปแลวจะนยิมใช Mg, Zinc เปนตัว protection (Sacrificial Anode) เนื่องจากมีคา potential ต่ํา การเลือกใชโลหะใดขึ้นอยูกับสภาพแวดลอมของ Anode เหลานี ้

รูปท่ี 6 แสดงระบบ Sacrificial


CATHODIC PROTECTION

16

Sacrificial Anode Simplify Diagram

Ra = Anode Resistance (Ohms) Rw = Resistance of Wiring (Ohms) Re = Variable Resistance (Ohms) We = Watt of Variable Resistance (Watts) I = Anode Current Output (Amp) Ir = 1.55-0.85 (Amp) Ra+Re+Rw


CATHODIC PROTECTION

17


CATHODIC PROTECTION

18

ตารางแสดงคา STANDARD ELECTRODE POTENTIALS

Electrode Reactions Element

Noble End Standard electrode potential

Eo Volts at 25 Gold Gold

Platinum Mercury

Silver Copper Copper

Hydrogen Lead Tin

Nickel Cobalt Iron Zinc

Manganese Aluminum Magnesium

Sodium Calcium

Potassium

Au0 = Au +1 +e-

Au0 = Au +3 +3e-

Pt0 = Pt +2 +2e-

Hg0 = Hg+2 +2e-

Ag0 = Ag+1 +e-

Cu0 = Cu+1 +e-

Cu0 = Cu+2 +2e-

H0 = 2H +1 +2e- Pb0 = Pb+2 +2e-

Sn0 = Sn+2 +2e-

Ni0 = Ni+2 +2e-

Co0 = Co+2 +2e-

Fe0 = Fe+2 +2e-

Zn0 = Zn+2 +2e-

Mn0 = Mn+2 +2e-

Al = Al+3 +3e- Mg0 = Mg+2 +2e-

Na0 = Na+1 +e-

Ca0 = Ca+2 +2e-

K0 = K+1 +e-

Base End

+1.680 +1.420 +1.200 +0.854 +0.800 +0.522 +0.345 0.000 -0.126 -0.136 -0.250 -0.277 -0.440 -0.762 -1.050 -1.670 -2.340 -2.712 -2.870 -2.922


CATHODIC PROTECTION

19

2. ระบบ Impressed Current

อาศัยการใชกระแสไฟฟา DC Power Supply (Rectifier ) จากภายนอกสงผานใหกับชิน้งานโลหะที่จะทําการปองกัน ที่เรียกวา CATHODE ในระบบ Impressed Current ตองมีแหลงกาํเนิดไฟฟากระแสตรง (T/R) เปนตัวแปลงกระแสสลับเปนกระแสตรง โดยที่ตวั Anode นั้นตองหุมดวย (Backfill) ซ่ึงประกอบดวย Coke Breeze , Gypsum หรือ Bentonite เพื่อใหเกิด Electrical Contact ที่ดีระหวาง Anode กับ Surrounding Soil จากนั้นตอ Anode เขาขั้วบวก Cathode ตอเขาขั้วลบของ Rectifier และสายไฟทีเ่ชื่อมระหวางโลหะที่จะปองกันกับ Anode นั้นตองไดรับการหุมฉนวนอยางดี เพื่อไมใหกรแสไฟฟาร่ัวลงดนิและสายไฟขาดไดงาย ตามหลักทั่วไปของไฟฟา กระแสไฟฟาจะไหลจากขั้วบวกไปสูขั้วลบ หรือในรูปอิเลตรอนกระแสไฟฟาจะไหลสวนทางกับอิเลคตรอน เมื่อเปนเชนนี้อิเลคตรอนก็จะวิ่งจากขัว้ลบของ Rectifier เขาโลหะที่จะโลหะทีจ่ะปองกันทําใหโลหะนั้นไมเกดิการผุกรอน

รูปท่ี 7 แสดงระบบ Impressed Current


CATHODIC PROTECTION

20

Impressed Current Simplify Diagram

E = Io x (Ra+Rw) +Ew E = O/P Voltage Required(Volts) Io = Max. Operating Current (Amp.) Ra = Earthing Resistance of Ground Bed (Ohms) Ra = Resistance of Wiring (Max =0.2 Ohms) Ew = Anode/Pipe Back Voltage (2.0 Volts) Ip = Protective Current (Amp.)


CATHODIC PROTECTION

21


CATHODIC PROTECTION

22

ขอเปรียบเทยีบระบบ Sacrificial Anode และImpressed Current

Sacrificial Anode Impressed Current 1. ใชในบริเวณที่ไมมีกระแสไฟฟาใช 2. ไมเสียคาใชจายสําหรับพลังงานไฟฟา 3. อุปกรณตาง ๆ จะมีราคาถูก เมื่อระบบปองกันเล็กๆ 4. Anode มีอายุการใชงานต่ํา ตองมีการเปลี่ยนใหม เมื่อ ใชงานนานๆ 5. ในชวงทีด่ินมีความตานทานสูงตองใช Anode จํานวน มากขึน้ ทําใหเสียคาใชจายมากขึน้ 6. บริเวณขางเคียงไดรับผลเสียเนื่องจากการสึกกรอนนอยมาก 7. Anode จะรับหนาที่เปน GROUND ของ ABNORMAL VOLTAGE 8. งายตอการออกแบบและการติดตั้ง

1. ไมสะดวกในบริเวณทีไ่มมกีระแสไฟฟาใช 2. ตองเสียคาใชจายสําหรับพลังงานไฟฟา 3. อุปกรณจะมีราคาถูก เมื่อระบบปองกันขนาดใหญ 4. อุปกรณทุกอยางจะมีอายกุารใชงานไดนาน 5. ใชไดในบริเวณที่มีความตานทานสูงและต่ํา 6. บริเวณขางเคยีงเกิดการสึกกรอนได (STRAY

CURRENT EFFECT) 7. ตองมีเครื่องปองกันอันตรายเกี่ยวกับ ABNORMAL

VOLTAGE 8. การออกแบบและติดตั้งคอนขางยุงยาก


CATHODIC PROTECTION

23

การออกแบบและการติดตั้งการปองกันการกัดกรอนระบบ CATHODIC PROTECTION (CP) กอนที่จะทําการออกแบบระบบ Cathodic Protection จะตองมีการสํารวจ (Survey) เพื่อใหไดขอมลูดังตอไปนี ้

1. ชนิด ,ขนาด และ ความยาวของทอ 2. ชนิดของ Coating 3. ทอมีการดันลอดใตถนนหรือไม ถามีตองพิจารณา ขนาดของ Casing ความหนา และความยาว และ

จําเปนตองกําหนดจํานวน และขนาดของ Insulation เพื่อติดตั้งระหวางทอ กับ Casing 4. การ Connect กันระหวางทอแบบ Welding หรือ Mechanical Coupler 5. บริเวณทีจ่ะตดิตั้ง insulation Flange , Branch taps หรือ Couplers รวมถึง Pressure rating 6. ส่ิงกอสรางที่อยูใกลเคยีง เชน ทอ , Tank , สายไฟแรงสูง เปนตน 7. แหลงจายพลังงานที่มีอยูในสถานที่ที่จะตดิตั้ง (Impress Current System) 8. สภาพแวดลอม เชน คาความตานทาน (Soil Resistively Survey) , anaerobic bacteria

การออกแบบระบบ Sacrificial Anode

ขอมูลที่กําหนด

1. อายุการออกแบบ 25 ป 2. ชนิดของ Coating PE 3. คาความตานทาน 3,000 โอมห-เซนติเมตร 4. เปอรเซนตความเสียหายของผิวผอกทอ (Coating) ขณะทําการวางทอ 2% 5. อัตราเปอรเซนตความเสียหายของผิวผอกทอตอป 0.3%/ป 6. ขนาดของทอ ทอ 8 นิ้ว ความยาว 800 เมตร 7. กระแสเริ่มตนที่ทอตองการ (Initial Current Density) 25-30 mA/sqm 8. กระแสที่ทอตองการ (Operating Current density) 15-20 mA/sqm 9. ชนิดของ Anode Mg Anode


CATHODIC PROTECTION

24

วิธีการคํานวณ 1. คํานวณหาพืน้ที่ผิว (Surface Area)

Surface Area = 2πrl r = รัศมีของทอ มีหนวยเปนเมตร l = ความยาวทอ มีหนวยเปนเมตร

2. คํานวณหาความตองการกระแสเริ่มตนของทอจากสูตร

Surface Area x Initial Current Required x Coating Breakdown 100

3. คํานวณหากระแสทั้งหมดที่ตองการ (Total Current Required)

กําหนด t = ระยะเวลา (ป) ตั้งแต 1 ป- 25 ป

25 = ∑ Current Required (t-1) +[ Surface Area x Current Density x Annual Coating

Breakdown ] t= 1 1,000 100

Current Safety factor


CATHODIC PROTECTION

25

t =0 25 ผลจากการคํานวณ จะแสดงใหเห็นกระแสที่ทอตองการในแตละป ดังรูปขางตน

4. คํานวณหา น้ําหนักของ Mg Anode ที่ตองการจากสตูร

Total Anode Weight = Total Current Required x 8760 Anode Capacity

คุณสมบัติของ Mg Anode 32lbs หรือ 14.5 Kg/each

Consumption Rate = 7.90 kg/A/year Energy Capacity = 1,100 A-Hr/kg

Potential to Cu/CuSO4 = -1.55 Volts Anode Weight = 14.50 kg/each

Length of Anode = 120 cm

เมื่อมีการคํานวณจากสูตรขางตนทําใหทราบวา ปริมาณ Anode ที่ตองการ จากนั้นสามารถคํานวณถึงจํานวน Anode ที่ตองการได เชน ถาปริมาณ Anode ที่ตองการเทากับ 145 กก. กห็มายถึงจํานวน Anode ที่ตองการก็คือ 10 ตัว (145/14.5) เปนตน

เนื่องจากวา การติดตั้ง Anode จะตองฝงไวในดิน ทําใหการเกิด polarization ของ Anode นั้นจําเปนตองผาน electrolyte ในที่นี้ คือ ดิน ซ่ึงในดินแตละชนิด หรือในแตละพืน้ที่ของ Anode ยอมตองมีความตานทานของดินที่แตกตางกัน ทําให การเกิด polarization ก็แตกตางกันไปดวยดังนั้น จําเปนอยางยิ่งที่ตองมีการตรวจสอบวากระแสที่เกิดการ polarization ดังนั้นจึงตองมีการคํานวณหา ความตานทาน (Resistivity) ของ Anode Groundbed

5. การคํานวณหา Anode Groundbed Design 5.1 Resistance of a single Vertical Anode Installation

RV = (0.00521δ/L) x 2.3 log (8L/d) -1

เมื่อ RV = ความตานทานของ Anode กับ ดิน (โอหม)

(Resistance of a Vertical Anode to Earth in Ohms) δ = Resistivity of Backfill in ohm-cm


CATHODIC PROTECTION

26

L = Length of Anode in Feet (ฟุต) d = Diameter of Anode in Feet (ฟุต)

5.2 Resistance of Several Vertical Anode in Parallel

R = (0.00521δ/NL) x[ 2.3 log (8L/d) –1+ (2L/S) x 2.3 log 0.656 N]

เมื่อ R = Resistance of Several Vertical Anode in Parallel to earth in Ohms

δ = Resistivity of soil (ohm-cm) L = Length of anode in feet N = Number of anode in parallel

S = Anode Spacing in feet

เมื่อ การคํานวณ Anode Ground Resistance แลวก็สามารถ คํานวณของ Ia กระแสที่ออกจาก Anode แสดงไดจากสตูรขางลาง ก็สามารถทําให Design ไดวา ควรจะตดิตั้ง Anode Groundbed อยาไร

สูตร แสดงการคํานวณคาของกระแส (Ia)

Ia = Driving potential to pipeline polarize Anode Resistance (ohm)

ถา Ia > กระแสที่ใชในการคํานวณในแตละป แสดงวา กระแสที่ออกจาก Anode เพียงพอ ตามทีต่องการในแตละป

การออกแบบระบบ Impressed Current


CATHODIC PROTECTION

27

สําหรับการออกแบบของระบบ Impressed Current หลักการคํานวณหา กระแสทั้งหมดที่ทอตองการ

Total Current Required และ Anode Weight และ จํานวน Anode จะเหมือนกับทีแ่สดงมาแลวเพียงแตวาชนดิของ Anode จะเปลี่ยนไปตองใช Anode ที่สามารถใชกับระบบ Impress Current ได เชน HSCI (High Silicon Anode ,Platinum) ซ่ึงเมื่อ Anode ตางชนิดกจ็ะทาํให Anode Consumption Rate แตกตางกนัไปดวย

ในสวนของระบบ Impress Current จะตองมี Rectifier ซ่ึงสามารถคํานวณไดจากสตูร

E = Ia [(F x Ra) + Rw]

E = Required Output Voltage (Volts) Ia = Max Operating Current F = Safety Factor Increase in Groundbed Resistance Ra = Earthing Resistance of Groundbed Rw = Max Wire Resistance

อุปกรณที่ใชในการติดตั้ง

♦ DC Power Soure (Impress Current) Transformer Rectifier • Ari Cooled • Oil cooled • Constant Current • Auto potential • Custam

Solar Power Source Wind Power Generators

♦ Anode ♦ Cable ♦ Junction box ♦ Test Stations


CATHODIC PROTECTION

28


CATHODIC PROTECTION

29


CATHODIC PROTECTION

30


CATHODIC PROTECTION

31

มาตรฐานของระบบปองกันการกัดกรอน (Reference NACE Standard)

The NACE standard RP –0169-92 เปนมาตรฐานของระบบปองกันการกดักรอน เมื่อมีการตรวจสอบโลหะชิ้นปองกันจะตองมีคณุสมบัติดังตอไปนี ้

1. คาความตางศักย (Potential) เปนลบ ตองไมนอยกวา 850 มลิลิโวลล (Millivolt) เมื่อทําการวัดผานสารละลายทางไฟฟา (Electrolyte) เทยีบกบั คอปเปอร/คอปเปอรซันเฟต (Cu/CuSO4 )โดยไมรวมคาความตางศักยอ่ืนๆ ที่เกดิขึน้ จะทําการวดัไดโดยปดระบบแบบทันทีทันใด (Instant off)

2. คาความตางศักย (Potential) เปนลบ ไมนอยกวา 850 มิลลิโวลล (Millivolt) เมื่อเทียบกับ

คอปเปอร/คอปเปอรซันเฟต ( Cu/CuSO4 ) ในสภาวะเปดระบบ (On)

3. คาความแตกตาง ระหวางการเปลี่ยนแปลงของคาความตางศักย ขณะ Instant off Rectifier (Polarization) กับคาความตางศักยธรรมชาติ (Natural Potential) ตองไมนอยกวา 100 มิลลิโวลล (Millivolt)


CATHODIC PROTECTION

32


CATHODIC PROTECTION

33

การตรวจสอบระบบ CATHODIC PROTECTION

การตรวจสอบ Cathodic Protection กระทําไดโดย ใชเครือ่งมือวัดคาประกอบดวย 1. High Impedance Voltmeter 2. Cu/CuSO4 Reference Electrode 3. Test Post มี Test Lead

การทดสอบ และวิธีการ (Testing & Commissioning)

1. การวัดคาความตางศักยตามธรรมชาติ (Natural Potential Measurement)

1.1 กอนที่จะให groundbed ทําการปลอยกระแสสูระบบ ตองมีการวัดคาความตางศักยธรรมชาติที่จุดทดสอบเสียกอน

1.2 วิธีการวัดและทดสอบความตางศักยตามธรรมชาติไดแสดงในรูปที8่ 1.3 วิธีการใชเครื่องมือในการทดสอบ โดยใช

วัดโดยใช Copper/Copper Sulfate (Cu/CuSO4 ) ที่อ่ิมตัว โดยวิธีการวัดดังนี ้ก) ปกแทงอิเลคโทรดลงบนผิวดินดานขางของโครงสราง เพื่อไมใหเกิดแรงดันตก

ครอมที่อ่ืน ขณะทําการวัด ข) แทงอิเลคโทรดจะตองปกลงในดินประมาณ 5 ซ.ม. จึงจะทําใหการทดสอบเปนผล ค) ถาพื้นดินแหงเกินไปจะตองใหความชื้นของดินโดยการเทน้ํารอบๆ ขั้วอิเลคโทรด

2. การวัดความตางศักยระหวางทอกับดิน (Pipe-to-Soil Measurement)

2.1 ระบบจะจายกระแสใหกับโครงสราง และคาความตางศักยไฟฟาระหวางระหวางโครงสรางกับดิน ใหไดมากกวา –0.85 Volts (เมื่อเทียบกับ Cu/CuSO4) หากไมไดคาดังกลาว จะตองปรับแรงดัน

ของ ตูจายไฟเรื่อยๆ จนกวาจะวัดคาไดตองการ

2.2 วิธีการวดัและทดสอบ Pipe-to-Soil ไดแสดงในรูปที9่ 2.3 การวัดคาความตางศักยเมื่อมีการจายกระแสสูระบบแลวจะทําการทดสอบใน ตําแหนงเดียวกนักับ

การวัดคา Natural Potential


CATHODIC PROTECTION

34

3. การวัดกระแส Output ของ Anode 3.1 การวัดกระแส Output ของ Anode จะใช DC .Amp. meter ใชทําการวดัและจดบันทกึคาความตาง

ศักยไฟฟาของโครงสรางทุกๆ จุดทดสอบ 3.2 การวัดกระแส Output แสดงดังรูปที่10

รูปที่ 8


CATHODIC PROTECTION

35


4. การทดสอบบริเวณใกลเคียง

การทดสอบในกรณีที่ทอมีระบบ Cathodic Protection กับ ทอที่ไมมรีะบบ Cathodic Protection โดยมีการ สลับจุดทดสอบของภายนอกทอ เพื่อวิธีการวัดดังตอไปนี้

4.1 วิธีการวัด ทําการวัดคาความตางศักยระหวางโครงสรางเทียบกับดนิของทอที่ไมมีระบบ Cathodic Protection จะ

ทําการวัด ณ ตําแหนงที่มกีารเดินทอตัดผานทอที่มีการปองกับในระบบ Cathodic Protection

4.2 การเชื่อมตอ (Bonding) 4.2.1 ในกรณีที่ภายนอกทอ ไมไดถูกปองกันดวยระบบ Cathodic Protection การปองกันควร

จะถูกทําการเชือ่มตอกับทอภายนอก เมื่อมกีารทดสอบหลังจากที่มีการเชื่อมตอแลวจะตองแสดงการเปลี่ยนแปลงคาความตางศักยตองมากกวา 100 mV แสดงในรูปที1่1

4.2.2 ในกรณีที่ภายนอกทอมีการปองกันดวย Cathodic Protection คาความตางศักย (Potential) เปนลบ ไมนอยกวา 850 มิลลิโวลล (Millivolt) เมื่อเทียบกับ


CATHODIC PROTECTION

36

คอปเปอร/คอปเปอรซันเฟต ( Cu/CuSO4 )

5 . การทดสอบความเปนฉนวนของหนาแปลน (Testing Insulation Flange)

จุดประสงคในการทดสอบความเปนฉนวนทางไฟฟาของทอกับโลหะชนิดอืน่ ดังนี้

1. เครื่องมือที่ใชวัดความเปนฉนวนทางไฟฟา จะอาศัยหลักการไหลของกระแสไฟฟาในตัวเครื่องมือ เครื่องมือชนิดนี้เรียกวา Gas Electronic model 601

2. การปรับเครื่องมือในการวดัความเปนฉนวนทางไฟฟา ม ี2 วงจรที่ใชในตรวจสอบความเปนฉนวนทาง ไฟฟา แสดงในรูปที่5 ซ่ึง 2 วงจร คือ

วงจรที่1 : เปนการตรวจสอบโดยใชหัวทดสอบ 2 หวั วงจรที่2 : เปนการตรวจสอบโดยใชหัวทดสอบทางขวา กับสายตัวนําไฟฟาขางกลองเครื่องมือมาทดสอบ


CATHODIC PROTECTION

37

Measurement of Anode Output Current


5.1 การ Calibrate เครื่องมือกอนการทดสอบ วงจรที่1 :

1.1 เปดสวิตช “on” ที่อยูดานซายมือ 1.2 เปดสวิตชดานขวาใหอยูอยูในตําแหนง “Zero” 1.3 ปรับเข็มใหช้ีที่ตําแหนง “Zero” บน Scale 1.4 เปดสวติชดานขวาใหอยูอยูในตําแหนง “Test” (เข็มจะชี้ไปตาํแหนงขวาสุดของ Scale) นํา

น็อต หรือสายไฟมาแตะที่หวัทดสอบทั้งสองขาง แลวปรับเข็มไปยังตาํแหนง “Zero” 1.5 ทําการตรวจสอบ ระหวางหนาจานกับหนาจาน และหนาจานกับนอต ถาตอถึงกันเข็มจะชี้ไป

ที่ตําแหนง “Zero” แสดงวาไมเปนฉนวนทางไฟฟา พรอมที่จะทําการตรวจสอบความเปนฉนวนของหนาแปลน


CATHODIC PROTECTION

38

วงจรที่2 : 2.1 เปดสวิตช ตําแหนง “on” และ ตําแหนง “Test” 2.2 นําสายตัวนําไฟฟาขางกลองเครื่องมือมาแตะกับหวัทดสอบ ดานขวามอื 2.3 ปรับเข็มใหชีท้ี่ตําแหนง “Zero” บน Scale 2.4 เมื่อนําสายตัวนําไฟฟาขางกลองที่แตะกับหัวทดสอบออก เข็มจะกลับมาที่ต่ําแหนงเดิม

(ดานขวาของ Scale) พรอมที่จะทําการตรวจสอบความเปนฉนวนของหนาแปลน

หลักการทดสอบความเปนฉนวน (Insulation Test Procedure)

1. ถาผลการตรวจสอบความเปนฉนวนหนาแปลนตรวจสอบแลววาเปนฉนวน เข็มที่เครื่องมือวัดจะไมเคล่ือนที่ยังคงอยูทีตําแหนงขวามือของ Scale

2. พรอมที่จะทําการตรวจสอบความเปนฉนวนของหนาแปลนตรวจสอบแลววาไมเปนฉนวน เข็มที่ เครื่องมือวัดจะเคลื่อนที่มายังตําแหนง “Zero”

5.3 วิธีการตรวจสอบการความไมเปนฉนวนทางไฟฟาของหนาแปลนกับนอ็ต

วิธีท่ี1 1. ทํา การ Calibrate เครื่องมือกอนทดสอบตามหัวขอ 5.1 2. ทําการวัดน็อตกับหนาจาน และหนาจานกบัหนาจาน โดยแสดงวิธีการวัดดังรูปที1่2 3. เมื่อพบวาไมเปนฉนวนทางไฟฟา ใหพจิารณาดูวาระหวางน็อตกับหนาจานเปนฉนวนทางไฟฟา

หรือไม 4. ถาตรวจสอบน็อตกับหนาจานแลว ผลการตรวจสอบออกมาวาเปนฉนวนทางไฟฟา ใหสันนิฐาน

วา “Gasket” เกิดความเสียหาย

วิธีท่ี2 1. ทํา การ Calibrate เครื่องมือกอนทดสอบตามหัวขอ 5.1 2. นําหัวทดสอบไปแตะทีห่นาจาน แลวทําการปรับเข็มใหอยูตรงกลาง Scale 3. ใหทําการทดสอบความเปนฉนวนทางไฟฟาระหวางน็อตกับหนาจาน 4. ถาเข็มชี้มายังทางใกล “Zero” แสดงวา นอ็ตกับหนาจานไมเปนฉนวนทางไฟฟา แตถาเข็มชี้

ไปทางขวามือของ Scale ก็แสดงวาน็อตกบัหนาจานเปนฉนวนทางไฟฟา


CATHODIC PROTECTION

39



CATHODIC PROTECTION

40

รูปวิธีการติดตั้งและทดสอบระบบ CATHODIC PROTECTION SYSTEM

Documents

Technical Book