معايير جديدة تعزز حماية التآكل لأنابيب الصلب

في الهندسة الكهربائية، يعد اختيار طريقة الأسلاك المناسبة أمرًا بالغ الأهمية، وغالبًا ما يكون العمر الافتراضي هو الاعتبار الأساسي. تؤثر مقاومة المواد للتآكل بشكل مباشر على موثوقية ومتانة النظام بأكمله عبر بيئات التركيب المختلفة. في حين أنه لا توجد مادة محصنة تمامًا ضد التآكل، إلا أن العملية قابلة للتحكم. تُفضل أنظمة القنوات الفولاذية بشدة لقوتها الميكانيكية الاستثنائية وحمايتها طويلة الأجل للأسلاك والكابلات. ومع ذلك، نظرًا لتنوع بيئات التركيب، فمن المستحيل تقريبًا التنبؤ بدقة بالعمر الافتراضي لأنظمة القنوات الفولاذية. لذلك، فإن الفهم الشامل لمتطلبات الحماية من التآكل في معايير منتجات القنوات الفولاذية، والالتزام بـ الكود الكهربائي الوطني® (NEC®) ، والتطبيق الحكيم لتدابير الحماية الإضافية من التآكل هي مفتاح اختيار النظام الأمثل لبيئات معينة.

يقوم مصنعو القنوات الفولاذية في الولايات المتحدة، بمن فيهم أعضاء جمعية مصنعي الأجهزة الكهربائية الوطنية (NEMA) قسم 5RN ومعهد الأنابيب الفولاذية في أمريكا الشمالية (STINA) لجنة القنوات الأمريكية، بإنتاج منتجات القنوات الفولاذية التي تلبي أعلى المعايير. تتضمن هذه المنتجات القناة الفولاذية الصلبة (RSC)، والقناة المعدنية المتوسطة (IMC)، وأنابيب المعادن الكهربائية (EMT)، والمرفقات والوصلات والوصلات المرتبطة بها. لضمان الامتثال لمتطلبات NEC، يجب اعتماد جميع الممرات. يتم اعتماد منتجات أعضاء NEMA/STI وفقًا لمعايير Underwriters Laboratories (UL): UL 6 لـ RSC والمكونات المرتبطة بها، و UL 1242 لـ IMC، و UL 797 لـ EMT.

في حين أن معايير UL لا تتضمن اختبارًا صريحًا للعمر الافتراضي، إلا أنها تضع متطلبات اختبار وأداء صارمة للطلاءات الواقية على القنوات الفولاذية و EMT والمكونات ذات الصلة. عادةً ما يكون الطلاء الخارجي (OD) هو الزنك، بينما قد يتميز السطح الداخلي (ID) بطلاءات الزنك أو العضوية. تستخدم UL اختبار كبريتات النحاس (المعروف باسم اختبار Preece) لتقييم جودة طلاء الزنك، مما يضمن الحماية الكافية من التآكل. تنجح العينة إذا لم تظهر أي رواسب نحاسية لامعة ومتماسكة بعد أربع غمر لمدة 60 ثانية في محلول كبريتات النحاس.

عملية وضع الزنك على الأسطح الفولاذية، والمعروفة باسم الجلفنة، تحمي الفولاذ من الصدأ لأكثر من 200 عام. خصائص الزنك الفريدة تجعله مثاليًا لحماية الفولاذ من التآكل. أولاً، إنه يخلق حاجزًا ماديًا بين الفولاذ والبيئة. ثانيًا، يوفر حماية تضحية (جلفانية). نظرًا لأن الفولاذ لديه جهد كهربائي أكثر إيجابية من الزنك (يجذب الإلكترونات من الزنك)، فإن تدفق التيار من الزنك إلى الفولاذ يقلل من معدل تآكل الفولاذ. وبالتالي، فإن طلاء الزنك "يضحي" بنفسه لحماية الفولاذ. حتى مع التلف الموضعي، تستمر الجلفنة في حماية الفولاذ. يشير المسحوق الأبيض على أسطح القنوات أو EMT إلى الحماية النشطة بالزنك (أكسيد الزنك)، بينما يشير اللون الأحمر إلى صدأ الفولاذ (أكسيد الحديد). تسمح UL بطلاءات إضافية فوق الحماية الأولية من التآكل (مثل الزنك)، والتي يطبقها معظم المصنعين الأمريكيين للحماية الإضافية.

بالنسبة لـ RSC و IMC، تتطلب UL طلاءات واقية على خيوط القناة حتى التركيب. يتم شحن هذه المنتجات مع موصل في أحد الطرفين وواقي خيوط في الطرف الآخر، وغالبًا ما يتم ترميزها بالألوان حسب الحجم: الأزرق للأحجام الزوجية، والأسود لـ 1/2، والأحمر لـ 1/4 بوصة RSC؛ البرتقالي للأحجام الزوجية، والأصفر لـ 1/2، والأخضر لـ 1/4 بوصة IMC.

في عام 1965، أضاف NEC شرطًا بأن "الممرات يجب أن تكون مناسبة للبيئة المسببة للتآكل التي تتعرض لها". مع عدم وجود طريقة واضحة لإثبات الملاءمة، أجرت UL تحقيقات واختبارات ميدانية واختبارات معملية، مما أدى إلى إرشادات الحماية الإضافية من التآكل المنشورة في معلومات عامة للمعدات الكهربائية (الكتاب الأبيض) و دليل معدات البناء الكهربائية (الكتاب الأخضر).

بيئات الخرسانة: تشكل كل من الخرسانة والتربة مخاطر عالية للتآكل. تنص إرشادات UL على أن القناة الفولاذية الصلبة المجلفنة (GRC) أو IMC في الخرسانة لا تتطلب عادةً أي حماية إضافية. بالنسبة لـ EMT في ألواح الخرسانة فوق الأرض، عادةً ما تكون الحماية الإضافية غير ضرورية، ولكن قد تتطلب التركيبات الموجودة أسفل ألواح الأرضية ذلك.

بيئات التربة: تشير UL إلى أن GRC في تلامس التربة لا يحتاج عمومًا إلى حماية إضافية ما لم تنخفض مقاومة التربة عن 2000 أوم سم (تقاس بواسطة المرافق المحلية). تحدد السلطة المختصة (AHJ) ما إذا كانت هناك حاجة إلى حماية إضافية. يتطلب EMT في تلامس التربة عادةً حماية إضافية.

التحولات من الخرسانة إلى التربة: يمكن أن يحدث تآكل شديد حيث تنتقل القناة الفولاذية أو EMT من الخرسانة إلى التربة. يوصي مصنعو NEMA/STI بما لا يقل عن 4 بوصات من الحماية الإضافية على كلا جانبي نقطة الانتقال. في المناطق الساحلية، يحمي نفس النهج EMT الذي ينتقل من الخرسانة إلى الهواء المالح.

يعد فهم قواعد NEC أمرًا ضروريًا لتحديد متطلبات الحماية الإضافية من التآكل. يغطي المقال 344 من NEC القناة المعدنية الصلبة (بما في ذلك الفولاذ والألومنيوم والنحاس الأحمر والفولاذ المقاوم للصدأ)، ويعالج المقال 342 IMC (الفولاذ فقط)، ويغطي المقال 358 EMT. يحتوي المقال 300.6 (الحماية من التآكل والتدهور) أيضًا على معلومات مهمة.

يُسمح باستخدام القنوات الصلبة المصنوعة من الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ في "جميع الظروف الجوية والمهن"، بما في ذلك الخرسانة والدفن المباشر والمناطق شديدة التآكل إذا "تم توفير الحماية من التآكل والموافقة عليها للظروف". تلبي القناة الفولاذية المدرجة في UL هذا من خلال طلاء الزنك (النموذجي)، مع موافقة AHJ على التثبيت. تتطلب القناة الصلبة المصنوعة من الألومنيوم حماية إضافية معتمدة من AHJ في الخرسانة أو الدفن المباشر.

تعكس متطلبات IMC تلك الخاصة بالقناة الفولاذية الصلبة. يُسمح باستخدام EMT في الخرسانة أو التربة أو المناطق شديدة التآكل إذا كانت محمية ومعتمدة بشكل صحيح. يكون الفعل الجلفاني بين الألومنيوم والفولاذ ضئيلاً، مما يسمح باستخدامهما معًا إذا لم يتعرضا للتآكل الشديد.

يتضمن المقال 300.6 من NEC متطلبات الخيوط المقطوعة في الحقل: حيث تكون الحماية من التآكل مطلوبة، يجب طلاء الخيوط بمركب موصل ومقاوم للتآكل معتمد (عادةً طلاء غني بالزنك أو بدائل مدرجة في UL).

في حين أن طلاءات القنوات الفولاذية و EMT توفر حماية ممتازة، فقد تتطلب البيئات شديدة التآكل تدابير إضافية مثل الطلاء، ولفائف الشريط، ولفائف الانكماش الحراري (كلها تتطلب موافقة AHJ)، أو طلاءات PVC المطبقة في المصنع فوق الطلاء الأساسي.

الطلاء: تشمل الخيارات المقبولة طلاءات الأسفلت أو الدهانات الغنية بالزنك أو دهانات الأكريليك أو البولي يوريثين أو الإيبوكسي المقاوم للعوامل الجوية (تجنب الدهانات الزيتية أو الألكيد). يعد تحضير السطح أمرًا بالغ الأهمية—نظف واشطف وجفف دون تآكل قد يتلف طبقة الزنك. تعمل المواد التمهيدية المتوافقة أو أنظمة الطلاء المزدوج على تعزيز الحماية.

لفائف الشريط ولفائف الانكماش الحراري: يجب أن تتداخل الأشرطة المتخصصة عالية الالتصاق لتغطية القنوات والتجهيزات بالكامل. لا تتطلب لفائف الانكماش الحراري مصدر حرارة. يوفر المصنعون إرشادات التثبيت.

القناة المطلية بـ PVC: تعالج معايير UL (UL 6، UL 1242، UL 797) الطلاءات الإضافية، والتي لا تحتاج إلى تلبية متطلبات الحماية الأولية من التآكل. يتم تقييم الطلاءات غير المعدنية لانتشار اللهب، والتأثير على الحماية الأولية، وملاءمة الاقتران، والاستمرارية الكهربائية. إذا تم إدراج PVC كطريقة أساسية جنبًا إلى جنب مع الجلفنة، فيجب أن تجتاز أيضًا اختبارات ضباب الملح والرطوبة CO ₂ -SO ₂ -اختبارات الهواء والأشعة فوق البنفسجية/الماء. يوفر NEMA RN-1 مواصفات طلاء PVC للمساعدة في الاختيار.

تتطلب الخيوط المقطوعة في الحقل على القناة المطلية بـ PVC نفس الطلاء الموصل والمقاوم للتآكل الذي يفرضه NEC، والمتوفر من الشركات المصنعة أو كمنتجات مدرجة في UL.

التآكل معقد، ويتأثر بعوامل مثل الجهد/المقاومة الجلفانية (بين المناطق الأنودية/الكاثودية)، والغبار، والمواد الكيميائية، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والرطوبة. يمكن أن يؤدي اختيار المنتج المناسب والصيانة والتحكم البيئي إلى إبطاء التآكل.

بالإضافة إلى الخرسانة والتربة، يمكن أن يكون الغبار شديد التآكل (على سبيل المثال، القناة المطلية بـ PVC غير مناسبة لمواقع الفئة الثانية بسبب الشحنات الثابتة). تؤثر المواد الكيميائية على كل من القنوات المعدنية وغير المعدنية—يمكن للمصنعين توفير بيانات مقاومة المواد الكيميائية، ولكن الخبرة المحلية تظل أفضل مقياس للتطبيق.

في البيئات الكيميائية السائلة، تؤثر درجة الحموضة على التآكل. وفقًا لجمعية المجلفنين الأمريكية، تعمل الجلفنة بشكل جيد في المحاليل التي تزيد درجة حموضتها عن 4.0 وأقل من 12.5، بينما يناسب الألومنيوم درجة حموضة 4–9.

تتميز القناة الفولاذية المجلفنة و EMT بطلاءات حماية ممتازة من التآكل تضمن عمر خدمة طويل. في البيئات شديدة التآكل، يمكن للحماية الإضافية أن تزيد من إطالة عمر النظام.