استانداردهای جدید، حفاظت از خوردگی برای لوله‌های فولادی را افزایش می‌دهند

در مهندسی برق، انتخاب روش سیم‌کشی مناسب بسیار مهم است و طول عمر اغلب به عنوان ملاحظه اصلی در نظر گرفته می‌شود. مقاومت مواد در برابر خوردگی تأثیر مستقیمی بر قابلیت اطمینان و دوام کل سیستم در محیط‌های مختلف نصب دارد. در حالی که هیچ ماده‌ای کاملاً در برابر خوردگی مصون نیست، این فرآیند قابل کنترل است. سیستم‌های لوله‌کشی فولادی به دلیل استحکام مکانیکی استثنایی و محافظت طولانی‌مدت از سیم‌ها و کابل‌ها بسیار مورد توجه هستند. با این حال، به دلیل تنوع محیط‌های نصب، پیش‌بینی دقیق طول عمر سیستم‌های لوله‌کشی فولادی تقریباً غیرممکن است. بنابراین، درک کامل الزامات حفاظت از خوردگی در استانداردهای محصول لوله‌کشی فولادی، پایبندی به کد ملی برق® (NEC®) و استفاده صحیح از اقدامات حفاظت از خوردگی تکمیلی، کلید انتخاب سیستم بهینه برای محیط‌های خاص است.

تولیدکنندگان لوله‌های فولادی ایالات متحده، از جمله اعضای بخش 5RN انجمن تولیدکنندگان برق ملی (NEMA) و کمیته لوله آمریکایی موسسه فولاد آمریکای شمالی (STINA)، محصولات لوله‌کشی فولادی را تولید می‌کنند که بالاترین استانداردها را دارند. این محصولات شامل لوله‌های فولادی سخت (RSC)، لوله‌های فلزی متوسط (IMC)، لوله‌های فلزی برقی (EMT) و آرنج‌ها، اتصالات و کوپلینگ‌های مرتبط هستند. برای اطمینان از انطباق با الزامات NEC، همه مجراها باید دارای گواهی باشند. محصولات عضو NEMA/STI دارای گواهی استانداردهای آزمایشگاه‌های Underwriters (UL) هستند: UL 6 برای RSC و اجزای مرتبط، UL 1242 برای IMC و UL 797 برای EMT.

در حالی که استانداردهای UL شامل آزمایش صریح طول عمر نمی‌شوند، اما الزامات آزمایش و عملکرد دقیقی را برای پوشش‌های محافظ روی لوله‌های فولادی، EMT و اجزای مرتبط تعیین می‌کنند. معمولاً پوشش سطح بیرونی (OD) روی است، در حالی که سطح داخلی (ID) ممکن است دارای پوشش روی یا آلی باشد. UL از آزمایش سولفات مس (که معمولاً به عنوان آزمایش Preece شناخته می‌شود) برای ارزیابی کیفیت پوشش روی استفاده می‌کند و از محافظت کافی در برابر خوردگی اطمینان حاصل می‌کند. اگر پس از چهار غوطه‌وری 60 ثانیه‌ای در محلول سولفات مس، هیچ رسوب مسی روشن و چسبنده‌ای ظاهر نشود، نمونه پاس می‌شود.

فرآیند اعمال روی بر روی سطوح فولادی که به عنوان گالوانیزه کردن شناخته می‌شود، بیش از 200 سال است که از فولاد در برابر زنگ‌زدگی محافظت می‌کند. خواص منحصر به فرد روی آن را برای محافظت از خوردگی فولاد ایده‌آل می‌کند. اولاً، یک مانع فیزیکی بین فولاد و محیط ایجاد می‌کند. ثانیاً، محافظت فداشونده (گالوانیکی) را فراهم می‌کند. از آنجایی که فولاد پتانسیل مثبت‌تری نسبت به روی دارد (جذب الکترون از روی)، جریان الکتریکی از روی به فولاد، سرعت خوردگی فولاد را کاهش می‌دهد. بنابراین، پوشش روی خود را «فدا» می‌کند تا از فولاد محافظت کند. حتی با آسیب‌های موضعی، گالوانیزه کردن همچنان به محافظت از فولاد ادامه می‌دهد. پودر سفید روی سطوح لوله یا EMT نشان‌دهنده محافظت فعال روی (اکسید روی) است، در حالی که قرمز نشان‌دهنده زنگ فولاد (اکسید آهن) است. UL پوشش‌های تکمیلی را بر روی حفاظت اولیه از خوردگی (به عنوان مثال، روی) مجاز می‌داند که اکثر تولیدکنندگان ایالات متحده برای محافظت بیشتر اعمال می‌کنند.

برای RSC و IMC، UL پوشش‌های محافظ را روی رزوه لوله تا زمان نصب الزامی می‌کند. این محصولات با یک کانکتور در یک انتها و یک محافظ رزوه در انتهای دیگر عرضه می‌شوند که اغلب بر اساس اندازه کدگذاری شده‌اند: آبی برای اندازه‌های زوج، مشکی برای 1/2 و قرمز برای 1/4 اینچ RSC؛ نارنجی برای اندازه‌های زوج، زرد برای 1/2 و سبز برای 1/4 اینچ IMC.

در سال 1965، NEC الزامی را اضافه کرد مبنی بر اینکه «مجراها باید برای محیط خورنده‌ای که در معرض آن قرار دارند، مناسب باشند». با عدم وجود روشی روشن برای نشان دادن مناسب بودن، UL تحقیقات، آزمایش‌های میدانی و آزمایش‌های آزمایشگاهی را انجام داد که منجر به انتشار دستورالعمل‌های حفاظت از خوردگی تکمیلی در اطلاعات عمومی برای تجهیزات الکتریکی (کتاب سفید) و فهرست تجهیزات ساختمانی الکتریکی (کتاب سبز) شد.

محیط‌های بتنی: هم بتن و هم خاک خطرات خوردگی بالایی دارند. دستورالعمل‌های UL بیان می‌کنند که لوله فولادی سخت گالوانیزه (GRC) یا IMC در بتن معمولاً به محافظت اضافی نیاز ندارد. برای EMT در دال‌های بتنی بالای زمین، محافظت اضافی معمولاً ضروری نیست، اما نصب‌های دال زیرزمینی ممکن است به آن نیاز داشته باشند.

محیط‌های خاکی: UL خاطرنشان می‌کند که GRC در تماس با خاک عموماً به محافظت اضافی نیاز ندارد، مگر اینکه مقاومت خاک کمتر از 2000 اهم-سانتی‌متر (اندازه‌گیری شده توسط شرکت‌های برق محلی) باشد. مرجع دارای صلاحیت (AHJ) تعیین می‌کند که آیا به محافظت اضافی نیاز است یا خیر. EMT در تماس با خاک معمولاً به محافظت تکمیلی نیاز دارد.

انتقال بتن به خاک: خوردگی شدید می‌تواند در جایی که لوله فولادی یا EMT از بتن به خاک منتقل می‌شود، رخ دهد. تولیدکنندگان NEMA/STI حداقل 4 اینچ محافظت اضافی در هر دو طرف نقطه انتقال را توصیه می‌کنند. در مناطق ساحلی، همین رویکرد از EMT که از بتن به هوای شور منتقل می‌شود، محافظت می‌کند.

درک قوانین NEC برای تعیین الزامات حفاظت از خوردگی اضافی ضروری است. مقاله 344 NEC لوله‌های فلزی سخت (شامل فولاد، آلومینیوم، برنج قرمز و فولاد ضد زنگ)، مقاله 342 IMC (فقط فولاد) و مقاله 358 EMT را پوشش می‌دهد. مقاله 300.6 (محافظت در برابر خوردگی و تخریب) نیز حاوی اطلاعات مهمی است.

لوله‌های سخت فولادی و فولاد ضد زنگ در «تمام شرایط جوی و اشغال‌ها» از جمله بتن، دفن مستقیم و مناطق به شدت خورنده مجاز هستند، اگر «با حفاظت از خوردگی ارائه شده و برای شرایط تأیید شده باشند». لوله فولادی فهرست شده UL این کار را از طریق پوشش روی خود (معمول) انجام می‌دهد و AHJ نصب را تأیید می‌کند. لوله سخت آلومینیومی به محافظت اضافی تأیید شده توسط AHJ در بتن یا دفن مستقیم نیاز دارد.

الزامات IMC منعکس کننده الزامات لوله فولادی سخت است. EMT در بتن، خاک یا مناطق به شدت خورنده در صورت محافظت مناسب و تأیید شده مجاز است. عمل گالوانیکی بین آلومینیوم و فولاد ناچیز است و امکان استفاده ترکیبی از آنها را در صورت عدم قرار گرفتن در معرض خوردگی شدید فراهم می‌کند.

مقاله 300.6 NEC شامل الزامات مربوط به رزوه های برش خورده در محل است: در مواردی که به حفاظت از خوردگی نیاز است، رزوه ها باید با یک ترکیب رسانای تایید شده و مقاوم در برابر خوردگی (معمولاً رنگ غنی از روی یا جایگزین های فهرست شده UL) پوشانده شوند.

در حالی که پوشش‌های لوله فولادی و EMT محافظت عالی را ارائه می‌دهند، محیط‌های بسیار خورنده ممکن است به اقدامات تکمیلی مانند رنگ، نوارهای چسبی، روکش‌های جمع‌شونده حرارتی (که همگی نیاز به تأیید AHJ دارند) یا پوشش‌های PVC اعمال شده در کارخانه بر روی پوشش اولیه نیاز داشته باشند.

رنگ: گزینه‌های قابل قبول شامل پوشش‌های آسفالت، رنگ‌های غنی از روی یا رنگ‌های اکریلیک، پلی اورتان یا اپوکسی مقاوم در برابر آب و هوا (اجتناب از رنگ‌های روغنی یا آلکیدی) است. آماده‌سازی سطح بسیار مهم است - تمیز، شستشو و خشک کردن بدون سایش که ممکن است به لایه روی آسیب برساند. پرایمرهای سازگار یا سیستم‌های دو لایه، محافظت را افزایش می‌دهند.

نوارهای چسبی و روکش‌های جمع‌شونده حرارتی: نوارهای چسبندگی بالا باید همپوشانی داشته باشند تا لوله‌ها و اتصالات را کاملاً بپوشانند. روکش‌های جمع‌شونده حرارتی نیازی به منبع حرارت ندارند. تولیدکنندگان راهنمایی نصب را ارائه می‌دهند.

لوله‌های روکش‌دار PVC: استانداردهای UL (UL 6، UL 1242، UL 797) به پوشش‌های تکمیلی می‌پردازند که نیازی به برآورده کردن الزامات حفاظت از خوردگی اولیه ندارند. پوشش‌های غیرفلزی برای گسترش شعله، تأثیر بر حفاظت اولیه، تناسب کوپلینگ و تداوم الکتریکی ارزیابی می‌شوند. اگر PVC به عنوان یک روش اولیه در کنار گالوانیزه کردن فهرست شده باشد، باید آزمایش‌های مه، CO مرطوب ₂ -SO ₂ -آزمایش‌های هوا و UV/آب را نیز پشت سر بگذارد. NEMA RN-1 مشخصات پوشش PVC را برای کمک به انتخاب ارائه می‌دهد.

رزوه های برش خورده در محل روی لوله روکش دار PVC به همان پوشش رسانای مقاوم در برابر خوردگی که توسط NEC تجویز شده است، نیاز دارند که از تولیدکنندگان یا به عنوان محصولات فهرست شده UL در دسترس است.

خوردگی پیچیده است و تحت تأثیر عواملی مانند پتانسیل/مقاومت گالوانیکی (بین مناطق آندی/کاتدی)، گرد و غبار، مواد شیمیایی، pH، دما و رطوبت قرار دارد. انتخاب محصول مناسب، نگهداری و کنترل محیطی می‌تواند خوردگی را کند کند.

فراتر از بتن و خاک، گرد و غبار می‌تواند بسیار خورنده باشد (به عنوان مثال، لوله روکش دار PVC برای مکان‌های کلاس II به دلیل بارهای استاتیکی مناسب نیست). مواد شیمیایی بر لوله‌های فلزی و غیرفلزی تأثیر می‌گذارند - تولیدکنندگان می‌توانند داده‌های مقاومت شیمیایی را ارائه دهند، اما تجربه محلی بهترین سنجش کاربردپذیری باقی می‌ماند.

در محیط‌های شیمیایی مایع، pH بر خوردگی تأثیر می‌گذارد. طبق گفته انجمن گالوانیزه‌کنندگان آمریکا، گالوانیزه کردن در محلول‌هایی با pH بالاتر از 4.0 و کمتر از 12.5 عملکرد خوبی دارد، در حالی که آلومینیوم برای pH 4–9 مناسب است.

لوله‌های فولادی گالوانیزه و EMT دارای پوشش‌های محافظتی عالی در برابر خوردگی هستند که طول عمر طولانی را تضمین می‌کنند. در محیط‌های به شدت خورنده، محافظت تکمیلی می‌تواند طول عمر سیستم را بیشتر کند.