Tiêu chuẩn mới tăng cường bảo vệ chống ăn mòn cho ống thép

Trong kỹ thuật điện, việc lựa chọn phương pháp đi dây phù hợp là rất quan trọng, với tuổi thọ thường là yếu tố được xem xét hàng đầu. Khả năng chống ăn mòn của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và độ bền của toàn bộ hệ thống trong các môi trường lắp đặt khác nhau. Mặc dù không có vật liệu nào hoàn toàn miễn nhiễm với sự ăn mòn, nhưng quá trình này có thể kiểm soát được. Hệ thống ống thép được ưa chuộng vì độ bền cơ học vượt trội và khả năng bảo vệ dây và cáp lâu dài. Tuy nhiên, do sự đa dạng của môi trường lắp đặt, việc dự đoán chính xác tuổi thọ của hệ thống ống thép là gần như không thể. Do đó, việc hiểu rõ các yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn trong các tiêu chuẩn sản phẩm ống thép, tuân thủ National Electrical Code® (NEC®) , và việc áp dụng một cách thận trọng các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn bổ sung là chìa khóa để lựa chọn hệ thống tối ưu cho các môi trường cụ thể.

Các nhà sản xuất ống thép của Hoa Kỳ, bao gồm các thành viên của Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia (NEMA) 5RN Section và Ủy ban ống thép Bắc Mỹ (STINA) American Conduit Committee, sản xuất các sản phẩm ống thép đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất. Các sản phẩm này bao gồm ống thép cứng (RSC), ống kim loại trung gian (IMC), ống kim loại điện (EMT) và các khuỷu, đầu nối và khớp nối liên quan. Để đảm bảo tuân thủ các yêu cầu của NEC, tất cả các ống dẫn phải được chứng nhận. Các sản phẩm thành viên NEMA/STI được chứng nhận theo các tiêu chuẩn của Underwriters Laboratories (UL): UL 6 cho RSC và các thành phần liên quan, UL 1242 cho IMC và UL 797 cho EMT.

Mặc dù các tiêu chuẩn UL không bao gồm thử nghiệm tuổi thọ rõ ràng, nhưng chúng thiết lập các yêu cầu thử nghiệm và hiệu suất nghiêm ngặt đối với lớp phủ bảo vệ trên ống thép, EMT và các thành phần liên quan. Thông thường, lớp phủ bên ngoài (OD) là kẽm, trong khi bề mặt bên trong (ID) có thể có lớp phủ kẽm hoặc hữu cơ. UL sử dụng thử nghiệm đồng sunfat (thường được gọi là thử nghiệm Preece) để đánh giá chất lượng lớp phủ kẽm, đảm bảo bảo vệ chống ăn mòn đầy đủ. Một mẫu đạt yêu cầu nếu không có cặn đồng sáng, bám dính xuất hiện sau bốn lần nhúng 60 giây trong dung dịch đồng sunfat.

Quá trình phủ kẽm lên bề mặt thép, được gọi là mạ kẽm, đã bảo vệ thép khỏi bị gỉ trong hơn 200 năm. Các đặc tính độc đáo của kẽm làm cho nó trở nên lý tưởng để bảo vệ thép khỏi bị ăn mòn. Đầu tiên, nó tạo ra một rào cản vật lý giữa thép và môi trường. Thứ hai, nó cung cấp sự bảo vệ hy sinh (galvanic). Vì thép có điện thế dương hơn kẽm (hút electron từ kẽm), dòng điện từ kẽm đến thép làm giảm tốc độ ăn mòn của thép. Do đó, lớp phủ kẽm "hy sinh" chính nó để bảo vệ thép. Ngay cả khi bị hư hỏng cục bộ, quá trình mạ kẽm vẫn tiếp tục bảo vệ thép. Bột trắng trên bề mặt ống dẫn hoặc EMT cho thấy sự bảo vệ kẽm đang hoạt động (kẽm oxit), trong khi màu đỏ cho thấy thép bị gỉ (sắt oxit). UL cho phép các lớp phủ bổ sung trên lớp bảo vệ chống ăn mòn chính (ví dụ: kẽm), mà hầu hết các nhà sản xuất Hoa Kỳ áp dụng để bảo vệ thêm.

Đối với RSC và IMC, UL yêu cầu lớp phủ bảo vệ trên ren ống dẫn cho đến khi lắp đặt. Các sản phẩm này được vận chuyển với một đầu nối ở một đầu và một bộ bảo vệ ren ở đầu kia, thường được mã hóa màu theo kích thước: xanh lam cho các kích thước chẵn, đen cho 1/2 và đỏ cho 1/4 inch RSC; cam cho các kích thước chẵn, vàng cho 1/2 và xanh lục cho 1/4 inch IMC.

Năm 1965, NEC đã thêm một yêu cầu rằng "ống dẫn phải phù hợp với môi trường ăn mòn mà chúng tiếp xúc." Vì không có phương pháp rõ ràng để chứng minh sự phù hợp, UL đã tiến hành điều tra, thử nghiệm hiện trường và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, dẫn đến các hướng dẫn bảo vệ chống ăn mòn bổ sung được công bố trong Thông tin chung cho thiết bị điện (Sách trắng) và Danh mục thiết bị xây dựng điện (Sách xanh).

Môi trường bê tông: Cả bê tông và đất đều có nguy cơ ăn mòn cao. Hướng dẫn của UL quy định rằng ống thép cứng mạ kẽm (GRC) hoặc IMC trong bê tông thường không cần bảo vệ bổ sung. Đối với EMT trong tấm bê tông trên mặt đất, thường không cần bảo vệ bổ sung, nhưng việc lắp đặt tấm dưới mặt đất có thể yêu cầu nó.

Môi trường đất: UL lưu ý rằng GRC tiếp xúc với đất thường không cần bảo vệ thêm trừ khi điện trở suất của đất giảm xuống dưới 2.000 ohm-cm (được đo bởi các tiện ích địa phương). Cơ quan có thẩm quyền (AHJ) xác định xem có cần bảo vệ bổ sung hay không. EMT tiếp xúc với đất thường yêu cầu bảo vệ bổ sung.

Chuyển tiếp bê tông-đất: Sự ăn mòn nghiêm trọng có thể xảy ra khi ống thép hoặc EMT chuyển tiếp từ bê tông sang đất. Các nhà sản xuất NEMA/STI khuyến nghị bảo vệ thêm ít nhất 4 inch ở cả hai bên của điểm chuyển tiếp. Ở các khu vực ven biển, phương pháp tương tự bảo vệ EMT chuyển tiếp từ bê tông sang không khí mặn.

Việc hiểu các quy tắc của NEC là rất cần thiết để xác định các yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn bổ sung. Điều 344 của NEC bao gồm ống dẫn kim loại cứng (bao gồm thép, nhôm, đồng thau đỏ và thép không gỉ), Điều 342 đề cập đến IMC (chỉ thép) và Điều 358 bao gồm EMT. Điều 300.6 (Bảo vệ chống ăn mòn và suy giảm) cũng chứa thông tin quan trọng.

Ống dẫn cứng bằng thép và thép không gỉ được phép trong "tất cả các điều kiện khí quyển và nghề nghiệp", bao gồm bê tông, chôn trực tiếp và các khu vực ăn mòn nghiêm trọng nếu "được cung cấp bảo vệ chống ăn mòn và được phê duyệt cho điều kiện đó." Ống dẫn thép được liệt kê bởi UL đáp ứng điều này thông qua lớp phủ kẽm của nó (điển hình), với AHJ phê duyệt việc lắp đặt. Ống dẫn cứng bằng nhôm yêu cầu AHJ phê duyệt bảo vệ bổ sung trong bê tông hoặc chôn trực tiếp.

Các yêu cầu của IMC phản ánh các yêu cầu đối với ống dẫn thép cứng. EMT được phép trong bê tông, đất hoặc các khu vực ăn mòn nghiêm trọng nếu được bảo vệ và phê duyệt đúng cách. Tác động galvanic giữa nhôm và thép là không đáng kể, cho phép sử dụng kết hợp của chúng nếu không tiếp xúc với sự ăn mòn nghiêm trọng.

Điều 300.6 của NEC bao gồm các yêu cầu đối với ren cắt tại hiện trường: nơi cần bảo vệ chống ăn mòn, ren phải được phủ một hợp chất dẫn điện, chống ăn mòn đã được phê duyệt (thường là sơn giàu kẽm hoặc các lựa chọn thay thế được liệt kê bởi UL).

Mặc dù lớp phủ ống dẫn và EMT bằng thép cung cấp khả năng bảo vệ tuyệt vời, nhưng môi trường ăn mòn cao có thể yêu cầu các biện pháp bổ sung như sơn, bọc băng, bọc co nhiệt (tất cả đều yêu cầu sự chấp thuận của AHJ) hoặc lớp phủ PVC do nhà máy áp dụng trên lớp phủ chính.

Sơn: Các lựa chọn chấp nhận được bao gồm lớp phủ nhựa đường, sơn giàu kẽm hoặc sơn acrylic, polyurethane hoặc epoxy chịu thời tiết (tránh sơn gốc dầu hoặc alkyd). Việc chuẩn bị bề mặt là rất quan trọng—làm sạch, rửa và làm khô mà không bị mài mòn có thể làm hỏng lớp kẽm. Sơn lót tương thích hoặc hệ thống hai lớp sẽ tăng cường bảo vệ.

Bọc băng và bọc co nhiệt: Băng dính đặc biệt có độ bám dính cao phải chồng lên nhau để che phủ hoàn toàn ống dẫn và phụ kiện. Bọc co nhiệt không yêu cầu nguồn nhiệt. Các nhà sản xuất cung cấp hướng dẫn cài đặt.

Ống dẫn phủ PVC: Các tiêu chuẩn UL (UL 6, UL 1242, UL 797) đề cập đến lớp phủ bổ sung, không cần đáp ứng các yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn chính. Lớp phủ phi kim loại được đánh giá về khả năng lan truyền ngọn lửa, tác động đến bảo vệ chính, độ vừa vặn của khớp nối và tính liên tục về điện. Nếu PVC được liệt kê là phương pháp chính cùng với mạ kẽm, nó cũng phải vượt qua các thử nghiệm sương muối, CO ẩm ₂ -SO ₂ -không khí và UV/nước. NEMA RN-1 cung cấp các thông số kỹ thuật lớp phủ PVC để hỗ trợ lựa chọn.

Ren cắt tại hiện trường trên ống dẫn phủ PVC yêu cầu cùng một lớp phủ dẫn điện, chống ăn mòn theo quy định của NEC, có sẵn từ các nhà sản xuất hoặc dưới dạng các sản phẩm được liệt kê bởi UL.

Ăn mòn là một hiện tượng phức tạp, bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như điện thế/điện trở galvanic (giữa các khu vực anode/cathode), bụi, hóa chất, pH, nhiệt độ và độ ẩm. Việc lựa chọn sản phẩm phù hợp, bảo trì và kiểm soát môi trường có thể làm chậm quá trình ăn mòn.

Ngoài bê tông và đất, bụi có thể ăn mòn cao (ví dụ: ống dẫn phủ PVC không phù hợp với các vị trí Loại II do tĩnh điện). Hóa chất ảnh hưởng đến cả ống dẫn kim loại và phi kim loại—các nhà sản xuất có thể cung cấp dữ liệu về khả năng kháng hóa chất, nhưng kinh nghiệm địa phương vẫn là thước đo khả năng áp dụng tốt nhất.

Trong môi trường hóa chất lỏng, pH ảnh hưởng đến sự ăn mòn. Theo Hiệp hội mạ kẽm Hoa Kỳ, mạ kẽm hoạt động tốt trong các dung dịch có độ pH trên 4.0 và dưới 12.5, trong khi nhôm phù hợp với pH 4–9.

Ống dẫn và EMT bằng thép mạ kẽm có lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn tuyệt vời, đảm bảo tuổi thọ sử dụng lâu dài. Trong môi trường ăn mòn nghiêm trọng, việc bảo vệ bổ sung có thể kéo dài hơn nữa tuổi thọ của hệ thống.