เริ่มต้นสำรวจกระแสจรจัด (Stray Current)

ปัญหาการกัดกร่อนโครงสร้างสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีการใช้งานไฟฟ้ากระแสตรงเช่น การเดินรถไฟฟ้าทั้งใต้ดิน บนดิน ใต้น้ำ หรือลอยฟ้า และจากการเชื่อมไฟฟ้าแบบ DC การใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้า และสายส่งไฟฟ้าแบบ DC System เป็นต้น การศึกษา Stray Current จึงมีความจำเป็นมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการใช้งานระบบขนส่งมวลชนที่ใช้ไฟ DC

จากการสำรวจและศึกษาการควบคุมการกัดกร่อนของระบบรถไฟฟ้าในต่างประเทศอย่างแพร่หลาย พบว่าหัวข้อที่ควรดำเนินการประกอบไปด้วย

1. คุณลักษณะของสภาวะแวดล้อมการกัดกร่อน

2. การประเมินอายุความทนทานของวัสดุ

3. การวางแผนป้องกันการกัดกร่อน

4. การเคลือบแบบป้องกันและการป้องกันแบบ Cathodic

5. การประมาณการขอบเขตของปัญหา Stray Current

การดำเนินการมีการวัดทางเคมี, แบคทีเรีย, ความต้านทานไฟฟ้าของดินตัวอย่างพื้นที่ต่าง ๆ ตามเส้นทางการเดินรถ ศึกษาการกัดกร่อนของเหล็ก เหล็กหล่อ คอนกรีต ว่าจะเคลือบอย่างไร และประเมินการป้องกัน Cathodic ทำการวิเคราะห์เพื่อประเมินขนาดของกระแสรั่วไหลโดยสำรวจไปยังท่อแก๊ส ท่อน้ำ โทรศัพท์และการไฟฟ้า จัดทำแบบสอบถามข้อมูลการกัดกร่อนที่จำเป็นไปยังบริษัทที่เกี่ยวข้อง

สภาวะแวดล้อมใต้ดิน

การกัดกร่อนมีความสัมพันธ์กับดินโดยรอบอุโมงค์แต่หากเป็นอุโมงค์ลอดใต้ทะเลสาบหรือทะเลจะมีไอเกลือเข้ามามากโดยทางระบบระบายอากาศในอุโมงค์ และการกัดกร่อนยังมีผลมาจากน้ำที่รั่วซึมในอุโมงค์เป็นผลจากการวางตัวไม่ดีหรือบิดเบี้ยวไปในการก่อสร้าง

การรวมตัวสะสมของฝุ่นแลน้ำมันจากการเดินรถ และโอโซนที่เกิดจากการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าก็เป็นแฟกเตอร์ที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างช้า ๆ ในอุโมงค์

ผนังแบบ Grout ด้านนอกที่กั้นระหว่างดินกับผนังที่บุด้านในเป็นผนังที่มีความต้านทานการกัดกร่อนดี และคุณลักษณะการกัดกร่อนจะขึ้นกับ

1. น้ำด่างที่มีลักษณะเป็นฟิล์มที่สัมผัสกับโลหะโครงสร้าง

2. อัตราการแพร่กระจายอย่างช้า ๆ ของ Dissolved Oxygen ผ่านผนัง Grout

3. สภาวะแวดล้อมที่ปราศจากสารประกอบคลอรีนและโลหะ

มีวิธีการป้องกันที่ได้ศึกษามามากมายเนื่องจากโลหะที่ใช้ไม่ได้เคลือบฟิล์มป้องกันและคอนกรีตถูกทำให้เสื่อมลงจากสภาวะแวดล้อมที่เป็นกรด

ทางที่ง่ายที่สุดคือการใช้โลหะหนาขึ้นเพื่อยอมให้กัดกร่อน หรือใช้โลหะที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงเช่น สแตนเลส แต่ราคาจะสูงมาก วิธีต่อมาคือการเคลือบเพื่อให้ความต้านทานไฟฟ้ามากขึ้น มีความทนทานทางเคมี และมีความซึมซับน้ำต่ำ แต่ในบางครั้งการเคลือบแบบนี้อาจไม่เพียงพอเนื่องจากการเคลื่อนที่ของแผ่นดิน อุปกรณ์ไม่สมบูรณ์ และการเคลือบผิวที่ไม่ดีจะมีผลต่อการกัดกร่อน

การป้องกัน Cathodic ควรจัดให้มีขึ้นเพื่อลดการนำกระแสของผนังด้านในให้เหลือน้อยกว่า 200 ไมโครแอมแปร์/ตารางฟุต ของพื้นที่ด้านในประมาณ 300,000 ตารางฟุต/ไมล์

การใช้ขั้วอาโนดสำหรับลดการกัดกร่อนสามารถใช้ได้ประมาณ 30 ปีตามอายุขั้วอาโนด โดยติดตั้งอันเล็กทีละเซกเมนต์หรืออันใหญ่น้อยอันก็ได้

สำหรับผนังภายในที่เป็นคอนกรีตควรพิจารณาทำการเคลือบและ/หรือทำการป้องกัน Cathodic และทำการวิเคราะห์ความแน่นคอนกรีตและเลือกวัสดุในการก่อสร้างอย่างระมัดระวัง

ปัญหาของ Stray Current

Stray Current คือกระแสรั่วไหลที่ไหลผ่านโลหะอื่น ๆ ที่อยู่รอบข้างที่ฝังอยู่ในดิน กระแสจะไหลผ่านรางวิ่งโดยใช้ดินเป็นตัวนำ ในพื้นที่ Cathodic เป็นพื้นที่ที่กระแสไหลเข้าโลหะ ควรทำการเคลือบเพื่อป้องกันการแพร่กระจายไฮโดรเจน และในพื้นที่ Anodic ที่ซึ่งกระแสไหลออกจะเกิดการเสียอิเล็กตรอนทำให้สึกกร่อนขึ้น

ในระบบ AC จะไม่มีปัญหานี้ยกเว้นขณะเกิด Fault แต่ผลกระทบน้อยมากไม่นำมาพิจารณา Factor ที่เกี่ยวข้องที่เกิดปัญหาจาก DC Current มี 2 อย่างคือ

1. Voltage Gradient และแรงดันแตกต่างสูงสุดระหว่างราง

2. ความต้านทานของวัสดุ โครงสร้าง และรูปร่างของท่อที่ฝัง

สำนักมาตรฐานของอเมริกากำหนดให้ Voltage Gradient สูงสุด 0.4 V/1000ft ที่แรงดันสูงสุด 4 V ส่วนการลด Voltage Drop ทำได้โดยการเชื่อมต่อรางเข้ากับส่วนที่เป็นโลหะ (ลดความต้านทาน)

ตัวอย่างการสำรวจดินอุโมงค์ใต้อ่าว San Francisco

จากผลการสำรวจดินอุโมงค์ใต้อ่าวพบว่ามีค่า PH ที่แตกต่างกัน มีค่าสารประกอบคลอรีนและโลหะสูง, ซัลเฟตสูงปานกลาง, ความเข้มข้นของไอออน Bicarbonate เล็กน้อย, ค่าความต้านทานไฟฟ้าของดินมีค่าต่ำ ทำให้ทราบว่าจุดนี้จะเกิดการสึกกร่อนรุนแรงมากกว่าจุดอื่น ๆ ในระบบรถไฟฟ้าทั้งหมด สามารถทำการแก้ไขโดยการเคลือบผิวด้วยวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูงและมีความทนทาน 25-100 ปีโดยพ่นรองพื้น 3 มม. และพ่นสารเคลือบ Coal tar fiberglass reinforced.

สรุป

ในการป้องกันการสึกกร่อนจะต้องมีการศึกษาเรื่อง การเคลือบผิว, การออกแบบเบื้องต้น, การประมาณการป้องกัน Cathodic, ข้อมูลของการทดสอบในรางทดสอบ, และหาค่า Stray Current เพื่อลดการซ่อมบำรุง เพิ่มอายุการใช้งานและความปลอดภัยในการเดินรถ

เอกสารอ้างอิง

- Corrosion Control Studies for Rapid Transit System, Louis J. Kormendy, Bechtel Corporation, Los Angeles, California .