Cathodic Protection คืออะไร? หลักการและการติดตั้ง System วิธีแคโทดิก

Cathodic Protection คืออะไร?

Industrial huge pipes from Elements Envato License

Cathodic protection หมายถึง การลดการกัดกร่อนในเหล็กหรือโลหะด้วยวิธีการต่างๆ Cathodic Protection System คือ หนึ่งในระบบวิธีป้องกันไม่ให้เหล็กหรือโลหะเกิดการกัดกร่อนกลายเป็นสนิม ด้วยการส่งไฟฟ้ากระแสตรงจาก Sacrificial Anodes (โลหะกันกร่อนที่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้า ด้วยความต่างศักย์ระหว่างโลหะกันกร่อนและโครงสร้างโลหะ ไม่จำเป็นต้องอาศัยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากภายนอก) ค่อนข้างเหมาะกับอุตสาหกรรมสำคัญหรือมีขนาดใหญ่ เช่น ท่อส่งต่างๆ ท่อส่งน้ำ ท่อส่งน้ำมัน สะพาน เป็นต้น เนื่องจากเป็นการลงทุนระบบกันสนิมที่มีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง และสามารถป้องกันสนิมเหล็กในน้ำทะเลได้เป็นอย่างดี

Sacrificial Anode คืออะไร?

Sacrificial Anode คือ โลหะกันกร่อน (คนละส่วนกับโลหะหรือเหล็กที่ใช้งานหลัก) ติดตั้งเข้าไปใกล้กับบริเวณโลหะที่ใช้งานหลัก เพื่อแลกเปลี่ยนประจุให้ส่วนโลหะหลักกลายเป็นแคโทด ส่วนโลหะกันกร่อนจะกลายเป็นแอโนด วิธีนี้เป็นการป้องกันการเกิดสนิมแบบแคโธดิค (Cathodic Protection) ที่ได้ความนิยม เพราะไม่ต้องใช้แหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากภายนอก

อธิบายง่ายๆ ว่า Sacrifice หมายถึงเสียสละ ดังนั้น Sacrificial Anode หรือโลหะกันกร่อนจะกลายเป็นเหล็กที่ถูกกัดกร่อนแทน โดยปัจจุบันมี Sacrificial Anode ที่นิยมใช้งานอยู่ประมาณ 3 ตัว ด้วยกัน ได้แก่

1. สังกะสีหรือซิงค์ (Zinc Anode) มีศักย์ไฟฟ้าสูง และความจุกระแสไฟฟ้าต่ำ ค่อนข้างเหมาะกับน้ำทะเล เช่น ผิวใต้ท้องเรือ ท่อน้ำมัน เป็นต้น
2. อลูมิเนียม (Aluminium Anode) มีศักย์ไฟฟ้าปานกลาง และความจุกระแสไฟฟ้าสูง ค่อนข้างเหมาะกับน้ำทะเลและน้ำกร่อย มักใช้กับเรือที่มีการเดินทางไกล ข้ามน้ำ ข้ามทะเล
3. แมกนีเซียม (Magnesium Anode) มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ และความจุกระแสไฟฟ้าปานกลาง ค่อนข้างเหมาะกับน้ำกร่อย ใต้ดิน

โลหะกันกร่อนแต่ละชนิดที่กล่าวมาจะเหมาะสมต่อการใช้งานที่แตกต่างกันออกไป จะเลือกใช้งานโลหะกันกร่อนชนิดใด ก็จะประเมินโดยขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่ใช้งานนั่นเอง

หลักการของ Cathodic Protection เป็นอย่างไร?

Cathodic Protection ใช้หลักการเอาความต่างศักย์ระหว่างโลหะมาส่งกระแสไฟฟ้า เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและเกิดสนิม ซึ่งปกติแล้ว เมื่อมีวัสดุที่เป็นโลหะ 2 ชนิดมาต่อกัน วัสดุที่เป็นเหล็กหรือโลหะแต่ละชนิดจะมีศักย์ไฟฟ้าที่ต่างกัน โดยศักย์ไฟฟ้าที่มากกว่าจะเรียกว่า แคโทด ส่วนฝั่งที่ศักย์ไฟฟ้าน้อยกว่า จะเรียกว่า แอโนด ซึ่งแอโนดจะเป็นฝ่ายเสียประจุไฟฟ้าให้แก่แคโทด ซึ่งปกติจะอยู่ที่ระดับ Corrosion จะมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าอ่อนๆ ให้อยู่ในช่วง Immunity จนเกิดการต้านทานสนิม แม้ว่าจะอยู่ท่ามกลางในน้ำทะเลก็ตาม (บางครั้งอาจพบว่า มีการเคลือบผิวด้วยการใช้สีหรือสารเคลือบกันสนิมบางตัว ร่วมกับการทำ Cathodic Protection ด้วย)

ตัวอย่างวิธีแคโทดิก 

โครงสร้างเหล็กที่อยู่ภายใต้น้ำทะเล ปกติจะเป็นแอโนด มีสภาพแวดล้อมรอบๆ เป็นแคโทด มีเกลือทะเลเป็นสารเคมีทำปฏิกิริยา ทำให้เหล็กเสียประจุให้กับน้ำทะเล และภายในเนื้อเหล็กเองที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบแต่ดันมีประจุไฟฟ้ามากกว่าเหล็กทั้งชิ้นทำให้เกิดโอกาสกัดกร่อนในตัวเองได้อยู่แล้ว ยิ่งนำไปไว้ใต้น้ำหรือน้ำทะเลที่เป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งเกิดการถ่ายประจุระหว่างเหล็กกับคาร์บอนจนเกิดการกร่อน เพราะฉะนั้นจะต้องหาตัวช่วยเพื่อให้โครงสร้างเหล็กที่อยู่ใต้น้ำเปลี่ยนจากแอโนดเป็นแคโทด ด้วยการหา Sacrificial Anode มาปรับความต่างศักย์ให้เหล็กเหล่านั้นกลายเป็นแคโทดป้องกันการกัดกร่อน

ทั้งนี้ การทำ Cathodic Protection ที่มีประสิทธิภาพจะต้องระวังในเรื่องของการผิดพลาดของส่วนประกอบทางเคมี กับ หรือมีการหยิบโลหะกันกร่อนไปใช้งานไม่เหมาะสม รวมถึงวิธีแคโทดิกจะค่อนข้างตอบโจทย์กับการใช้งานเหล็กในน้ำทะเล มากกว่า น้ำจืด น้ำกร่อย หรือใต้ดิน เพราะอาจเกิดฟิล์มที่ผิวโลหะ ยากจะส่งกระแสไฟฟ้าไปป้องกันการกัดกร่อน

ประเภทของ Cathodic Protection มีอะไรบ้าง

New brake disc with an anti-corrosion layer from Elements Envato License

Cathodic Protection สามารถแบ่งเป็นวิธีที่นิยมออกเป็น 2 แบบ นั่นก็คือ Galvanic Corrosion Protection และ Impressed Current Cathodic Protection

1. Galvanic Corrosion Protection

   การป้องกันแบบ Galvanic Corrosion Protection จะเป็นการชุบด้วย Sacrificial anode เช่น ซิงค์ (Zinc Coating) เพื่อป้องกันสนิม โดยตัวซิงค์ที่เคลือบวัสดุนี้จะเป็นตัวที่โดนกัดกร่อนแทนตัวเหล็กหรือโลหะที่เป็นโครงสร้าง การลดหรือป้องกันการกัดกร่อนแบบกัลวานิกแบบนี้เป็นวิธีที่มีอายุขัยจำกัด คือเมื่อถึงจุดๆ หนึ่งตัวอาโนดก็จะหมดอายุขัย และจะไม่สามารถปกป้องเหล็กหรือโลหะได้อีก และต้องเปลี่ยนตัวอาโนดเรื่อยๆ (สังกะสี อลูมิเนียม หรือแมกนีเซียม)

2. Impressed Current Cathodic Protection

   การติดตั้ง System วิธีแคโทดิก (Impressed Current Cathodic Protection Systems) มักใช้ในงานก่อสร้างขนาดใหญ่ที่เป็นลักษณะของคอนกรีตเสริมเหล็กต่างๆ วิธีการจะแตกต่างออกไปตรงที่ตัวอาโนด (สังกะสี อลูมิเนียม หรือแมกนีเซียม) จะต้องเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ทำงานอยู่ตลอดเวลา วิธีนี้เป็นวิธีที่มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า Galvanic protection ที่ใช้การชุบ Sacrificial anode เพราะอาโนดนั้นจะถูกกระตุ้นจากแหล่งพลังงานอยู่ตลอด

การติดตั้ง Cathodic Protection แบบ Impressed Current CP

ขั้นตอนการติดตั้ง Cathodic Protection สำหรับไซต์งานที่มีขนาดใหญ่ สรุปได้เป็นขั้นตอนการติดตั้ง Sacrificial Anode แบบเข้าใจง่าย ดังนี้

1. พิจารณาวัสดุที่จะใช้

   ก่อนที่จะเริ่มติดตั้ง จำเป็นที่จะต้องตรวจเช็คข้อมูลและพิจารณาก่อนว่า เหล็กหรือโลหะที่เราจะใช้วิธีแคโทดิก จะนำไปตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมเป็นแบบไหน เช่น น้ำทะเล น้ำกร่อย น้ำจืด ใต้ดิน เป็นต้น แล้วดูว่า มีขนาดน้ำหนักเท่าไหร่ เพื่อนำไปคำนวณปริมาณโลหะกันกร่อนที่จะนำมาติดตั้งต่อไป โดยส่วนใหญ่แนะนำที่ 7-10% ของน้ำหนักเหล็กที่เป็นตัวหลักทั้งหมด

2. ติดตั้ง Sacrificial Anode

   เมื่อพิจารณาวัสดุที่จะใช้เป็น Sacrificial Anode ได้แล้ว จากนั้นก็จะนำไปติดตั้งด้วยการวางในตำแหน่งที่เหมาะสมแล้วหาอุปกรณ์มายึดให้แน่น (หากบริเวณนั้นเป็นสนิมให้ขัดทำความสะอาดเอาผิวที่เป็นสนิมออกก่อนแล้วค่อยติดตั้ง) หลังติดตั้งต้องวัดความต้านทาน เพื่อตรวจเช็คอีกครั้งว่า มีค่าความต้านทานเท่าไหร่ โดยปกติแล้ว เพื่อให้กระแสไฟฟ้าสามารถวิ่งได้ดี จะแนะนำให้มีค่าอยู่ที่ ต่ำกว่า 1 โอห์ม

ที่ขาดไม่ได้ หลังจากติดตั้งเรียบร้อยแล้ว อย่าลืมตรวจเช็คและวางแผนซ่อมบำรุงตัวเหล็กกันกร่อน หรือ Sacrificial Anode ทุก 10-20 ปี เพื่อให้การทำงานป้องกันการกัดกร่อนหรือการเกิดสนิมมีประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่อง

สรุป

ถึงแม้ว่า จำเป็นจะต้องใช้เหล็กหรือโลหะที่มีโอกาสเกิดการกัดกร่อนจนเป็นสนิมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่อย่างน้อยก็ยังเลือกวิธีป้องกันการเกิดสนิมที่เหมาะสม อย่างการทำระบบ Cathodic Corrosion Protection System เพื่อให้ใช้งานได้อย่างเหมาะสม มีประสิทธิภาพและเพิ่มอายุการใช้งานให้ยาวนาน จนคุ้มค่าสมการลงทุนได้ ทั้งนี้ หากไม่มั่นใจว่า Cathodic Corrosion Protection จะเป็นวิธีป้องกันสนิมที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณหรือไม่ ควรใช้วัสดุประเภทไหน จะประเมินปริมาณและค่าใช้จ่ายอย่างไร

ท้ายที่สุดนี้ ไทยปาร์คเกอร์ไรซิ่ง ในฐานะผู้นำทางด้านเทคโนโลยีการเคลือบเตรียมผิวและชุบโลหะสำหรับวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย เราให้บริการชุบและโซลูชันอื่นๆ ที่มีประสิทธิภาพเหมาะสำหรับความต้องการของลูกค้า รวมทั้งการชุบซิงค์เฟล็ค ที่มีคุณสมบัติในการป้องกันสนิมแบบแคโทดิก สามารถป้องกันการกัดกร่อน ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม