קורוזיון: האיום הנסתר מתחת לרגליים

מתחת לכל עיר גדולה שוכנת רשת עצומה של צינורות נושאים מים, גז טבעי, ביוב ונוזלים תעשייתיים. העורקים האלה של תשתיות עירוניות חיוניים לחיים יומיומיים, אבל הם מתמודדים עם אויב ללא רחמים: קורוזיה המושרה הקרקעית.בניגוד לקורוזיון מעל הקרקע, אשר לעתים קרובות גלוי וקל יחסית לניהול, corion תת-קרקעי מתקדם בשקט, מואץ על ידי מורכבות ומזהמים של מנגנונים סביבתיים לא יכול להיות מנגנונים חיוניים, לא אופציונליים.

מדוע סויללים עירוניים מפצירים את קורוזיה

הקרקע בערים רחוקה מן האדמה הטבעית, המוטבעת היטב, שנמצאת באזורים כפריים.עשרות שנים של בנייה, פיסות, מלחים דה-האש, פסולת תעשייתית, וכלי תת-קרקעית יצרו קוקטייל קורוזי ביותר.

  • (ב) תוכן מלחים:0 (הרבידים) (המלחים) של מלחי כביש 1 (כלורידים) המשמש לניתוק אל הקרקע, מגביר באופן דרסטי את מוליכות החשמל ואת ההסתה הגלקטית.
  • (FLT:0)Low Soil Resistivity:FreaLT:1 Urban Fill אדמה לעתים קרובות יש לחות גבוהה ותוכן ionic, המוביל לאובייקטיביות חשמלית נמוכה. התנגדות נמוכה היא אינדיקטור ישיר של קורוזיות גבוהה, כפי שהוא מקל על זרימת זרמי קורוזיה.
  • (FLT:0) ,Aggressive Chemical Spills: ⁇ F1) מחסנים תת-קרקעיים, רצף תעשייתי ופרסום מקרי מציג sulfates, chlorides וחומצות אשר תוקפות משטחים של צינורות.
  • (FLT:0)Stray הנוכחי הבין-ההתערבות: FLT:1 מערכות סובוויי, קווי כוח של DC ותשתית חשמלית אחרים יוצרים זרמים DC שוטים באדמה. כאשר זרמים אלה מוצאים דרך צינור מתכת, הם גורמים קורוזיה חיצונית מהירה בנקודה שבה הנוכחי משאיר את הצינור (אזור נודי).
  • (FLT:0Microbiologicallyflued Corrosion (MIC): אדמה עירונית 1:1 לעתים קרובות מכילים רמות גבוהות של חומר אורגני וחיידקים מנפחים (SRB) ⁇ אלה מייצרים סולפי מימן ומוצרים מטבוליים אחרים כי הם קורקדה אגרסיבי ברזל.

אסטרטגיות הליבה של מניעה ושליטה

תוכנית שלמות צינור מוצלח בסביבה עירונית חייב להיות הוליסטית, שילוב מחסומים פסיביים, הגנה אלקטרוכימית פעילה, ניטור רציף.אין שיטה אחת מספיק; הגישה היעילה ביותר משתמשת באדום.

1. high-Performance Protective Coatings and Linings

קו ההגנה הראשון הוא ציפוי חזק כי מבודד פיזית את המתכת הצינור מן הקרקע אלקטרוליטה. בעוד epoxy ופוליאתילן נשארים סטנדרטיים, סביבות עירוניות דורשות מערכות משופרות:

  • (FLT:0)Fusion-Bonded Epoxy (FBE): FLT 1 A שימוש נרחב בציפוי אבקה המספקת דבקות מעולה והתנגדות כימית.עבור שימוש עירוני, מערכות מרובות-layer FBE עם טופקואט פולימרי חיצוני מועדות להתנגד נזק מכני במהלך backfill.
  • (FLT:0) שלוש-Layer Polyethylene (3LPE) ופוליפרופילן (3LPP): LT:1 מערכות אלה משלבות ראשי התיבות FBE, a copolymer adhesive, ושכבה חיצונית של פוליאתילן או פוליפרופילן.הם מציעים התנגדות גבוהה יותר לדלקת לחות ו debondment, קריטי באדמה עירונית רטובה.
  • (FLT:0)Concrete Weight Coating:FLT:1 באזורים שבהם צינורות חוצים מתחת לכבישים או כבישים, ציפוי קונקרטי מספק הגנה מכנית והן buoyancy שלילית.זה גם פועל כמו buffer pH, מעבר פני השטח פלדה.
  • (FLT:0)Field-Applied Coatings:cioFLT:1 הנקודה החלשה ביותר בכל מערכת ציפוי היא שדה משותף. Heat-shrinkשרוולים, נוזל epoxy, וטייפים הצטננות-קלישים יש ליישם עם שליטה איכותית קפדנית כדי למנוע כשל מוקדם במקומות אלה.

הכנה נכונה של פני השטח (הפיצוץ הכרוך במתכת לבנה, Sa2.5) היא לא זניחה.כל זיהום שנותר מתחת לציפוי ייצור מסלול עבור קורוזיה סרטנית.

מערכות הגנה קטוודיות (CP)

הגנה קטודית היא הטכניקה הפעילה היחידה ביותר לעצור את קורוזיה על צינורות קבורים.זה עובד על ידי הפיכת הצינור כולו לתוך קטואדה של תא אלקטרוכימי, מה שחייב קורוזיה להתרחש על סמך התמוטטות נפרדת. שתי שיטות עיקריות משמשות בהגדרות עירוניות:

  • (FLT:0) Anode CP:veF1; aodes Galvanic עשוי מגנזיום, אבץ, או אלומיניום קבורים ליד הצינור ומחוברים באמצעות חוט.The aode corrodes מעדיף באופן מועדף, הגנה על פלדה. שיטה זו היא פשוטה ואינה דורשת כוח חיצוני, אך מתח הנהיגה מוגבל (ply 0.8-1.2).
  • (FLT:0)Impressed הנוכחית CP (ICCP): 1 A Transformer-rectifier מספק זרם DC נמוך-voltage כדי לאגור שרידי מתכת מעורבים בדרך כלל, טיטניום, או גרפיט) מערכת זו מספקת מתח נהיגה גבוה יותר ויכולה להגן על צינורות גדולים, מעומעם אפילו באדמה גבוהה, IP דורש מרקע זהירות מתחומים אחרים (מסוגים) מהפרעות אחסון מורכבות יותר, או ממתכת (מסוגמותקיצות יתר על ידי תאים).

ניטור קבוע של פוטנציאל CP (בדרך כלל -0.85 V - 1.2 V לעומת נחושת / קוטף אלקטרודה, CSE) הוא חיוני.יחידות ניטור מרחוק מודרני מאפשרות איסוף נתונים בזמן אמת מתחנות בדיקה המותקנות לאורך מסדרון הצינור.

טיפול ב-Soil, Stabilization, and Backfill Management

בפרויקטים עירוניים רבים, תעלות הצינורות מלאה באדמה שנחפרה, אשר עשוי להיות קורוזיבי מאוד.אסטרטגיות לשיפור סביבת הצינור המיידי כוללים:

  • (ב)0.Select Backfill: FLT:1 שימוש בחומר נקי, גרפי כגון חול, קבר או אבן גיר מרוסס סביב הצינור.חומר זה יש תוכן כלור נמוך, התנגדות גבוהה, וניקוז טוב.זה גם מדביק את הציפוי נגד סלעים חדים.
  • (FLT:0)Lime או Cement Stabilization: קיד 1) עבור אדמה חימר הילידים עם חומציות גבוהה או לחות, ערבוב בסלע ליג או בפורטלנד מעלה את ה- pH (יצירת סביבה חולפת) ומפחיתה את הפלסטיות והלחות.טיפול זה משתרע על אזור השינה.
  • (FLT:0)Moisture Controlmia: FLT:1 התקנת ניקוזים היקפיים או תת-דרדרנים סביב מסדרון הצינור יכול להוריד את שולחן המים ולהקטין את הזמן הצינור נמצא במגע עם אדמה רוויה.
  • (FLT:0Chemical Neutralization: FLT:1 במקרים של שפך מקומי, הסרת והחלפת הקרקע המזוהמת עם מילוי לא מזוהים היא ההעברה הישירה ביותר. עבור זיהום נרחב, טיפול בהחלפת סוכנים כי precipitate או סופגים בצלים אגרסיביים (למשל, הוספת סידן של חומצות לנטרל) ניתן לחשוב עלות נמוכה יותר וודאות.

4.התמכות הנוכחית

צינורות עירוניים הם קורבנות ראשוניים של זרמי DC משוטטים.יש לשלב את שיטות המיגור לתוך עיצוב CP:

  • (FLT:0) Drainage Bonds:FLT:1Building the tube ישירות למקור הזרם המסוים (למשל, האוטובוס השלילי של תת-קרקעית של DC) באמצעות כבל בעל עכבות נמוכה, כוחות הזרם לחזור למקורו מבלי לעזוב את המתכת.
  • (FLT:0) ,FLT:1evolveed בסדרה עם אג"ח ניקוז, תאים אלה מאפשרים זרם לזרום בכיוון אחד בלבד, למנוע זרם הפוך שעלול לפגוע בצנרת או לגרום להפרעה עם מבנים אחרים.
  • (FLT:0) מכשירים ממריצים:FLT:1 Solid-state decouplers (למשל, פערים ניצוץ, תאי קוטב או מתנגדים תלויים במתח) משמשים לבודד את הצינור מבניינים אחרים במהלך ניתוח CP רגיל, אך מספקים נתיב נמוך-מעצור בתנאי אשמה (למשל, שביתות ברקים או תקלות AC גבוהות על קווי חשמל סמוכים).
  • (FLT:0) שילובים: FLT:1; ⁇ insulating flanges או monolithic מסלקים מפרקים בנקודות קריטיות (כגון היכן הצינור נכנס למתקן או חוצה אזור נוכחי) מאלץ את זרם ה-CP להישאר בתוך החלק המוגדר.

תוכניות מעקב והערכה

אפילו מערכת ההגנה הטובה ביותר יכולה להיכשל בשל נזקי ציפוי, מחיקה או שינויים בתנאי הקרקע.תוכנית ניהול יושרה חזקה מסתמכת על טכניקות בדיקה ישירות ועקיפות.

Inline Inspection (ILI) או Smart Pigging

שיטת הביקורת הפנימית המקיפה ביותר כוללת שליחת כלי כלי כלי (ה"פג") דרך הצינור, בעוד שהוא נשאר בשירות. מודרני כלי ILI יכול לזהות:

  • (FLT:0) אובדן מטלטל: 1FLT:1 מגנטי פלוקס דולפת (MFL) כלים למדוד שינויים בתחום המגנטי לזהות כללי ובורכת כלי קורוזיה (UT) מודדים ישירות עובי קיר באלפי נקודות לשנייה.
  • (FLT:0) Cracking: 1FLT:1 אלקטרומגנטי חומרים אקוסטיים (EMATs) וכלים לזיהוי קולי יכול לזהות סדקים של מתח (SCC), אשר מסוכן במיוחד כי זה יכול להפיץ במהירות ללא ריצוף משמעותי.
  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ (ב"ד): "כלים קליפר מזהים דנטות, קמטים ושפלים שיכולים להתפשר על ציפוי או ליצור עלייה בלחץ.

יש לערוך ריצות ILI על תדירות שנקבעה על ידי הערכת סיכונים - באופן זמני כל 5-10 שנים עבור צינורות עירוניים בעלי ערך גבוה. נתונים מריצה מוצלחת בהשוואה לחשב את שיעורי המיזוג ולנבא את החיים שנותרו.

שיטות הערכה ישירות (DA)

עבור צינורות שאינם יכולים להיות ספוגים (למשל, בגלל שינויים בקוטר, חוסר מתקני שיגור / קבלה, או קווי גז בלחץ נמוך), טכניקות הערכה ישירות משמשים.

  • (FLT:0) סקרים פוטנציאליים של פיפ-ל-סויל: ההרחבה: 1:1 הליכה בנתיב הצינור עם תנופה ובדיקת אלקטרודה כדי למדוד את רמות ה-CP בכל תחנת מבחן.
  • (FLT:0) קלוז-הטווח של סקר פוטנציאלי (CIPS): ההרחבה 1:1 Measuring צינורות-to-soil פוטנציאל במרווחים של 0.2-1.5 מ' לאורך כל המסלול. CIPS מזהה אזורים שבהם CP אינו מספיק (למשל, בשל חגיגות ציפוי או התערבות).
  • סקרים:0 (AC Voltage Gradient) ו- DC Voltage Gradient (DCVG): ibFLT:1 טכניקות אלה לאתר פגמים ציפוי על ידי זיהוי המתח ⁇ באדמה מעל חג כאשר זרם CP זורם. DCVG הוא המועדף על איתור פגמים נקודתיים, בעוד ACVG הוא מהיר יותר להערכה כללית.
  • (FLT:0) Soil Resistivity וכימיקלים Sampling:BuildFLT 1 at מזוהה מיקומים בסיכון גבוה, דגימות אדמה נלקחים למדידת התנגדות, pH, chloride, sulfate, ו sulfide תוכן.זה נתונים זה הוא תואם עם שיעורי קורוזיה מבדיקת קופונים.
  • (FLT:0) Excavation and Visual Inspection:BuildFLT:1), שבו DA מציין בעיה קורוזיה סבירה, חור מפתח או חפירות חור פעמון נעשים כדי לבחון ישירות את הציפוי, לבצע מדידות קיר קולי, לאסוף מוצרי קורוזיה לניתוח.

עקבו אחרי online Monitoring

טכנולוגיית ניטור מרחוק התקדמה באופן משמעותי.מערכות קבועות כוללות כעת:

  • (FLT:0Corrosion קופונים והתנגדות חשמלית (ER) Probes:FLT:1 מותקן בקיר הצינור או בדביקים צדדיים, חיישנים ענקיים אלה מספקים שיעורי אובדן מתכת ישיר. ER בדיקות למדוד את השינוי בהתנגדות של חוט דק חשוף לאדמה; חוטי חוט הופך רזה, הולך ומתחזק את ההתנגדות החשמלית שלה.
  • (FLT:0)Linear Polarization Resistance (LPR) Probes:FLT:1 חיישנים אלה מודדים את קצב ההשחה המיידי על ידי יישום של פוטנציאל קטן להפרעות ולדיד התגובה הנוכחית.הם שימושיים במיוחד עבור מים צינורות מים פסולת שבו הסביבה הפנימית נשלטת יותר מאשר הקרקע החיצונית.
  • (FLT:0) תחנות מבחן חכמות: 1) יחידות ניטור מרחוק יכולות להזין פוטנציאלי CP עד מדגם אחד לדקה, לשלוח אזעקה אם יש פוטנציאלים להיסחף מתוך מפרט, ואפילו לאפשר מעבר מרחוק של מחזרים.

בחירת חומרים ושיקולי עיצוב עבור קווי צינור עירוניים חדשים

Preventing corrosion starts at the design stage. For new installations in aggressive urban soils, engineers have several material options beyond standard carbon steel:

  • (FLT:0Corrosion-Resistant Alloys (CRAs): FLT:1 נירוסטה מפלדות ללא סטטינים (304L, 316L), פלדות אל-חלד מורכבים, וסגסוגת המבוססת ניקל ניתן להשתמש עבור חלקים קצרים, קפיצים, או במקומות קריטיים כגון מעברי כביש.
  • (FLT:0)Fiberglass-Reinforced פלסטיק (FRP) פיפוס: FLT:1 FRP הוא חסין מטבעו מטבעו ל- galvanic corrosion ואינו דורש CP.It הוא בהיר יותר פלדה, יש התנגדות כימית טובה, והוא משמש לעתים קרובות עבור קווי שפכים ופסולת.
  • (FLT:0) גבוהה רגישות פוליאתילן (HDPE) צינור:Fillo:1 HDPE משמש נרחב עבור גז נמוך מדכא וחלוקה מים.זה ללא קורוזיה, גמיש, וניתן להצטרף אליו על ידי היתוך חום כדי ליצור מפרקים ללא דליפה.עם זאת, יש לו לחץ נמוך יותר והתנגדות UV ירודה (אך זה לא רלוונטי עבור שירות HD הוא בחירה מצוינת באזורים שבהם קשה לשמור על ידי בחירה.
  • (FLT:0 Mortar-Lined ו-Coated Steel:cioFLT:1) צינורות ברזל דונטילי ופלדה עם מרגמה מלט וציפוי יכול לספק סביבה גבוהה pH העוברת את הפלדה.

ללא קשר לחומר, כל צינורות מתכת קבורים צריך להיות מבודד מבחינה חשמלית מבנים אחרים באמצעות מפרקים מבודדים או flanges. מתאים מיטתה ושיטות backfill הם חשובים כמו חומר הצינור עצמו.

נהגים כלכליים ודיפלומטיים

העלות של טיפול ב-Corrosion צינורית היא משמעותית, אך העלות של התעלמות ממנה גדולה בהרבה. בארצות הברית לבדה, קורוזיה של גז וצנרת נוזלי מוערכת עלות מיליארדי דולרים מדי שנה, כולל עלויות תיקון ישירות, מוצר אבוד, תיווך סביבתי, וסוכנויות רגלציה כגון צינורות חומרים מסוכנים (PHA) בארצות הברית וגופים אחרים בגופי רגולציה כגון אזורי ניהול דחוסים (במקרים רבים) כגון סוללות גבוהות), כגון HCC) של ניהול חומרים מסוכנים (דכאובים) מרפאות) מרפאות) מרפאות באזורים אחרים (בתחומים אחרים).

דרישות רגולטוריות חשובות כוללות:

  • הערכות שלמות תקופתיות (ILI או DA) במרווחים כבר לא 7 שנים לקווי שידור גז.
  • תיקון מיידי של אנומליות המוגדרות כ חמורות (למשל, אובדן מתכת העולה על 80% עובי קיר נומינאל).
  • CP רציף עם ניטור מרחוק ותיעוד.
  • מערכות קריאה אחת למניעת נזק של צד שלישי, שהיא גורם מוביל לנזקי הציפוי באזורים עירוניים.

השקעה פרואקטיבית בציפוי מתקדמים, CP, ו ניטור לא רק מבטיח עמידה, אלא גם מרחיבה את חיי שירות צינורות בין 30-50 שנים ל-80–100 שנים, ומספקת החזר חזק על ההשקעה על מחזור החיים של תשתיות.

מגמות עתידיות וטכנולוגיות מתפתחות

תחום ניהול ההשחה של צינורות ממשיך להתפתח.כמה התפתחויות מבטיחות כוללות:

  • (ב) ⁇ :0) משגיחים: 1FLT:1 ציפוי עצמי המכיל מיקרו-capsulesules של מעכבי קורוזיה או חותםים אשר משחררים כאשר הציפוי נפגע.
  • (FLT:0Distributed סיבים אופטיים Sensing:FLT) 1 כבלים אופטיים סיבים מותקנים לצד צינורות יכולים לזהות שינויים בטמפרטורה דקה, מתוח ואפילו רטטים אקוסטיים. טכנולוגיה זו יכולה לזהות דליפות, חד-צדדי צד שלישי חדירה, צינורות מחלחלים כמעט באופן מיידי מעל עשרות קילומטרים.
  • (FLT:0)Machine Learning for Corrosionחיזוי: ההרחבה 1 (Algorithms מאומן על נתונים היסטוריים של ILI, סקרי אדמה, CP קורא, ופרמטרים תפעוליים יכולים לחזות את שערי הצמיחה של קורוזיה עם דיוק גובר.זה מאפשר למפעילים לתעדף חפירות ותיקונים המבוססים על הסתברות חיזוי ולא קריטריונים פשוטים של סף.
  • (FLT:0) הערכה רובוטית רובוטית: אנדרל 1 (Little, untethered Robots) שיכול לנסוע בתוך צינורות ולבצע בדיקות חזותיות בזמן אמת ואקורות פותחים.הם מבטיחים להפחית את העלות והשיבוש של התכתות המסורתית עבור חלקים קשים ל-pig.

מסקנה: A מקיפה, Layered Approach

צינור סויל המושרה קורוזיה באזורים עירוניים הוא אתגר מורכב הדורש יותר מפתרון בגודל אחד של איכות-תועלת-כל.אסטרטגיות יעילות ביותר משלבות ציפויים בעלי ביצועים גבוהים המונדסים לתנאי הקרקע המקומיים, מערכות הגנה קטוודיות חזקות שנועדו לנהל זרמים מעוותים, טיפול באדמה זהירה ובחירת גב, ותוכנית ניטור קפדנית שמשלבתתת הן מתוחכמת בבדיקה ישירה והן בשכבות.

לקריאה נוספת על שיטות הטובות ביותר, להתייעץ עם תקן NACE TM0169 עבור בדיקות קורוזיה הקרקע, ה-FLT:0MSA צינורות בטיחות צינורות תקנות NACE 1, ו-FLT:2 American Water Works Association (AWWA) סטנדרטים עבור בקרת צינורות מים corrosion ControlFLT 3: 3 הדרכה נוספת על הפחתה שוטפת ניתן למצוא ב- 4,4NLT01:501577501501501: