เป็นที่ทราบกันดีว่า การกัดกร่อนนั้นเป็นการลดสมบัติทางกลของวัสดุประเภทโลหะ เนื่องจากการทำปฏิกิริยาการกัดกร่อนระหว่างวัสดุกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งเราพบว่า ความเสียหายเนื่องจากการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนกันความร้อนหรือกันความเย็น (ดังรูปที่ 1) ในโรงงานอุตสาหกรรมของประเทศไทยมีอัตราเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ อาจเนื่องมาจากมีอายุการใช้งานนานพอสมควรแล้ว
รูปที่ 1 ระบบท่อที่หุ้มฉนวนกันความร้อน (Credit photo from Mat Integrity)
จุดประสงค์ของการหุ้มฉนวน คือ เพื่อรักษาอุณหภูมิของสารที่ไหลภายท่อ เพื่อลดการสูญเสียพลังงานโดยเปล่าประโยชน์ และป้องกันภัยให้กับผู้ปฏิบัติงาน
การกัดกร่อนภายใต้ฉนวน (CUI)
เป็นรูปแบบของการกัดกร่อนที่มักเกิดขึ้นกับชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่เป็นเหล็กกล้าคาร์บอน
โลหะผสมต่ำ และเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (เช่น ระบบท่อ ภาชนะรับความดัน และถัง)
ที่ห่อหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อน การกัดกร่อนภายใต้ฉนวนจึงเป็นรูปแบบของการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นภายนอก
เนื่องจากเกิดขึ้นที่ด้านนอกของอุปกรณ์โลหะที่อยู่ใต้การห่อหุ้มด้วยฉนวน
(ตรงข้ามกับการกัดกร่อนประเภทอื่นที่มักเกิดขึ้นที่ผนังท่อภายใน) สาเหตุหลักของ CUI
คือมีการแพร่ซึมของน้ำหรือความชื้นที่จากการควบแน่นเข้าไปในฉนวน
จนทำให้น้ำ/ความชื้นสัมผัสโดยตรงกับโลหะที่ฉนวนหุ้มอยู่แล้วเกิดการกัดกร่อนจากสารละลาย
ในโรงงานปิโตรเลียมและเคมีพบว่าการกัดกร่อนภายใต้ฉนวน
(CUI) เป็นปัญหาสำคัญที่ทำให้วัสดุเกิดการเสื่อมสภาพ
นอกจากนี้ยังอาจนำไปสู่การสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนอุปกรณ์อีกด้วย
สถิติที่จัดทำโดย ExxonMobil ซึ่งได้บันทึกผลกระทบทางเศรษฐกิจที่เกิดจาก
CUI พบว่ามีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาท่อประมาณ 40–60% สำหรับในแง่ของอัตราการกัดกร่อนพบว่า
อัตราการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนในกรณีของเหล็กกล้าคาร์บอนอาจสูงกว่าอัตราการกัดกร่อนในบรรยากาศที่มีอากาศถ่ายเทตามธรรมชาติถึง
20 เท่า ผลที่ตามมาคือ CUI สามารถก่อให้เกิดการลุกลามเสียหายที่รุนแรงได้หากปล่อยปัญหาทิ้งไว้โดยไม่มีการดูแล
ก่อนช่วงปี 1970
ฉนวนกันความร้อนถูกนำมาใช้ในงานที่มีอุณหภูมิสูง (>150 °C) เพื่อการอนุรักษ์พลังงาน
ดังนั้นปัญหาที่เกี่ยวข้องกับ CUI จึงไม่เกิดขึ้นเนื่องจากความชื้นระเหยออกไปหมดที่อุณหภูมิสูง
อย่างไรก็ตามหลังจากนั้นได้มีการใช้ฉนวนกันความร้อนบนท่อและภาชนะที่อุณหภูมิต่ำกว่า
150 °C กันอย่างกว้างขวางในการลดต้นทุนด้านพลังงานในโรงงานน้ำมันและก๊าซ
ด้วยเหตุนี้ CUI จึงกลายเป็นปัญหาที่พบได้มากขึ้นเนื่องจากน้ำมีแนวโน้มที่จะกักเก็บอยู่ภายในฉนวนที่อุณหภูมิต่ำ
(ไม่ระเหยออกไป) ปัญหาจาก CUI ในระยะแรก ๆ ไม่ได้ตระหนักรู้และหาทางยับยั้งมากนัก
จนกระทั่งในปี 1980 ได้มีการสร้างแนวปฏิบัติมาตรฐาน RP0198 เพื่อให้ความรู้เกี่ยวกับแนวปฏิบัติทางอุตสาหกรรมสำหรับการลด
CUI มีการเผยแพร่อย่างเป็นทางการโดย NACE
International (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น AMPP) ในปี 1998 แก้ไขเป็น SP0198 ในปี 2010 และปรับปรุงล่าสุดในปี
2017
ในโรงงานปิโตรเคมีทั้งหลาย เราจะเห็นวัสดุหลักๆ อยู่ 2 ประเภท คือ เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไร้สนิม ถ้าการกัดกร่อนเกิดขึ้นกับเหล็กกล้าคาร์บอน ก็ไม่ค่อยห่วงกันหรอก เพราะว่าจะเกิดการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า ซึ่งสามารถทำนายอายุการใช้งานได้และยังป้องกันได้ง่ายกว่าการกัดกร่อนประเภทอื่น แต่ถ้าการกัดกร่อนเกิดขึ้นกับเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งมักจะเกิดด้วยรูปแบบสนิมรูเข็มและการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน ซึ่งทั้งสองรูปแบบเป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่ ทำให้ทำนายอายุการใช้งานได้ยาก การกัดกร่อนภายใต้ฉนวนมักเกิดจากวัสดุที่ห่อหุ้มถูกทำลายทำให้สารละลายที่มีองค์ประกอบของสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแพร่เข้าไป ซึ่งมักขยายตัวด้วยกลไกการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน (Stress Corrosion Cracking; SCC) ดังรูปที่ 2
รูปที่ 2 ระบบท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 304 หุ้มฉนวนกันความร้อนมักเสียหายด้วยกลไก SCC
การแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน มักจะมี 4 องค์ประกอบ (ดังรูปที่ 3) ได้แก่
1. วัสดุที่มีความไว
2. ความเค้นแรงดึง
3. สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
4. และอิเล็กโตรไลต์
รูปที่ 3 องค์ประกอบของ SCC
CUI นั้นยากต่อการคาดการณ์และตรวจจับ โดยปกติแล้ว CUI จะถูกตรวจพบเมื่อสารละลายภายในรั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ การตรวจสอบ CUI ยังทำได้ยาก มีค่าใช้จ่ายสูง และใช้เวลานาน ปัจจุบัน วิธีการหลักที่ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเลียมเพื่อค้นหา CUI คือการตรวจสอบด้วยสายตา ซึ่งจำเป็นต้องถอดฉนวนออกบางส่วนหรืออาจจะทั้งหมด กระบวนการทั่วไปในการดำเนินการตรวจสอบด้วยภาพถ่ายกำหนดให้ผู้ตรวจสอบต้องถอดแจ็คเก็ต/แผ่นหุ้มภายนอกและลอกฉนวนออก จากนั้นจึงประเมินสภาพพื้นผิวของอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนหลักที่เกิดจากการติดตั้งนั่งร้าน การถอดฉนวน และการติดตั้งเข้าไปใหม่อาจมีค่าใช้จ่ายมหาศาล
การทดสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) ซึ้งเป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพและประหยัดสำหรับผู้ทดสอบในการตรวจจับการกัดกร่อนโดยไม่ก่อให้เกิดผลกระทบมักนักระหว่างการทำงาน เทคนิคการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) บางวิธีช่วยให้สามารถตรวจจับ CUI ได้โดยไม่ต้องถอดวัสดุหุ้มภายนอกและวัสดุฉนวนออก NDT ที่นิยมใช้โดยทั่วไป ได้แก่ การถ่ายภาพความร้อนแบบอินฟราเรด การตรวจด้วยรังสี การตรวจด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง และกระแสไหลวน เป็นต้น เทคนิค X-Ray Remote TV ที่สามารถใช้ประยุกต์ที่หน้างานได้แสดงดังรูปที่ 4
รูปที่ 4 X-Ray Remote TV ที่ใช้ประเมินระบบท่อหุ้มฉนวนกันความร้อน
การกัดกร่อนภายใต้ฉนวนมักเกิดขึ้นจากการแพร่เข้าไปของความชื้นหรือน้ำในบริเวณที่วัสดุหุ้มถูกทำลาย มีสภาวะการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เหนี่ยวนำให้เกิดไอความร้อนได้ และมีสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเจือปนอยู่ด้วย ไม่ว่าจะเป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งเมื่อไปรวมตัวกับความชื้น จะทำให้เกิดการฟอร์มเป็นกรดซัลฟูริก ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนกับเหล็กกล้าไร้สนิม และคลอไรด์
สาเหตุที่นำไปสู่การเสียหายจากการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนกันความร้อนมีองค์ประกอบดังนี้
1. การออกแบบระท่อและระบบฉนวนกันความร้อนไม่ถูกต้อง ไม่เหมาะสม
2. การเลือกใช้วัสดุท่อและฉนวนกันความร้อนไม่ถูกต้อง ไม่เหมาะสม
3. มีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง และ
4. ขาดการตรวจสอบที่สม่ำเสมอหรือมีวิธีการตรวจสอบไม่ถูกต้อง เหมาะสม
สภาวะอับอากาศ (Crevice Condition) ที่อยู่ภายใต้ฉนวนกันความร้อน สามารถเร่งให้เกิดการเสียหายได้เป็นอย่างดี SCC ในท่อเหล็กกล้าไร้สนิมมักพบได้ทั่วไปในโรงงานอุตสาหกรรมอยู่ใกล้ชายฝั่ง แต่มักเป็นรูปแบบที่ตรวจสอบได้ยากมาก
วิธีที่ดีที่สุดในการป้องกัน CUI คือ
1. การออกแบบระบบฉนวนกันความร้อนที่ถูกต้องและเหมาะสม โดยเฉพาะการยับยั้งไม่ให้ความชื้นแพร่เข้าไปได้หรือไม่ดูดความชื้น และเปลี่ยนฉนวนทันทีที่ตรวจพบว่ามีน้ำแพร่เข้าไป
2. ตรวจสอบระบบฉนวนกันความร้อนให้บ่อยขึ้น
3. อาจจะทาสีประเภทที่ไม่มีคลอไรด์ (Cl- free) บนผิวหน้าด้านนอกท่อ
4. เคลือบด้วย Epoxy phenolics และ epoxy-coal tar เพื่อป้องกันการแพร่ของความชื้นและคลอไรด์
รหัส มาตรฐาน และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดที่เกี่ยวข้อง
- API 510, Pressure Vessel Inspector Program is an inspection code that covers the in-service inspection, repair, alteration, and rerating activities for pressure vessels and the pressure relieving devices protecting these vessels. It applies to most refining and chemical process vessels that have been placed into service. CUI inspection is covered in section 5.5.6 of the standard (Tenth Edition released April 2014).
- API 570, Piping Inspection Code - Inspection, Repair, Alteration and Rerating of In-Service Piping Systems provides guidance on how to determine which piping systems are most susceptible to CUI (section 5.2.1), as well as some of the most common locations to find CUI (section 5.4.2) on those systems that are determined to be susceptible to CUI (Third Edition released November 2009).
- API RP 574, Inspection Practices for Piping System Components discusses inspection practices for piping, tubing, valves (other than control valves), and fittings used in petroleum refineries and chemical plants. In order to aid inspectors in fulfilling their role implementing API 570, this document describes common piping components, valve types, pipe joining methods, inspection planning processes, inspection intervals and techniques, and types of records. CUI is covered in section 6.3.3 (Third Edition released November 2009).
- API RP 583, Corrosion Under Insulation and Fireproofing covers design, maintenance, inspection, and mitigation practices to address external CUI as it applies to pressure vessels, piping, storage tanks and spheres. It examines the factors that affect the damage mechanisms, and provides guidelines for preventing external corrosion or cracking under insulation, maintenance practices to avoid damage, inspection practices to detect and assess damage, and guidelines for conducting risk assessments on equipment or structural steel subject to CUI (First Edition released May 2014).
- ASTM C795-08 (2018) Standard Specification for Thermal Insulation for Use in Contact with Austenitic Stainless Steel
- ASTM C1617-19 Standard Practice for Quantitative Accelerated Laboratory Evaluation of Extraction Solutions Containing Ions Leached from Thermal Insulation on Aqueous Corrosion of Metals
- ASTM C1763-20 Standard Test Method for Water Absorption by Immersion of Thermal Insulation Materials
- ASTM STP 880, Corrosion of Metals Under Thermal Insulation provides information on corrosion problems that can occur on thermally insulated plant equipment and piping components if its insulation becomes wet (First Edition released 1985).
- NACE SP0198-2010, Control of Corrosion Under Thermal Insulation and Fireproofing Materials – A Systems Approach (Published July, 2010). This standard is a replacement for NACE RP0198-08 (March 2004).
Cr. The Institute for Oil & Gas Sector (IOGS)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น