Kakisan tanah – kakisan logam dan keluli di dalam tanah

Kakisan tanah ialah proses pemusnahan logam dan aloi yang bersentuhan langsung dengan tanah. Ia antara lain menjejaskan saluran paip bawah tanah, tangki, cerucuk asas, struktur keluli, pemasangan air dan gas, sistem pembumian dan elemen infrastruktur bawah tanah yang lain. Tanah merupakan persekitaran yang sangat kompleks kerana sifat kimia, fizikal dan biologinya boleh berubah walaupun dalam jarak yang pendek.
Kekakiskan tanah ditentukan oleh faktor-faktor seperti kelembapan, kerintangan, kandungan garam terlarut, pH, akses oksigen, kebolehtelapan, komposisi mineral, kehadiran mikroorganisma dan arus sesat. Keheterogenan tanah juga penting. Unsur yang sama boleh mengalir melalui lapisan dengan sifat yang berbeza, yang menggalakkan pembentukan sel kakisan setempat.

Mengapakah logam berkarat di dalam tanah?

Tanah lembap boleh bertindak sebagai elektrolit, membolehkan tindak balas elektrokimia. Kawasan anodik dan katodik boleh terbentuk pada permukaan logam yang tertimbus. Di kawasan anodik, pengoksidaan logam dan kehilangan logam secara beransur-ansur berlaku, manakala tindak balas katodik berlaku di tempat lain di permukaan.
Taburan kawasan anodik dan katodik bergantung pada keadaan setempat. Perbezaan kelembapan, pengoksigenan, kemasinan, pH dan komposisi tanah boleh menyebabkan bahagian individu bagi struktur yang sama bertindak secara elektrokimia secara berbeza. Akibatnya, kakisan tanah boleh sama ada secara relatif seragam atau sangat setempat.

Faktor-faktor terpenting yang mempengaruhi kakisan tanah

Kerintangan tanah dan risiko kakisan

Kerintangan tanah merupakan salah satu parameter yang paling biasa digunakan dalam penilaian alam sekitar bawah tanah. Ia menentukan keupayaan tanah untuk menahan aliran arus elektrik. Tanah yang mengandungi tahap kelembapan dan garam terlarut yang tinggi biasanya mempunyai kerintangan yang lebih rendah berbanding tanah kering dan berpasir.
Kerintangan yang rendah boleh menggalakkan aliran arus kakisan dan oleh itu merupakan tanda peningkatan potensi risiko. Walau bagaimanapun, kerintangan tanah tidak boleh dinilai semata-mata berdasarkan satu nilai kerintangan sahaja. Kelembapan, pH, komposisi ionik, pengoksigenan, mikroorganisma dan kehadiran arus sesat juga mesti dipertimbangkan.

Kelembapan tanah

Air yang terkandung dalam liang tanah memudahkan pengangkutan ion dan pembentukan elektrolit pada permukaan logam. Oleh itu, kandungan lembapan adalah penting untuk perjalanan kakisan elektrokimia.
Walau bagaimanapun, hubungan antara kelembapan dan kadar kakisan tidak linear. Dalam tanah yang sangat kering, kekonduksian ionik adalah rendah. Apabila kelembapan meningkat, kekonduksian biasanya meningkat. Walau bagaimanapun, pada tahap tepu air yang sangat tinggi, akses oksigen ke permukaan mungkin berkurangan. Oleh itu, perjalanan kakisan muktamad bergantung pada keseimbangan antara kekonduksian elektrolit dan pengangkutan reagen.

Sel pengudaraan pembezaan

Salah satu fenomena ciri yang berlaku dalam tanah ialah pembentukan sel yang terhasil daripada akses oksigen yang berbeza ke bahagian tertentu permukaan logam. Bahagian yang terletak di dalam tanah yang berudara baik dan telap mungkin mempunyai keadaan elektrokimia yang berbeza daripada bahagian yang terletak di dalam tanah yang padat, basah atau dilitupi sedimen.
Perbezaan sedemikian boleh menyebabkan pemisahan kawasan anod dan katod pada jarak yang agak jauh. Akibatnya, kehilangan bahan yang kuat boleh tertumpu pada bahagian tertentu struktur, walaupun keseluruhan komponen diperbuat daripada bahan yang sama.

Pengaruh pH tanah

pH tanah mempengaruhi tindak balas elektrokimia dan kestabilan produk kakisan. Dalam kes keluli karbon, persekitaran yang sangat berasid boleh meningkatkan kadar kakisan. Kelakuan keluli tahan karat juga bergantung pada kestabilan lapisan pasifnya dan kehadiran ion agresif, terutamanya klorida.
Walau bagaimanapun, pH sahaja tidak mencukupi untuk menentukan keagresifan tanah. Dua tanah dengan pH yang sama mungkin berbeza dari segi kerintangan, kandungan klorida dan sulfat, kandungan lembapan dan pengoksigenan, dan seterusnya menyebabkan kadar dan jenis kakisan yang sama sekali berbeza.

Klorida dan garam yang terlarut dalam tanah

Garam terlarut meningkatkan kekonduksian air liang dalam tanah. Klorida amat penting, kerana ia juga boleh mengganggu kestabilan lapisan pasif keluli tahan karat dan meningkatkan risiko kakisan lubang dan rekahan.
Klorida boleh diperoleh daripada komponen tanah semula jadi, air bawah tanah, persekitaran pantai, aktiviti perindustrian dan penggunaan garam penyah-ais. Pengumpulan garam setempat boleh mewujudkan persekitaran yang jauh lebih agresif daripada yang dicadangkan oleh ciri-ciri umum kawasan tersebut.

Kakisan mikrobiologi MIC di dalam tanah

Tanah merupakan persekitaran yang aktif secara biologi. Mikroorganisma boleh membentuk biofilm dan mengubah keadaan kimia dan elektrokimia tempatan pada permukaan logam. Proses ini dirujuk sebagai Kakisan yang Dipengaruhi Mikrobiologi (KIK).
Dalam persekitaran yang terhad oksigen, mikroorganisma yang terlibat dalam metabolisme sebatian sulfur mungkin memainkan peranan. Walau bagaimanapun, MIC tidak boleh dikurangkan semata-mata kepada tindakan sekumpulan bakteria sahaja. Dalam persekitaran sebenar, komuniti mikroorganisma yang kompleks boleh mengambil bahagian dalam proses kakisan, dan kesannya bergantung pada keadaan kimia dan biologi.
Kakisan mikrobiologi boleh berlaku secara setempat dan mengakibatkan kehilangan bahan yang banyak, oleh itu ia merupakan ancaman yang ketara kepada saluran paip, tangki dan struktur bawah tanah yang lain.

Arus sesat dan kakisan elektrolitik struktur bawah tanah

Arus sesat ialah arus elektrik yang mengalir melalui laluan selain litar elektrik yang dimaksudkan. Ia boleh berlaku berhampiran sistem daya tarikan DC, pemasangan perindustrian dan sistem perlindungan katodik bagi struktur lain, antara tempat lain.
Jika arus terus mengalir ke dalam struktur logam bawah tanah dan kemudian mengalir keluar ke tanah pada titik yang berbeza, kawasan aliran arus boleh menjadi tapak pelarutan logam anodik yang kuat. Kerosakan yang terhasil boleh menjadi sangat setempat.
Menilai bahaya arus sesat memerlukan pengukuran elektrik dan elektrokimia. Pemantauan potensi struktur dan interaksi sistem perlindungan katodik yang terletak dalam zon impak yang sama adalah amat penting.

Kakisan saluran paip bawah tanah

Saluran paip amat mudah terdedah kepada kakisan tanah disebabkan oleh panjangnya yang panjang dan potensi untuk melalui keadaan tanah yang berbeza-beza. Satu bahagian mungkin mempunyai tanah kering dan berpasir, manakala bahagian lain mungkin mempunyai tanah liat basah, kawasan masin atau kawasan dengan bekalan oksigen yang terhad.
Perlindungan utama untuk saluran paip keluli biasanya disediakan oleh salutan penebat yang dipilih dengan betul yang mengehadkan sentuhan antara permukaan logam dan elektrolit. Bagi kebanyakan struktur bawah tanah yang kritikal, salutan berfungsi bersama-sama dengan perlindungan katodik.
Kerosakan salutan amat ketara kerana ia mendedahkan bahagian kecil permukaan logam. Sistem perlindungan perlu direka bentuk dan dipantau untuk mengambil kira keadaan salutan, sifat tanah dan kemungkinan kesan pemasangan lain.

Perlindungan katodik struktur di dalam tanah

Perlindungan katodik melibatkan kawalan potensi struktur yang dilindungi untuk mengehadkan pembubaran anodiknya. Dua penyelesaian asas digunakan: perlindungan menggunakan anod galvanik dan sistem dengan sumber arus luaran, yang dirujuk sebagai ICCP (Perlindungan Katodik Arus Terkesan).

Perlindungan katodik tidak melibatkan penetapan potensi universal tunggal untuk semua struktur. Kriteria perlindungan bergantung pada faktor seperti bahan, jenis struktur, persekitaran dan piawaian yang berkenaan. Sistem yang direka bentuk dengan tidak betul mungkin tidak berkesan atau menyebabkan impak yang tidak diingini pada pemasangan bersebelahan.

Lapisan pelindung di dalam tanah

Lapisan pelindung mewujudkan penghalang antara logam dan tanah lembap. Untuk struktur bawah tanah, epoksi, polietilena, polipropilena dan sistem lain digunakan, bergantung pada jenis struktur dan keadaan operasi.
Walau bagaimanapun, tiada lapisan yang harus dianggap sebagai penghalang bebas kecacatan sepenuhnya sepanjang hayat perkhidmatannya. Kerosakan boleh berlaku semasa pengangkutan, pemasangan, penimbunan semula atau operasi struktur seterusnya. Atas sebab ini, dalam banyak pemasangan, lapisan dan perlindungan katodik adalah komponen sistem perlindungan kakisan tunggal.

Keluli tahan karat di dalam tanah

Keluli tahan karat boleh menunjukkan rintangan yang sangat baik dalam pelbagai keadaan tanah, tetapi prestasinya bergantung pada keupayaan untuk mengekalkan lapisan pasif. Tanah yang mengandungi paras klorida yang tinggi, kawasan dengan akses oksigen yang terhad, rekahan, sedimen dan persekitaran yang kondusif untuk MIC boleh menjadi sangat tidak menguntungkan.
Menguburkan elemen keluli tahan karat tidak menjamin ketahanan kakisan sepenuhnya secara automatik. Kakisan setempat mungkin berlaku dalam keadaan tanah yang agresif, dan pilihan gred harus mengambil kira komposisi tanah dan air bawah tanah, suhu, potensi pembentukan rekahan, dan keadaan biologi.

Pemilihan bahan untuk kerja di atas tanah

Jadual ini hanya menunjukkan ciri-ciri umum bahan tersebut. Tiada jenis universal yang sesuai untuk semua jenis tanah. Pemilihan yang betul memerlukan pengetahuan tentang parameter persekitaran dan keadaan pembinaan.

Bagaimanakah kekakiskan tanah diuji?

Penilaian persekitaran tanah mungkin termasuk pengukuran kerintangan, pH dan kelembapan, serta analisis klorida, sulfat dan komponen larut yang lain. Bergantung pada jenis struktur, pengukuran keupayaan elektrokimia, ujian arus sesat dan penilaian keadaan yang sesuai untuk aktiviti mikrobiologi juga dilakukan.
Bagi struktur linear yang panjang, satu sampel tanah mungkin tidak mewakili keadaan. Keadaan harus dinilai di pelbagai titik, terutamanya di tempat yang jenis tanah, kelembapan, kemasinan, jarak dengan pemasangan elektrik dan sumber kakisan lain yang berpotensi berubah.

Bagaimana untuk mengurangkan kakisan tanah?

• mengenali sifat-sifat tanah sebelum memilih bahan dan sistem perlindungan,
• gunakan lapisan pelindung yang dipilih dengan betul,
• dalam pemasangan yang mencabar, gunakan perlindungan katodik yang direka bentuk dengan betul,
• periksa kualiti dan kesinambungan salutan sebelum menutup struktur,
• memantau potensi struktur dan operasi sistem perlindungan katodik,
• mengambil kira kehadiran arus sesat dan pemasangan bersebelahan,
• menganalisis risiko MIC dalam persekitaran yang menggalakkan aktiviti mikrobiologi,
• elakkan kombinasi logam yang berbeza yang tidak menguntungkan,
• mengambil kira perubahan sifat tanah di sepanjang keseluruhan struktur.

Kakisan tanah dan kakisan atmosfera

Kakisan tanah dan atmosfera adalah proses elektrokimia, tetapi keadaan untuk pengangkutan oksigen, kelembapan dan ion berbeza dalam setiap persekitaran. Di atmosfera, permukaan biasanya mengalami kitaran pembasahan dan pengeringan, manakala di dalam tanah, logam kekal bersentuhan dengan air liang, yang komposisinya dan ketersediaan oksigen boleh berbeza-beza dengan ketara di peringkat tempatan.
Yang menarik perhatian khususnya ialah kawasan di mana struktur melintasi sempadan tanah-atmosfera. Perubahan keadaan kelembapan, pengoksigenan dan pencemaran boleh menyebabkan pembentukan sel kakisan tempatan, jadi zon peralihan ini memerlukan perlindungan yang sesuai.

Kakisan tanah merupakan proses kompleks yang bergantung kepada kesan serentak kelembapan, kerintangan, pH, garam, oksigen, mikroorganisma, arus sesat dan heterogeniti tanah. Oleh itu, adalah mustahil untuk menentukan keagresifan persekitaran bawah tanah berdasarkan satu parameter sahaja.
Dalam kes struktur keluli karbon, asas perlindungan adalah salutan yang dipilih dengan betul dan, dalam banyak aplikasi, perlindungan katodik. Keluli tahan karat menawarkan rintangan yang lebih tinggi dalam banyak keadaan, tetapi ia juga boleh tertakluk kepada kakisan setempat dengan kehadiran klorida, rekahan, mendapan dan keadaan biologi yang tidak menguntungkan.
Perlindungan struktur bawah tanah yang betul memerlukan analisis keseluruhan sistem: bahan – tanah – air bawah tanah – salutan – perlindungan katodik – arus sesat – keadaan operasi.

Jenis-jenis kakisan keluli dan logam

Kakisan seragam keluli dan logam
Kakisan lubang pada keluli tahan karat
Kakisan rekahan keluli tahan karat
Kakisan antara butiran keluli tahan karat
SCC keretakan kakisan tekanan
Kakisan galvanik
Kakisan hakisan
Kakisan peronggaan
Keletihan kakisan
Kakisan fret
Kakisan mikrobiologi MIC
Kakisan suhu tinggi

Pembahagian kakisan mengikut persekitaran

Kakisan marin – kakisan keluli dan logam dalam air laut
Kakisan atmosfera
Kakisan tanah
Kakisan dalam air tawar dan perindustrian
Kakisan dalam persekitaran klorida
Kakisan dalam persekitaran berasid
Kakisan dalam persekitaran alkali
Kakisan dalam gas dan gas ekzos
Kakisan dalam sistem kumbahan dan pembetungan
Kakisan dalam persekitaran kimia dan petrokimia

Topik berkaitan

CPT – suhu kakisan lubang kritikal bagi keluli tahan karat dan aloi nikel
PREN – indeks rintangan kakisan bopeng untuk keluli tahan karat
CCT – Suhu kakisan celah kritikal bagi keluli tahan karat dan aloi nikel