การแก้ปัญหา “รางสายไฟฟ้าเป็นสนิม” ด้วยการใช้วัสดุ FRP

ในพื้นที่กระบวนการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรมจะเต็มไปด้วยสภาวะแวดล้อมที่มีความกัดกร่อน (Corrosion) ต่อวัสดุค่อนข้างหลากหลาย ซึ่งหนึ่งในปัญหาที่ขอหยิบยกมาในบทความนี้คือ 

“รางสายไฟเป็นสนิม” ซึ่งเป็นปัญหาที่หลายๆ โรงงานเจอและค่อนข้างสร้างความกังวลใจให้กับทางโรงงานอุตสาหกรรม เนื่องจากรางสายไฟ หรือ Cable Ladder เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวางหรือรองรับสายไฟ ซึ่งมีความเสี่ยงในการเกิดประกายไฟได้สูง และสามารถส่งผลกระทบที่รุนแรง อย่างเช่น สามารถทำให้เกิดไฟไหม้ได้เลย

ดังนั้นวันนี้ทางนายช่างจึงอยากมาแชร์เรื่องนี้ ถึงต้นตอของปัญหาในการเกิดสนิมที่รางสายไฟเหล็กแบบธรรมดาๆ และวิธีรับมือแบบต่างๆ พร้อมเกร็ดความรู้เกี่ยวกับการใช้งาน การเลือกใช้วัสดุ ครับผม

ก่อนอื่นขอให้ความรู้สำหรับ รางสายไฟฟ้า หรือ Cable Ladder กันก่อนนะครับ

“รางสายไฟฟ้า” หรือ “Cable Ladder” เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับจัดวางสายไฟจำนวนมากให้เป็นระเบียบ หากไม่มีรางสายไฟ ถ้าจะมองให้เห็นภาพใกล้ตัว ยกตัวอย่างเช่น เสาไฟแบบแถวบ้านเรา ที่มีสายไฟฟ้าระโยงระยาง และพันกันมั่วไปหมด ซึ่ง “รางสายไฟ” หรือ Cable Ladder นี่เองครับ ที่จะมาจัดระเบียบของการเดินสายไฟให้เป็นระเบียบและให้ความปลอดภัยมากกว่า

เนื่องจาก รางสายไฟ หรือ Cable Ladder จะมีลักษณะคล้าย “บันใด” (ตามชื่อ) ซึ่งแต่ละขั้นของบันใดจะทำหน้าที่เป็น Support เพื่อรองรับน้ำหนักของสายไฟในโรงงานและออกแบบมาเพื่อความปลอดภัย โดยบางประเภทมีแผ่นปิดกั้นทั้งด้านบนด้านล่าง เพื่อป้องกันแดด ฝน และไอเคมี การออกแบบ Cable ladder ในโรงงานส่วนใหญ่จะออกแบบให้ใช้งานได้ประมาณ 20 ปี

แต่ทว่าเอาจริงๆ หลายๆโรงงานก็จะใช้งานได้ไม่ถึง อาจจะด้วยสภาพแวดล้อมที่ติดทะเล หรือโรงงานที่มีสารระเหยต่างๆที่มีความกัดกร่อนสูง (Corrosion) มีผลให้ รางสายไฟ ที่เป็นเหล็กธรรมดาๆ ไม่สามารถที่จะทนได้ และผุพังก่อนเวลาอันควรครับ

มาดูต้นตอของปัญหาสำหรับกระบวนการเกิดสนิมของรางสายไฟฟ้า

ก่อนอื่นผมขออธิบายหลัก “การเกิดสนิม” หรือ ปฎิกิริยาการเกิดสนิมในเนื้อเหล็ก “เหล็ก” ที่เป็นวัสดุทั่วๆไปของรางสายไฟกันครับ โดยขอพูดมุมมองในวิชาเคมีกันนะครับ โดย “เหล็ก” จะมีสูตรทางเคมีคือ Fe ที่ย่อมาจากคำว่า Ferrum ในภาษาละตินที่แปลว่า เหล็ก หมายเลขอะตอม 26 เหล็กเป็นธาตุโลหะทรานซิชันหมู่ 8 และคาบ 4 โดยในแหล่งธรรมชาติเหล็กที่มาจากดินสินแร่ หรือมาจากเหมืองจะอยู่ในรูปสารประกอบที่เป็นเหล็ก Fe²⁺หรือ Fe³⁺จะเป็นรูปแบบที่เสถียรกว่าโครงสร้างเหล็ก Fe  

การเกิดสนิมก็คือการเปลี่ยนคุณสมบัติของเหล็ก จาก Fe เป็น Fe²⁺ หรือ Fe³⁺  ดังนั้น เหล็ก (Fe) ก็พร้อมที่จะเกิดสนิมได้ทุกเมื่อมีความชื้น (H₂O) และออกซิเจน (O₂)

เนื่องจากวัสดุของ Cable ladder ส่วนใหญ่เป็น เหล็ก (โลหะ) บวกกับในกระบวนการผลิตที่ต้องทำงานผ่านสารเคมี ,ความร้อน ,ความชื้น หรือความเย็น ทำให้เหล็กนั้นมีการสัมผัสกับ “น้ำ (H₂O)” “ออกซิเจน (O₂)” ในอากาศ จึงทำปฏิกิริยาเคมี คือ

[ Fe + H₂O + O₂ —> Fe₂O₃H₂O ]

หรือพูดง่ายๆ คือ เหล็กเจอน้ำ ก็จะเกิดสนิม นั้นเองครับ Cable ladder อายุสั้น ผุ และพังลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งกระบวนการนี้ถือเป็นกระบวนการกัดกร่อน (Corrosion) ในศาสตร์ของงานวัสดุวิศวกรรม ซึ่งผลที่ตามมาคือทางโรงงานก็มีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่สูงขึ้น สำหรับการต้องเปลี่ยน Cable Ladder บ่อยๆ ดังนั้น การมีความรู้ความเข้าใจที่เหมาะสมกับการบำรุงรักษาและป้องกัน (Preventive maintenance) จึงเป็นสิ่งที่สำคัญเพื่อให้การดำเนินธุรกิจเป็นไปได้อย่างราบรื่นและต่อเนื่อง

วิธีการป้องกันสนิมของรางวางสายไฟฟ้า

1) การเคลือบผิวเหล็ก (Coating)

การเคลือบผิวเหล็ก (Coating) เพื่อป้องกันไม่ให้ “เนื้อเหล็กสัมผัสกับน้ำ และอากาศ” โดยตรง โดยทั่วไปมีหลายวิธี เช่น เคลือบผิวด้วยโลหะ การเคลือบผิวด้วยพลาสติก หรือการเคลือบผิวด้วยวัสดุ FRP  เป็นต้น การเคลือบวิธีนี้สามารถป้องกันได้ทั้งความเสียหายเชิงกลและการกัดกร่อน

อย่างไรก็ตาม ผิวเคลือบด้วยวิธีนี้ หากเตรียมผิวชิ้นงานไม่ดี หรือการใช้งานในบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณภูมิตลอดเวลา อาจทำให้ผิวเคลือบหลุดออกได้ง่าย ทำให้เนื้อเหล็กมีโอกาสสัมผัสกับบรรยากาศและมีโอกาสที่รางวางสายไฟจะเกิดสนิมขึ้นได้อีก

2) การใช้เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel)

เป็นการเลือกใช้วัสดุ เหล็กกล้าไร้สนิม หรือ Stainless Steel โดยวัสดุชนิดนี้จะเป็นโลหะผสมที่มีฟิลม์ของ Cr₂O₃ ที่มีความทนทานต่อการเกิดสนิม แต่ในกรณีที่ชิ้นงานต้องสัมผัสน้ำทะเล เพราะหากยิ่งเป็นวัสดุ Stainless จะยิ่งแพ้ทาง สารคลอไรด์ กรด ด่าง หรือไอระเหยของสารเคมี ตลอดเวลาอาจจะทำให้รางเกิดสนิมขึ้นได้อีกเช่นกันครับ

 

3) การแก้ปัญหาด้วยการเปลี่ยนมาใช้ FRP

การเลือกใช้วัสดุที่ไม่เกิดสนิม เช่น ไม้ พลาสติก เป็นอีกวัสดุทางเลือกที่สามารถใช้เป็นวัสดุทดแทนเหล็กได้ แต่ทั้งไม้และพลาสติกอาจไม่เหมาะกับงานบางประเภทเนื่องจากมีความเปราะ แข็งแรงตํ่า ดังนั้นในปัจจุบัน Cable ladder ที่ไม่เป็นสนิม แข็งแรง เหนียว ทนทาน น้ำหนักเบา และติดตั้งง่าย ที่เป็นเทคโนโลยีที่คุ้มค่า จะเป็นการเลือกใช้ “วัสดุโพลีเอสเตอร์เสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาส (FRP: Fiber–Reinforced Plastic)”

รางวางสายไฟฟ้าที่ทำมาจากจากวัสดุไฟเบอร์กลาส หรือ FRP ก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ที่น่าจะตอบโจทย์การใช้งานได้ดี โดยเฉพาะในจุดที่มีการกัดกร่อน หรือมีโอกาสเกิดสนิม เช่น บริเวณชายฝั่งทะเล หรือรอบๆ ขบวนการผลิตที่มีไอสารเคมี หรือ บริเวณที่มีความชื้นจากละออง Cooling Tower เป็นต้น

รางวางสายไฟฟ้า FRP นอกจากจะทนต่อการกัดกร่อนแล้ว ยังมีความแข็งแรง น้ำหนักเบา มีความเป็นฉนวนไฟฟ้า เป็นเหตุให้รางฯ มีอายุการใช้งานที่ยาวนานมากขึ้น อีกทั้งลดค่าใช้จ่ายในงานซ่อมบำรุงในอนาคต ด้วยคุณสมบัติดังกล่าว ทำให้รางวางสายไฟฟ้าผลิตจากวัสดุ FRP เป็นที่นิยมใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ณ ขณะนี้ 

FRP คืออะไร แล้วทำไมถึงทนน้ำและสภาพแวดล้อมได้ดีกว่าเหล็ก?

Material FRP ย่อมาจาก Fiber-Reinforced Plastic คือ วัสดุที่ประกอบด้วยวัสดุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป เพื่อใช้ประโยชน์เฉพาะงาน การผสมกันวัสดุจะไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกันแต่จะแยกกันเป็นเฟสที่เห็นได้ชัด วัสดุประกอบ (Composite material) หลักๆ ประกอบด้วย 2 วัสดุผสมกันเป็นโครงสร้างพิเศษ คือ Particle phase และ Matrix phase

1) Particle Phase

โดย Particle phase คือวัสดุส่วนที่มีความแข็งแรง มีหลายรูปแบบ อาจจะเป็นแบบเส้น แผ่น หรือ แบบอนุภาคเล็กๆ  แต่ข้อเสียคือ เปราะแตกหักง่าย เช่น ใยแก้ว ใยคาร์บอน และอื่นๆ ซึ่งจะกระจายทั่วๆใน Phase Matrix

2) Matrix Phase

Matrix คือ ส่วนที่เป็น “พลาสติก หรือ อาจเป็นยาง” เพื่อเพิ่มคุณสมบัติด้านความเหนียวและทนทาน รวมถึงมีน้ำหนักเบา 

จากโครงสร้างของ FRP นี้ ทำให้เป็นวัสดุมีความพิเศษดังนี้ :

• วัสดุ FRP จะไม่เป็นสนิม 100% 
• ลดงาน Maintenance ได้เยอะมากเพราะคงทนต่อสารเคมี และสภาพภูมิอากาศ 
•  มีสัดส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง (Stiffness to weight ratio) เมื่อเทียบโลหะ นั่นหมายความว่า การที่วัสดุมีน้ำหนักเบา ช่วยลดต้นทุนในการทำโครงสร้าง ลดภาระของ support รองรับน้ำหนักต่างๆ 
• ราคาถูก และติดตั้งง่าย
• มีความสวยงามมากกว่าเหล็ก
• เหมาะสมกับการใช้งานในสภาวะที่ทนกัดกร่อนได้สูงมากๆ

ด้วยข้อดีเหล่านี้จึงทำให้วัสดุ FRP ประยุกต์ใช้ตามอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ท่อ ถังใส่สารเคมีที่เป็นกรดรุนแรง ด่าง หรือแม้แต่ มีนำมาใช้ในการผลิต Cable ladder เพราะ มีความแข็งแรง คงทน ไม่เป็นสนิมและน้ำหนักเบา (Stiffness to weight ratio สูง)

===========================================

สุดท้ายขอขอบคุณข้อมูลดีๆจาก GRE Composites ผลิตภัณฑ์ FRP Cable Ladder และอื่นๆอีกมากมาย ด้วยคุณภาพและมาตรฐานสากลนะครับ

ศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมที่ https://www.grecomposites.com/frp-cable-tray/

===========================================

แล้วพบกับสาระความรู้ทางด้านงานช่าง และงานวิศวกรรมได้ในโพสถัดๆไปนะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare

#นายช่างมาแชร์ #FRP #GREComposite