بهبود خواص ضدخوردگی پوشش‌های کاربردی در خطوط انتقال نفت

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، پوشش‌ها کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. یکی از مهم‌ترین وظایف پوشش‌ها در صنعت نفت مقابله با خوردگی است. اما پوشش مصرفی، اعمال آن‌ها و آماده سازی سطح زیر لایه، هزینه‌ بزرگی را به صنعت نفت تحمیل می‌کند. با توجه به این مطالب، دستیابی به پوششی که عمر طولانی‌تری داشته و در محافظت از سطح در مقابله با خوردگی زمان طولانی‌تری را تحمل کند از اهداف مهم صنعت نفت است.

یکی از راهکارهای افزایش عمر این پوشش ها در علوم جدید استفاده از نانوذرات است. نانوذرات علاوه بر بهبود خواص پوشش‌ها، عمر آن‌ها را نیز افزایش داده و با چند برابر کردن زمان کارکرد آن‌ها، هزینه‌ها را کاهش می‌دهند.

احمد قاسمی کهریزسنگی، یکی از مققان این طرح گفت: هدف این پژوهش، برطرف کردن مشکلات صنعت نفت در حوزه‌ پوشش‌های مورد استفاده در خطوط انتقال نفت بوده است.

وی اظهار داشت: ارتقای خواص ضد خوردگی پوشش‌های پایه اپوکسی و علاوه بر آن بهبود ویژ‌گی‌های این پوشش در مقابله با نور خورشید از مهم‌ترین موارد دنبال شده در این طرح بوده است. برای این منظور، استفاده از نانوذرات دوده (کربن بلک) در ساختار اپوکسی در دستور کار قرار گرفته است.

قاسمی با بیان اینکه با توجه به اینکه دوده یک نانوذره‌ ارزان قیمت و فراوانی بوده، لذا بهره گیری صنعتی از آن آسان است، افزود: اما بزرگترین مشکلی که در کار کردن با این نانوذره وجود دارد، تجمع و به هم چسبیدن ذرات و قرارگیری در محدوده اندازه‌ میکرونی است که همین امر موجب کاهش خواص آن می‌شود؛ به همین دلیل ما در این کار تلاش کردیم با اصلاح این نانوذرات این مشکل را برطرف کنیم.

وی افزود: نتایج آزمون‌های خوردگی بر روی پوشش‌های تهیه شده نشان داد که با اصلاح و در نتیجه پخش مناسب نانوذرات دوده در ساختار پوشش، می‌توان علاوه بر افزایش بیش از دو برابری عمر پوشش، عملکرد آن را نیز به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش داد.

قاسمی خاطر نشان کرد: از آنجا که هزینه‌های ناشی از آماده سازی و اعمال پوشش‌ها بسیار بالاست، لذا افزایش دو برابری عمر پوشش می‌تواند به شدت مقرون به صرفه باشد. به عبارتی نتایج این طرح در صورت عملیاتی شدن می‌تواند هزینه‌های ناشی از تخریب پوشش‌ها را در محیط‌های خورنده و اتمسفریک به میزان زیادی برطرف کند.

به گفته وی، چنانچه این پوشش در مقیاس انبوه و صنعتی تولید شود، می‌تواند افزون بر صنایع نفت و گاز به منظور بهبود خواص ضد خوردگی، در سایر صنایع و محیط‌هایی که عوامل خورنده وجود داشته باشد، مثل صنایع شیمیایی، صنایع آب و برق و ... نیز به کار رود.

این محقق عنوان کرد: جهت دستیابی به بهترین پوشش، ابتدا آماده سازی نانوذرات دوده با سورفکتانت مناسب انجام شد. در واقع کاهش نیروهای واندروالسی سطح نانوذرات به کمک سورفکتانت باعث پخش یکنواخت این نانوذرات در ساختار می‌شود.

وی ادامه داد: بعد از تغییر پارامترهای مختلف آزمایش و رسیدن به نانوذرات پایدار، این نانوذرات به رزین اپوکسی اضافه شدند تا پوشش مورد نظر ساخته شود. در هر یک از مراحل کار، اندازه‌ ذرات و نوع پخش شدن آن‌ها در ساختار، با آزمون‌های DLS، SEM و TEM بررسی شد؛ همچنین در ادامه با آزمون‌های متداول خوردگی مانند اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی، پوشش‌ها بررسی شدند.

قاسمی بیان کرد: نتایج آزمون‌های امپدانس نشان داد که عمر پوشش با نانو ذرات دوده‌ اصلاح شده بیش از ۲ برابر نسبت به پوششی با ذرات اصلاح نشده افزایش یافته است. نکته‌ قابل توجه اینکه پوشش با نانوذرات اصلاح شده عمری بیش از ۲۰ برابر نسبت به نمونه‌های بدون نانوذره دارد.

وی عنوان کرد: نانوذرات دوده با پر کردن میکروتخلل‌ها در پوشش، از ورود مواد خورنده به داخل پوشش و افزایش شدت واکنش‌های خوردگی بر روی سطح پوشش جلوگیری کرده و همین امر منجر به افزایش عمر پوشش می‌شود. علاوه بر این، هدایت الکترونی نانوذرات دوده سبب می‌شود هدایت پوشش بیشتر شده و از احیا شدن الکترون بر روی سطح فلز جلوگیری شود. همین امر از لایه‌ای شدن (Delamination) پوشش جلوگیری کرده و عمر آن را افزایش می‌دهد.

احمد قاسمی کهریزسنگی، دانشجوی دکترای مهندسی مواد پژوهشگاه صنعت نفت، حمیرا شریعت پناهی، عضو هیات علمی این دانشگاه و همکارانشان در انجام این پژوهش همکاری داشته‌اند. نتایج این طرح در مجله‌ Polymer Bulletin (جلد ۷۲، شماره ۹، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۲۹۷ تا ۲۳۱۰) به چاپ رسیده است.