بخشی از مقاله
چکیده
لوله های فلزی و فولادی هنوز در بسیاری از کاربردها حرف نخست را می زنند و لوله های پلی اتیلنی امکان جایگزینی آنها را ندارند. اما لوله های فولادی این عیب را دارند که دچار زنگ زدگی و خوردگی می شوند و این امر هزینه های زیادی برای جایگزینی لوله، تعمیر و نگهداری آن به بار می آورد. برای حل این مشکل طی سالیان گذشته چندین روش پوشش دهی پیشنهاد و اجرا شده است. اولین پوشش ها، پوشش های قیری و آسفالتی و موادی از این دست بودندکه از سال 1850 میلادی به این سو رواج داشته اند.
یکی از مهمترین و در عین حال موثرترین راه ها به منظور پیشگیری از خوردگی سطوح خارجی خطوط لوله انتقال گاز مدفون درخاک، استفاده از پوشش های مناسب می باشد. در صنعت گاز نیز خطوط لوله جزء اصلی ترین تجهیزاتی است که برای انتقال گاز از آن استفاده می گردد. امروزه با استفاده از تکنولوژی و راهکار های نوین به تقویت پوشش های لوله های فلزی پرداخته می شود که نانوذرات و نانوفناوری نقش بسزایی در این راه ایفا می نمایند. در این پژوهش به استفاده ی نانوذرات در پوشش های پلیمری و اناملی و چگونگی بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آنها پرداخته خواهد شد.
مقدمه
گسترش روز افزون خطوط لوله انتقال گاز و فرآورده های نفتی در کنار الزامات کیفی جدید در روش های محافظت این خطوط در برابر پدیده خوردگی، صنعت پوشش لوله و اتصالات را از سطح نازل کارگاههای سنتی و یا فرآیندی جنبی در کنار ساخت لوله های فولادی فراتر برده است و با استفاده از فناوری های نوین بدنبال بهبود کارایی پوشش های محافظ می باشند.
نانومواد مورد استفاده اغلب بعنوان یک سد مقاوم در برابر خوردگی عمل کرده و علاوه بر این می توانند سبب افزایش استحکام ماده و تولید موادی با پایداری بالا و طول عمر بیشتر گردند. یکی از راهکارهای افزایش عمر 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.
انتخاب نوع پوشش
مؤلفه های ذاتی پوشش: مانند مقاومت مکانیکی، مقاومت شیمیائی، مقاومت در برابر جدایش کاتدی، میزان نیازمندی به جریان حفاظت کاتدی، دمای سرویس دهی، سهولت تعمیرات و یکپارچگی پوشش.
مؤلفه های مربوط به سیال و ماهیت خط لوله: از جمله طول عمر پیش بینی شده خط لوله، شرایط اقلیمی و محیطی مسیر خط لوله، دمای بهره برداری، ترکیب شیمیائی سیال، فشار سیال و تعداد ایستگاه های تقویت فشار.
مؤلفه های اقتصادی: از جمله قیمت تمام شده پوشش، در دسترس بودن منابع و خدمات و هزینه تامین جریان حفاظت کاتدی.
مؤلفه های توسعه ای: از جمله تولید مواد اولیه و اجرای پوشش در داخل، اشتغال زائی، درآمد زائی، صدور تکنولوژی.
پوشش های قدیمی:
این پوشش ها شامل قیر پایه ذغال سنگی ، قیر پایه نفتی یا انامل بیتومن می شود. انامل های قیر ذغال سنگی و قیر نفتی در درجه های گوناگون قابل دسترسی می باشند .انامل ها پوشش های خوردگی هستند که برای ایجاد استحکام مکانیکی با پشم شیشه ترکیب شده اند. پوشش های انامل، پوشش های ارزان قیمتی هستند که قدرت محافظت کنندگی آنها بستگی به ضخامت فیلم دارد .این پوشش ها برای خطوط مستقر در روی زمین مناسب نمی باشند و تنها برای خطوط لوله زیرزمینی و زیردریایی مورد استفاده قرار می گیرند.
پوشش های جدید:
این پوشش ها شامل موارد زیر می شود:
-1 نوار های PVC و پلی اتیلن که بصورت سرد بکار رفته شده
-2 نوارها و غلاف های پلی اتیلنی که با حرارت قابل جمع شدن هستند
-3 اپوکسی
-4 پوشش های مایع اپوکسی و پلی یورتان
-5 بیتوسیل
اولین پوششها، پوشش های قیری و آسفالتی و موادی از این دست بودندکه از سال 1850 میلادی تا کنون کاربرد داشته اند. پوشش های قیری قدیمی ترین پوشش های مورد استفاده در لوله های انتقال نفت و گاز هستند . نفوذ ناپذیری در مقابل آب و رطوبت، مقاومت خوردگی بالا، قیمت پایین و آسانی اعمال از جمله ویژگی های برجسته این پوشش هاست. در حالی که شکنندگی، ترک خوردگی و افت چسبندگی در سرما و نرم شدگی در گرما، استحکام مکانیکی کم، احتمال آسیب دیدگی حین حمل و نقل و نصب ، مقاومت کم در برابر ا شعه ماورا بنفش جز معایب آنها محسوب می گردند.
استفاده از نانو ذرات در پوششهای پلیمری و اناملی
ازآنجاییکه یکی از بزرگترین نگرانیها در صنعت نفت و گاز، خوردگی لولهها میباشد، پوشش دهی و ساخت این قطعات با استفاده از نانوذرهات و نانو کامپوزیتها میتواند سبب افزایش استحکام و پایداری تجهیزات و کاهش استهلاک آنها گردد. نانو کامپوزیتها و نانو ساختارها به دلیل پایداری بالا و سختی مکانیکی مناسب، مقاومت در برابر اکسایش و خوردگی و نیز دارا بودن سطوح لغزنده قابل انطباق در محیط های گوناگون جایگزین روشهای سنتی شدهاند. به دلیل دارا بودن اندازه دانههای بسیار کوچک، سطح نانو کامپوزیتها و یا مواد پوشش دهی شده توسط نانو لایهها بسیار صافتر از سطوح معمولی است و این مواد دارای صفحات کریستالی منظم و بدون عدم یکنواختی میباشند.
نانو ذرات به دلیل برخورداری از سطح تماس بالا قادرند نفوذ عوامل خورنده به داخل پوشش را سخت کنند. نانوذرات همچنین با کاهش چگالی اتصالات شیمیایی و افزایش چگالی اتصالات فیزیکی پوشش، باعث بهبود مقاومت یونی و مقاومت در برابر تخریب هیدرولیتیکی - تخریب در حضور آب - شده و دوام پوشش را افزایش میدهند. همچنین با این مکانیزم بهبود خواص فیزیکی-مکانیکی از جمله کاهش شکنندگی پوشش و افزایش چقرمگی آن نیز حاصل میشود کاربرد عمده این پوششها بر روی سازههای فلزی نظیر لولههای انتقال نفت، گاز و آب است.
افزودن نانو مواد در پوششهای پلیمری میتواند با کاهش تخلخل و اعوجاج سطح تا حد زیادی مانع نفوذ عوامل خورنده مانند اکسیژن و آنیونهای کلرید شود
استفاده از نانو ذرات امکان استفاده از حجم بسیار پایینتر از نانو مواد برای اصلاح ریزساختار پوششهای پلیمری نسبت به استفاده از میکرو ذرات یا ذرات بزرگتر بهعنوان تقویتکننده تا رسیدن به همان سطح از خواص حفاظت، را فراهم میسازد.
اختلاط نانو مواد به زمینه پلیمری باعث بهبود سازگاری با محیط زیست، افزایش یکپارچگی و دوام سیستمهای پوشش همچنین موجب پر کردن حفرات پراکنده در پوشش و انحراف مسیر ترک و قفل شدن آن در برخورد با نانوذره و درنتیجه متوقف شدن آن میگردد.
نانو ذرات مانع ازهمگسیختگی و همگنتر شدن پوشش، همچنین با پر کردن تخلخلهای سوزنی و پلزنی بین مولکولها باعث افزایش تراکم آن میشود.
بهبود خواص رئولوژی قیر با کمک نانو ذرات رس
فرآیند اختلاط نانو ذرات رس با قیر که نمونههای متعددی تهیه و مورد بررسی قرارگرفت. محققان توانستند پراکنش و عملکرد صحیح صفحات نانو رس را در قیر تعیین نمایند. در ادامه با انتخاب طرح اختلاط بهینه، نمونههای قیر اصلاح شده با نانو رس را در شرایط مختلف پیرشدگی، تحت آزمونهای عملکردی و پیشرفته قیر - رئومتر برش دینامیکی - قرار گرفت تا با تعیین پارامترهای مدول برش دینامیکی - G - و زاویه اختلاف فاز، رفتار خستگی و تغییر شکلی قیر اصلاح شده و قیر خالص را مورد ارزیابی و مقایسه قرار دهند.
