پایان نامه اعمال پوشش نانوکامپوزیتی مقاوم، بر روی خطوط لوله انتقال گاز استان مازندران جهت جلوگیری از خوردگی

پایان نامه

مقطع کارشناسی ارشد

رشته: مهندسی شیمی

چکیده

پلی یورتان سخت[1] همواره یکی از پلیمرهای کاربردی و موثر در صنایع مختلف بخصوص صنعت پوشش­دهی به شمار می­آید. خاصیت چسبندگی عالی، قابلیت پخت در دمای محیط و مقاومت در برابر خوردگی این پلیمر از ویژگی­های قابل توجه آن می­باشد. این مطالعه به منظور بهبود خواص و رفع برخی از عیوب این پلیمر در امر پوشش­دهی خطوط لوله­ی انتقال گاز با تاکید بر استقرار در مناطق مرطوب خزری انجام شد. در این بررسی با بکارگیری فناوری نانو، اقدام به تولید نانوکامپوزیت پلیمری (پلی­یورتان / نانو ذرات سیلیکای اصلاح شده­ ی هیدروفوبیک) گردید. نتایج حاصل شده از آزمون­های کیفیت سنجی این نانوکامپوزیت، نشان­دهنده­ی بهبود شاخص های آب گریزی، مقاومت در برابر سایش مکانیکی، تاخیر در شعله وری و کاهش در ریزش پاره های آتش، بهبود خواص جذب آب و کش سانی پوشش در غلظت­های پایین­تر از یک درصد وزنی از نانوذرات سیلیکا درون فاز زمینه بود. میزان چسبندگی به سطح و زمان ژل شدن نمونه­ها، با افزایش غلظت نانو ذرات به ترتیب  کاهش و افزایش یافت. با بررسی نتایج ، غلظت 7/0 درصد وزنی نانوذرات و ضخامت متوسط 1400 میکرومتر به عنوان حالت بهینه پوشش­دهی پیشنهاد می­شود.

نیاز به تامین و مصرف انرژی یک امر بسیار مهم در زندگی و برنامه­های پیشبردی انسان  به حساب می­آید. یکی از در دسترس­ترین و مناسب­ترین راه­های دسترسی به این مهم ، استفاده از سوخت­های فسیلی به خصوص مخازن گاز طبیعی می­باشد ، که جهت ایجاد زمینه­ی استفاده و بهره­وری از این منابع ارزشمند، چه در امر مصارف داخلی کشور ، اعم از مصارف صنعتی، خانگی ، سیکل­های ترکیبی ، گرمایشی و... و چه در امر صادرات و بهره­مندی اقتصادی ، نیازمند ارسال گاز طبیعی از طرق مختلف خواهیم بود. خطوط لوله­ی فلزی انتقال گاز، همواره یکی از موثرترین و کارآمدترین روش­های ارسال گاز طبیعی به نقاط مختلف سراسر کشور و جهان می­باشند که با یک بررسی کلی می­توان حجم عظیم این تاسیسات را در سطح کشور درک نمود، کاملا واضح است که این تاسیسات عظیم فلزی همواره تحت تاثیر عوامل محیطی قرار دارند و دچار نقصان می­شوند که یکی از بارزترین مشکلات که سالانه هزینه­های هنگفتی را بر صنایع گاز کشور تحمیل می­کند، پدیده­ی خوردگی است. با توجه به موقعیت مکانی عبوری، استقرار خطوط لوله­ی انتقال گاز را می­توان به چهار بخش کلی تقسیم­بندی نمود. بخش اول : عبور خطوط لوله اتمسفری، بخش دوم : زیر زمینی ( مدفون) ، بخش سوم :مستغرق و بخش چهارم : شناور . کاملا واضح است که با توجه به این موقعیت­ها ، عوامل تخریب خطوط لوله­ی انتقال گاز و همچنین نوع روش بکارگیری جهت جلوگیری و به حداقل رسانیدن تخریب­های محیطی و خوردگی متفاوت خواهد بود، برای مثال انتخاب جنس خط لوله و همچنین پوشش مورد نظر در حالات مستغرق و زیر زمین به مراتب راحت­تر از انتخاب برای حالت اتمسفری است ، چرا که شرایط اتمسفری بسیار متغیرتر از دو حالت دیگر است و در آن جا باید عوامل مختلف­تری را نظیر تاثیرات اشعه­های خورشیدی، باد، انواع باران­های اسیدی و معمولی،تفاوت دمایی شب و روز و ... را مد نظر قرار داد. شرکت ملی گاز ایران دارای حدود 16 هزار کیلومتر خط لوله انتقال گاز می­باشد که از این مقدار حدود 5 هزار کیلومتر آن با پوشش سه لایه پلی­اتیلن و بقیه که حدود 11 هزار کیلومتر می­باشد دارای سایر انواع پوشش  (قیر پایه نفتی ، قیر زغال سنگی، نوار) است . علاوه بر این پوشش­ها سیستم حفاظت کاتدیک برای حفاظت مضاعف خطوط انتقال گاز در نظر گرفته شده است [5].

در این مجموعه، ابتدا به توضیحات مورد نیاز جهت درک هر چه بهتر اهمیت موضوع پرداخته شده است، سپس به تشریح اعمال آزمایشگاهی و نتایج، جهت معرفی یک پوشش نوین و قابل اعتماد از جهات مختلف، پرداخته شده است. 

1-1-        خوردگی[1]

1-1-1-            مقدمه ای بر خوردگی

در قرنی زندگی می کنیم که فلز به عنوان یکی از اصلی ترین مواد، در دسترس بشر قرار گرفته و روز به روز استفاده از فلزات در صنایع و وسایل مختلف رو به افزایش است. با توجه به رشد روز افزون بهره گیری از فلزات مسئله حفاظت و افزایش عمر مفید قطعات از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. فلزات در طبیعت بصورت سنگ معدن و به همراه مواد کانی دیگردر شرایط پایدار از نظر ترمودینامیکی قرار دارند. برای استفاده باید آنرا استخراج نمود و با صرف هزینه های استخراج وساخت و تولید، آنرا به صورت فلز با شرایط مورد نظر در آورد. پس از استخراج فلز از نظر ترمودینامیکی ناپایدار بوده و در صورت وجود شرایط محیطی مناسب مجددا به حالت پایدار خود تبدیل می شود. به این تبدیل از حالت ناپایدار به پایدار اصطلاحا خوردگی گفته می شود. در حقیقت بروز خوردگی باعث به هدر رفتن مواد مورد نظر و هزینه ساخت آن­ها می شود اینجاست که حفاظت از مواد و بهره وری بهتر از آن­ها ابعاد تازه ای می یابد. بنابراین باید بتوان به نوعی دلایل تخریب فلز و همچنین شرایط جلوگیری از این تخریب را بدست آورد [59].

خوردگی یکی از عمده ترین محدودکننده­های عمر قطعات و دستگاه­ها می باشد. اگر خوردگی بیش از حد باشد دستگاه­ها غیرقابل استفاده می شوند. خوردگی یک واکنش الکتروشیمیایی بین فلز و محیط اطراف آن است. این عمل با واکنش کاتدی (احیاء اکسیژن و یا متصاعد شدن گاز هیدروژن)  همراه است. شرایط خوردگی به دلیل حضور دائمی آب، هوا و رطوبت محیط همواره فراهم بوده و در نتیجه خوردگی امری اجتناب ناپذیر می باشد. البته باید توجه داشت خوردگی فقط به فلزات محدود نمی­شود بلکه روی کامپوزیت­ها و پلیمرها هم تاثیر دارد. در این میان نقش مهندسی خوردگی انتخاب موادی است که در برابر عوامل خورنده مقاومت داشته باشند و همچنین باید تلاش کنند که اثرات خورندگی عوامل محیطی را کاهش دهند. خوردگی نه فقط بسیاری از توانایی­های عملی دستگاه را از بین می برد بلکه روی محصول تولیدی و بازگشت سرمایه هم تاثیر منفی دارد [2].

1-1-2-           تعریف خوردگی

از بین رفتن فلزات بواسطه فعل وانفعالات شیمایی و الکتروشیمیایی خوردگی نامیده می‌شود که سالیانه خسارات مالی چشمگیری را متوجه صنایع می‌نماید. انهدام و فساد یا تغییر و دگرگونی در خواص و مشخصات مواد  عموما فلزات به علت واکنش آن­ها با محیط اطراف، البته انهدام­های ناشی از عوامل صرفا فیزیکی یا مکانیکی، خوردگی نامیده نمی­شوند مانند سائیدگی، خستگی، خراشیدگی، لیکن در برخی حالات ممکن است فرایند های خوردگی همراه با این قبیل تخریب­ها باشد که در این صورت با عناوینی نظیر خوردگی سائیدگی، خوردگی خراشیدگی، خوردگی تنشی و ... تشریح می­شوند [39]. در گذشته تصور می­شد هرگاه بتوانیم لوله را با پوشش­هایی مجهز کنیم که تماس آن را با محیط قطع کند در آن صورت از خوردگی جلوگیری به عمل می­آید، البته این تصور منطقی می باشد ولی مسئله این است که این نوع حفاظت وقتی کامل خواهد بود که :

الف-در هنگام نصب محلی بدون پوشش در لوله باقی نماند.

ب-در هنگام پوشش دادن پارگی و خراشی روی پوشش اعمال شده ایجاد نشود و پوشش با گذشت زمان مقاوم و پا بر جا باشد.

Abstract

Rigid polyurethane polymer has a functional role in various industries, especially the coating industry is considered. Excellent adhesion properties, corrosion resistance and ability to cure at room temperature, the polymer is its remarkable features. Aime of this study, was to apply the using of nanotechnology in order to produce polymer nanocomposites (polyurethane / hydrophobic modified silica nanoparticles). The results of the quality assessment of the nanocomposite test, indicating improved hydrophobicity index, mechanical abrasion resistance, flame delays in productivity and in segment loss by fire, water absorption properties and elastic casing at concentrations lower than one percentage weight of silica nanoparticles within the matrix. adhesion to the surface and gel time of the sample, respectively, decreased and increased with increasing concentration of nanoparticles. According to the results, the concentration of    % wt nano- and micrometer  as the optimum coating thickness is recommended