محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری پژوهشگاه صنعت نفت تلاش نمودند نانوپوششهایی را به منظور پوششدهی سازههای فولادی طراحی کنند که همزمان هر دو ویژگی حفاظت از خوردگی و حفاظت از آتشسوزی را دارند. استفاده از این نانوپوششها منجر به کاهش هزینههای تولید
تولید آزمایشگاهی نانوپوششهای مقاوم به خوردگی و آتش با همکاری پژوهشگاه صنعت نفت و دانشگاه صنعتی امیرکبیر
سازههای فولادی بهویژه سازههای تحت فشار و بارهای سنگین در مجاورت با آتش نمیسوزند؛ اما در دماهای بالاتر از ۵۵۰ درجهی سانتیگراد، استحکام و خواص ساختاری آنها تضعیف میشود. لذا افزایش دما طی مدت زمان بسیار کوتاه (چند دقیقه) موجب فروپاشی و انهدام سازه، گسترش آتشسوزی و به بار آمدن خسارات جانی و مالی فراوان میشود.
به گفتهی سمیه محمدی، مجری طرح، در حال حاضر در بسیاری از موارد و بهویژه در کشور ما برای حفاظت سازههای فولادی در برابر آتشهای ناشی از مواد هیدروکربنی، از سیستمهای بتونی و سیمانی استفاده میشود. در این مواد که در ضخامتهای بسیار بالا اعمال میشوند، تمایل به شکست و ایجاد ترک بسیار بالاست. از طرفی به علت جذب بالای رطوبت و ایجاد محیط خورنده نیاز به پوششهای زیر لایهی مقاوم به خوردگی دارند. این سیستمها مقاومت مکانیکی ضعیفی دارند و هزینهی اعمال و نگهداری آنها نیز بالاست. از طرفی وزن و ضخامت بالا در این سیستمها محدودیت زیادی را در کاربردهای عملی ایجاد می کند.
وی در ادامه افزود: «یک جایگزین مناسب برای پوششهای بتونی و همچنین پوششهای سیمانی سبک وزن، سیستمهای حفاظتکنندهی آتش غیر فعال (PFP) است. این پوششها با افزایش زمان رسیدن به دمای بحرانی سازهها، امکان خروج ایمن افراد از محیط و انجام اقدامات لازم برای کنترل آتشسوزی را فراهم میکنند.»
از مهمترین سیستمهای PFP، پوششهای مقاوم به آتش گرماتورم (IFR) هستند. این مواد در شرایط عادی مشابه یک پوشش محافظ معمولی عمل میکنند؛ اما در مجاورت با آتش، (طی یک واکنش شیمیایی) با تشکیل یک لایه فوم زغال کربنی عایق حرارت، موجب کاهش انتقال حرارت به بستر فلز و افزایش زمان رسیدن به دمای بحرانی سازه میشوند.
به گفتهی این محقق، از مهمترین مشکلات این پوششها، عدم حفاظت از خوردگی و عدم چسبندگی مناسب به سازهی فولادی در مجاورت دماهای بسیار بالاست. لذا، در این طرح تلاش شده تا یک نانوپوشش IFR تهیه شود که در عین داشتن عملکرد مناسب در مواجهه با آتش، بتواند در حالت عادی، حفاظت از خوردگی مناسبی را برای سازهی فولادی فراهم کند.
کاربرد اصلی نتایج این طرح در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع و کارخانجات شیمیایی و بطور کلی صنایعی است که به نوعی با ترکیبات هیدروکربنی اشتعال زا در ارتباط هستند و احتمال وقوع آتشسوزی در آنها به هر دلیلی وجود دارد.
محمدی در خصوص ویژگیهای نانوپوشش تهیه شده افزود: «در ساخت این پوشش از نانوذرات هیبریدی بر پایهی نانو صفحات گرافیت اصلاح شده استفاده شده است. بدین ترتیب علاوه بر بهبود عملکرد سیستم پوششی مقاوم به آتش و افزایش استحکام مکانیکی آن، به دلیل افزایش مقاومت به خوردگی نانوپوشش IFR ، نیاز به هرگونه پوشش زیر لایهی مقاوم به خوردگی برطرف شده است. این امر به نوبهی خود منجر به کاهش قیمت سیستم پوششی، به دلیل کاهش تعداد لایههای مورد نیاز، خواهد شد.»
این تحقیقات در قالب پایاننامهی دکترای سمیه محمدی و راهنمایی دکتر فرامرز افشار طارمی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر حمیرا شریعتپناهی از پژوهشگاه صنعت نفت به انجام رسیده است. این طرح به عنوان پایان نامهی مورد نیاز صنعت مورد تأیید ستاد توسعهی فناوری نانو قرار گرفته است. آیین نامهی حمایت از پایان نامههای مورد نیاز صنعت در سایت www.nano.ir/hrdc موجود است.
به گفتهی سمیه محمدی، مجری طرح، در حال حاضر در بسیاری از موارد و بهویژه در کشور ما برای حفاظت سازههای فولادی در برابر آتشهای ناشی از مواد هیدروکربنی، از سیستمهای بتونی و سیمانی استفاده میشود. در این مواد که در ضخامتهای بسیار بالا اعمال میشوند، تمایل به شکست و ایجاد ترک بسیار بالاست. از طرفی به علت جذب بالای رطوبت و ایجاد محیط خورنده نیاز به پوششهای زیر لایهی مقاوم به خوردگی دارند. این سیستمها مقاومت مکانیکی ضعیفی دارند و هزینهی اعمال و نگهداری آنها نیز بالاست. از طرفی وزن و ضخامت بالا در این سیستمها محدودیت زیادی را در کاربردهای عملی ایجاد می کند.
وی در ادامه افزود: «یک جایگزین مناسب برای پوششهای بتونی و همچنین پوششهای سیمانی سبک وزن، سیستمهای حفاظتکنندهی آتش غیر فعال (PFP) است. این پوششها با افزایش زمان رسیدن به دمای بحرانی سازهها، امکان خروج ایمن افراد از محیط و انجام اقدامات لازم برای کنترل آتشسوزی را فراهم میکنند.»
از مهمترین سیستمهای PFP، پوششهای مقاوم به آتش گرماتورم (IFR) هستند. این مواد در شرایط عادی مشابه یک پوشش محافظ معمولی عمل میکنند؛ اما در مجاورت با آتش، (طی یک واکنش شیمیایی) با تشکیل یک لایه فوم زغال کربنی عایق حرارت، موجب کاهش انتقال حرارت به بستر فلز و افزایش زمان رسیدن به دمای بحرانی سازه میشوند.
به گفتهی این محقق، از مهمترین مشکلات این پوششها، عدم حفاظت از خوردگی و عدم چسبندگی مناسب به سازهی فولادی در مجاورت دماهای بسیار بالاست. لذا، در این طرح تلاش شده تا یک نانوپوشش IFR تهیه شود که در عین داشتن عملکرد مناسب در مواجهه با آتش، بتواند در حالت عادی، حفاظت از خوردگی مناسبی را برای سازهی فولادی فراهم کند.
کاربرد اصلی نتایج این طرح در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع و کارخانجات شیمیایی و بطور کلی صنایعی است که به نوعی با ترکیبات هیدروکربنی اشتعال زا در ارتباط هستند و احتمال وقوع آتشسوزی در آنها به هر دلیلی وجود دارد.
محمدی در خصوص ویژگیهای نانوپوشش تهیه شده افزود: «در ساخت این پوشش از نانوذرات هیبریدی بر پایهی نانو صفحات گرافیت اصلاح شده استفاده شده است. بدین ترتیب علاوه بر بهبود عملکرد سیستم پوششی مقاوم به آتش و افزایش استحکام مکانیکی آن، به دلیل افزایش مقاومت به خوردگی نانوپوشش IFR ، نیاز به هرگونه پوشش زیر لایهی مقاوم به خوردگی برطرف شده است. این امر به نوبهی خود منجر به کاهش قیمت سیستم پوششی، به دلیل کاهش تعداد لایههای مورد نیاز، خواهد شد.»
این تحقیقات در قالب پایاننامهی دکترای سمیه محمدی و راهنمایی دکتر فرامرز افشار طارمی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر حمیرا شریعتپناهی از پژوهشگاه صنعت نفت به انجام رسیده است. این طرح به عنوان پایان نامهی مورد نیاز صنعت مورد تأیید ستاد توسعهی فناوری نانو قرار گرفته است. آیین نامهی حمایت از پایان نامههای مورد نیاز صنعت در سایت www.nano.ir/hrdc موجود است.
