محققان پژوهشگاه صنعت نفت در کاری آزمایشگاهی به مطالعه اثر استفاده از نوعی نانوذره در بهبود خواص ضدخوردگی پوشش‌های کاربردی در خطوط انتقال نفت و گاز پرداختند. نتایج این کار حاکی از افزایش عمر دو برابری این پوشش‌ها در صورت استفاده از نانوذرات بوده است.
پژوهشگاه صنعت نفت: بهبود خواص ضدخوردگی پوشش‌های مورد استفاده در خطوط انتقال نفت
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، هزینه‌ی 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.
به گفته‌ی احمد قاسمی کهریزسنگی، هدف این پژوهش برطرف کردن مشکلات صنعت نفت در حوزه‌ی پوشش‌های مورد استفاده در خطوط انتقال نفت بوده است. 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 در ادامه افزود: «با توجه به اینکه دوده یک نانوذره‌ی ارزان قیمت و فراوان است، لذا بهره گیری صنعتی از آن آسان است. اما بزرگترین مشکلی که در کار کردن با این نانوذره وجود دارد، تجمع و به هم چسبیدن ذرات و قرارگیری در محدوده اندازه‌ی میکرونی است که همین این امر موجب کاهش خواص آن می‌شود. به همین دلیل ما در این کار تلاش کردیم با اصلاح این نانوذرات این مشکل را برطرف کنیم.»
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.
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 گفته‌ی قاسمی 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 در خصوص روند ساخت و بررسی نمونه‌ها 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. 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، اندازه‌ی ذرات و نوع پخش شدن آن‌ها در ساختار، با آزمون‌های DLS، SEM و TEM بررسی شد. در ادامه با آزمون‌های متداول خوردگی مانند اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی، پوشش‌ها بررسی شدند.»
همانگونه که قبلاً بیان شد نتایج آزمون‌های امپدانس نشان داد که عمر پوشش با نانو ذرات دوده‌ی اصلاح شده بیش از ۲ برابر نسبت به پوششی با ذرات اصلاح نشده افزایش یافته است. نکته‌ی قابل توجه اینکه پوشش با نانوذرات اصلاح شده عمری بیش از ۲۰ برابر نسبت به نمونه‌های بدون نانوذره دارد.
در توضیح این تغییرات مثبت باید گفت که 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 هیأت علمی این دانشگاه- و همکارانشان در انجام این پژوهش همکاری داشته‌اند. نتایج این طرح در مجله‌ی Polymer Bulletin (جلد ۷۲، شماره ۹، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۲۹۷ تا ۲۳۱۰) به چاپ رسیده 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.
به گفته‌ی احمد قاسمی کهریزسنگی، هدف این پژوهش برطرف کردن مشکلات صنعت نفت در حوزه‌ی پوشش‌های مورد استفاده در خطوط انتقال نفت بوده است. 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 در ادامه افزود: «با توجه به اینکه دوده یک نانوذره‌ی ارزان قیمت و فراوان است، لذا بهره گیری صنعتی از آن آسان است. اما بزرگترین مشکلی که در کار کردن با این نانوذره وجود دارد، تجمع و به هم چسبیدن ذرات و قرارگیری در محدوده اندازه‌ی میکرونی است که همین این امر موجب کاهش خواص آن می‌شود. به همین دلیل ما در این کار تلاش کردیم با اصلاح این نانوذرات این مشکل را برطرف کنیم.»
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.
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 گفته‌ی قاسمی 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 در خصوص روند ساخت و بررسی نمونه‌ها 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. 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، اندازه‌ی ذرات و نوع پخش شدن آن‌ها در ساختار، با آزمون‌های DLS، SEM و TEM بررسی شد. در ادامه با آزمون‌های متداول خوردگی مانند اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی، پوشش‌ها بررسی شدند.»
همانگونه که قبلاً بیان شد نتایج آزمون‌های امپدانس نشان داد که عمر پوشش با نانو ذرات دوده‌ی اصلاح شده بیش از ۲ برابر نسبت به پوششی با ذرات اصلاح نشده افزایش یافته است. نکته‌ی قابل توجه اینکه پوشش با نانوذرات اصلاح شده عمری بیش از ۲۰ برابر نسبت به نمونه‌های بدون نانوذره دارد.
در توضیح این تغییرات مثبت باید گفت که 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 هیأت علمی این دانشگاه- و همکارانشان در انجام این پژوهش همکاری داشته‌اند. نتایج این طرح در مجله‌ی Polymer Bulletin (جلد ۷۲، شماره ۹، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۲۹۷ تا ۲۳۱۰) به چاپ رسیده است.
