انتخاب صفحه

مقدمه

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.

فهرست مطالب

 فصل اول

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].

1-1-1-            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.

ج-پوشش مصرفی عایق الکتریکی خوبی باشد.

خوردگی آهن یا آلیاژ­های مربوطه که نهایتا شامل اکسید فریک آبدار خواهد بود، زنگ‌زدگی نام دارد و بنابراین واضح است که فلزات غیرآهنی دچارخوردگی می‌شوند ولی دچار زنگزدگی نخواهد شد. برای جلوگیری از حرکت تمایلی زنگ زدگی فلزات، لازم است ابتدا این حرکت را بطور علمی مطالعه و بررسی نموده و سپس وسائل اندازه گیری میزان خوردگی و محاسبه آن را مورد مطالعه قرار دهیم [9].

1-1-2- اهمیت پدیده­ی خوردگی (بررسی کلی)

یکی از مهمترین عوامل تخریب تجهیزات صنعتی و به ویژه خطوط انتقال نفت و گاز، پدیده­ی خوردگی است که به عنوان یکی از زیانبارترین آفت‌های صنایع مطرح می‌گردد. این زیان‌ها به حدی اهمیت دارد که تحقیق در حوزه‌های مربوط به فناوری‌های کنترل خوردگی، بخش عظیمی از پژوهش‌ها و تحقیقات کشورهای پیشرفته را به خود اختصاص داده است. این مطالعات به تدوین استراتژی‌ها، قوانین، آیین­نامه­ها و روش­های مؤثری در زمینه پیشگیری و رفع اثرات خوردگی منجر شده که تحت عنوان “مدیریت خوردگی” مورد مطالعه قرار می‌گیرند. در کشور ما نیز به دلیل جایگیری صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، در مناطق مستعد پدیده خوردگی, بررسی این پدیده و مدیریت آن، از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار می‌باشد [60].

پیشگویی آهنگ خرابی تجهیزات در اثر خوردگی و تخمین هزینه‌های آن عنصری نامعین است که می­توان با استفاده از سیسستم‌های مدیریت خوردگی تا حدودی آن را کنترل نمود. مدیریت خوردگی با هدف صیانت از سرمایه، مسئولیت کنترل خوردگی و روش‌های پایش و حفاظت تاسیسات در تمامی جنبه‌ها را جهت پایداری و پویایی به‌عهده دارد و همواره از ابزار و روش‌های پیشرفته در رسیدن به این مقصود بهره می‌گیرد. به‌وسیله­ی مدیریت خوردگی، فرآیند‌ خوردگی از ابتدای مرحله طراحی تاسیسات تا هنگام سرویس‌دهی آن­ها به صورت فعال مدیریت می‌گردد. به عنوان مثال یک مهندس طراح، از طریق این مدیریت از اطلاعات لازم در زمینه­ی خوردگی برخوردار می‌گردد تا سازه‌هایی را با عمر مفید و طولانی طراحی نماید یا با استفاده از اطلاعات به‌دست آمده از خوردگی‌های رخ‌داده در طراحی‌های پیشین، مراحل بعدی کار را اصلاح کند. مدیریت خوردگی به ارائه استراتژی‌های پیش‌گیرانه و برداشتن گام‌های راهبردی در دو حوزه­ی فنی و غیرفنی می‌پردازد [39]. سر فصل­هایی که در حوزه‌های غیر فنی به عنوان استراتژی‌های پیش‌گیرانه دنبال می­شود به شرح زیر می‌باشد:

1- افزایش آگاهی از هزینه‌های هنگفت‌ خوردگی و صرفه‌جویی در این هزینه‌ها موجب به‌کارگیری صحیح فناوریی‌های موجود و کاهش هزینه‌ها می‌گردد. از این­رو، بسیاری از مشکلات خوردگی در نتیجه­ی فقدان آگاهی از مدیریت خوردگی و مسئولیت‌پذیری اشخاص در تبادل عملیات، بازرسی، تعمیر و نگهداشت سیستم ­مهندسی ­می‌باشد.

2- تغییر خط مشی‌ها، آیین‌نامه‌ها، استانداردها و شیوه‌های مدیریتی جهت کاهش هزینه‌های خوردگی به واسطه مدیریت صحیح خوردگی که به کنترل مؤثر آن می‌انجامد و باعث اجرای ایمن‌تر و قابل اعتما‌دتر عملیات و افزایش عمر مفید تاسیسات و تجهیزات می‌شود.

3- اصلاح و تعمیم آموزش کارکنان جهت معرفی و بازشناسی کنترل خوردگی که مستلزم وارد نمودن واحدهای درسی پیشگیری و کنترل خوردگی در برنامه‌های تحصیلی و مدیریتی می‌باشد.

4- تغییر و اصلاح کژاندیشی و باور غلط تسلیم‌پذیری در مقابل خوردگی و اتخاذ تصمیم‌های جدید در راستای جلوگیری از این پدیده.

همچنین استراتژی‌های پیش‌گیرانه در حوزه‌های فنی نیز از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشند، برخی از این استراتژی‌ها بدین ترتیب می‌باشد:

1- ارتقای روش‌های طراحی و استفاده از روش‌های طراحی پیشرفته به منظور مدیریت بهتر خوردگی که مانع از بروز هزینه‌های خوردگی قابل اجتناب می‌گردد. برای تحقق این راهبرد لازم است روش‌های طراحی تغییر کند و بهترین فناوری‌های خوردگی در دسترس طراحان قرار گیرد. میزان عملکرد خوردگی نیز در معیار طراحی وارد شده و هزینه طول عمر تجهیزات تجزیه و تحلیل ‌گردد.

2- ارتقای روش‌های پیش‌بینی عمر تجهیزات و ارزیابی عملکرد آن­ها از طریق آشنایی با فناوری‌های خوردگی جدید.

3- بهبود فناوری‌های خوردگی‌ از طریق تحقیق و توسعه.

می‌توان با استفاده از مدیریت خوردگی و به­کارگیری روش‌های علمی و دستاوردهای جدید تکنولوژی، خوردگی را در بسیاری از صنایع کشور کنترل نمود. این امر مستلزم ایجاد آگاهی و عزم جدی برای پیش‌گیری و کنترل خوردگی در میان مدیران و کارشناسان می‌باشد.با توجه به گستردگی و شرایط خاص جغرافیایی منطقه‌ای که بخش اعظم تاسیسات نفت و گاز کشور در آن قرار دارد، مسئله خوردگی در صنعت نفت و گاز ایران از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. اعمال درست و دقیق مدیریت خوردگی و استفاده از تکنولوژی­های جدید در این حوزه می‌تواند از بروز سالانه میلیون‌ها دلار خسارت به این مراکز جلوگیری کند. اهمیت مسئله خوردگی در صنعت نفت جنبه دیگری نیز دارد؛ تاسیسات نفتی، گاز و پتروشیمیایی کشور در حال توسعه است و لحاظ قواعد مدیریت خوردگی در طراحی و ساخت کارخانجات و تجهیزات مورد استفاده می‌تواند از بروز خسارات هنگفتی در آینده جلوگیری کند. خوردگی یکی از موارد معدودی است که اثر خود را نه تنها در مراحل طراحی، ساخت و تولید و بهره برداری نمایان می‌سازد، بلکه مبالغ عظیمی را نیز در مرحله حفاظت و نگهداری به خود اختصاص می‌دهد [60].

1-1-3-آسیب‌شناسی صنعت از دیدگاه خوردگی

برای شناخت صحیح‌تر خوردگی و اهمیت آن باید به آسیب‌شناسی صنعت پرداخت، زیرا یکی از مهمترین عواملی که گریبانگیر رشد صنایع و به خصوص صنایع ایرانی می‌باشد، عدم درک عمیق مساله خوردگی است. شاید بتوان دو دلیل عمده برای این بی‌عنایتی برشمرد: در رابطه با ضرر و زیان­های وارد آمده توسط خوردگی به صنایع ، نه تنها آمار مستند بلکه حتی تخمین‌های رسمی مستند و قابل انکار وجود ندارد، لذا مشخص نیست که خوردگی چگونه به آرامی اما بطور مداوم ثروتهای ملی را هدر می‌دهد. ابعاد فاجعه انگیز خوردگی از نظر اتلاف ماده و انرژی و ضرر و زیان­های زیست محیطی روشن نیست. لذا اکثرا با تصور اینکه مسائل مالی مربوط به خوردگی در بررسی­های مالی- اقتصادی در سر فصل استهلاک دیده می‌شوند، از ابعاد واقعی قضیه بی‌خبر می‌مانند و در نتیجه اهمیت مساله همواره در هاله ای از ابهام باقی می‌ماند.با این وجود طبق آمار ارائه شده سه تا پنج درصد تولید ناخالص ملی، میزان هزینه‌های خوردگی در ایران برآورد شده است [18]. به این ترتیب با توجه به موارد مذکور باید به دنبال راه­کارهای کارآمد جهت پیش گیری از خوردگی و به حداقل رسانیدن هزینه­های ناشی از خوردگی تجهیزات و خطوط انتقال نفت و گاز بود. لذا اگر توجه خود را معطوف به امر جلوگیری از خوردگی خطوط انتقال گاز کنیم یکی از معقولانه­ترین راه­کارهای پیش­گیری و به تاخیر انداختن خوردگی، استفاده از پوشش ­های نوین می باشد که طبیعتا نیازمند بررسی­های همه جانبه برای انتخاب مناسب­ترین گزینه می­باشد [61].

1-1- خوردگی………………………………………………………………….. 3

1-1-1-  مقدمه ای بر خوردگی…………………………………………………… 3

1-1-2-  تعریف خوردگی………………………………………………………… 4

1-1-3-  اهمیت پدیدهی خوردگی (بررسی کلی)……………………………………… 4

1-1-4-  آسیب‌شناسی صنعت از دیدگاه خوردگی……………………………………… 6

1-2- ویژگی آب و. هوایی و اقلیمی استان……………………………………………… 7

1-2-1-  آب و هوا…………………………………………………………………… 7

1-2-2-  توده هواهای موثر بر آب و هوای مازندران……………………………….. 8

1-2-3-  طبقه بندی اقلیمی استان………………………………………………………. 9

1-2-4-  ضرورت انجام پروژه در استان مازندران……………………………….. 10

1-3- انواع موقعیت های مکانی خطوط انتقال گاز………………………………………. 11

1-3-1-  اتمسفر……………………………………………………………………. 11

1-3-2-  غوطه ور…………………………………………………………………. 11

1-3-3-  زیر زمین (مدفون)……………………………………………………… 12

1-4- پوششها…………………………………………………………………………….. 13

1-4-1-  انتخاب مواد مناسب……………………………………………………………. 14

1-4-2-  طراحی مناسب… ………………………………………………………………15

1-4-3-  مشخصات ضروری پوشش……………………………………………………. 16

1-4-4-  نقش پوشش……………………………………………………………………. 16

1-4-5-  سندبلاست…………………………………………………………………….. 17

1-5- نانوذرات و خواص آن ها………………………………………………………. 20

1-5-1-  روش های تولید نانو ذرات…………………………………………………….. 21

1-5-2-  چگونگی بررسی ویژگیهای نانو ذرات……………………………………….. 24

1-6-  نانوکامپوزیت ها …………………………………………………………..24

1-6-1-   معرفی و چگونگی پیدایش نانوکامپوزیت ها……………………………….. 24.

1-6-2-   بهتر شدن خواص مکانیکی…………………………………………………. 27

1-6-3-   بهتر شدن خواص فیزیکی…………………………………………………… 27

1-6-4-   بهتر شدن خواص شیمیایی……………………………………………….. 28

1-6-5-   طبقه بندی نانوکامپوزیت ها و انواع آن……………………………………. 28

1-6-6-   روش های ساخت نانو کامپوزیتها…………………………………………. 30

1-6-7-   کاربرد نانوکامپوزیت ها در پوششدهی………………………………….. 32

انواع تقویت کننده ها

انواع تقویت کننده ها

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم

یکی ازمهم­ترین ودرعین حال موثرترین راه­ها، به منظور پیشگیری ازخوردگی سطوح خارجی خطوط لوله انتقال گاز مخصوصا خطوط لوله­ی مدفون درخاک، استفاده ازپوشش­های مناسب می­باشد. پوشش ماده­ای است که از یکسری اجزای قابل واکنش برهم، ازقبیل رزین ها، نرم کننده­ها، رنگدانه­ها، رنگدانه­یارها، کاتالیزورها، قارچکش­ها[1]وحلال­هاتشکیل شده است. این موادبه صورت یک فیلم نازک فقط چند میکرونی)هزارم اینچی( به کاربرده می­شود.از ابتدایی­ترین پوشش­هایی که ازآن­ها به عنوان پوشش­های ضدخوردگی استفاده می­شده و هم اکنون نیز به وفور از آن­ها استفاده می­گردد، پوشش­های پایه قیری وپایه ذغال­سنگی می­باشد. این پوشش­ها دارای خصوصیات چسبندگی وضد رطوبت بالایی هستند، ولی امروزه به دلایل مختلف روزبه روز استفاده ازاین پوشش­ها کاهش یافته وشرکت­های داخلی به سمت استفاده ازپوشش­های جدیدتر نظیر پلی اتیلن سه لایه و بیتوسیل رفته­اند. این پوشش­ها نیز دارای خواص منحصربفردی می­باشندکه ازآن جمله می­توان به مقاومت فوق العاده دربرابر گسیختگی کاتدی، مقاومت عالی درمقابل تنش­های خاک، دانسیته بالا و نقطه نرم شدن بالا اشاره نمود. به­دنبال آن، پوشش­های اپوکسی پلی آمید[2] گسترش یافت که چسبندگی بهتر، انعطاف­پذیری بیشتر و در قبال آب وسفیدک زدن، مقاومت بهتری نسبت به محصولات قبلی داشت. با گذشت زمان، به دنبال این پوشش­ها، پوشش­های جدیدتری جهت برطرف کردن عیوب پوشش­های قدیمی تهیه شدند، که شامل پوشش­های اپوکسی، پوشش­های سه لایه پلی اتیلنی و پلی پروپیلنی و پوشش­های بیتوسیل می­باشند [48]. در بررسی محافظت از لوله­های انتقال نفت و گاز در مقابل خوردگی با استفاده ازپوشش­های پلی یورتان، از این ماده به عنوان یک پوشش صد در صد جامد برای لوله­های فولادی صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، بامقاومت به خوردگی بالا، ایمن، پیرو استانداردهای تعریف شده و…  یاد می­شود [12].

 1-1-        پوشش­های نوین خطوط لوله

تکنولوژی­های جدید به یاری مهندسین خوردگی وحفاظت از زنگ زنگی آمده و سیستم­های ضد خوردگی منحصر بفردی را بعنوان پوشش خارجی خطوط لوله عرضه کرده اند. این سیستم­های پوشش شامل پلیمرهای پیشرفته­ای است که خصوصا جهت شرایط ویژه و مطابق قوانین بین المللی طراحی و تست شده­اند. این پلیمرها شامل پلی­یورتان، پلی یوریا و پلیمرهای هیبریدی هستند که خواص ویژه فیزیکی راحتی به مراتب بالاتر از حد استاندارد بروز می­دهند. خواص فیزیکی این محصولات قابل تطبیق وتغییر بوده و توانایی مرتفع نمودن نیازهای خاص مصرف کننده نهایی را دارد. تامین دستگاه­های کارا و مطمئن جهت اعمال محصولات ایجاد جذابیت در قیمت محصولات جدید با توجه به متعادل نمودن قیمت و افزایش عمر مفید سیستم همچنین کاهش مقاومت و حساسیت تولید کنندگان پوشش­های قدیمی با توجه به رشد میزان پذیرش مصرف کنندگان نهایی و… همگی باعث مرتفع شدن موانع موجود بر سر راه پذیرش تکنولوژی­های جدید شد. در حال حاضر که تولید بسیار با کیفیت، مجریان با تجربه و دوره دیده وتجهیزات  اعمال مدرن در سرتاسر جهان موجود هستند، پلیمرهای پیشرفته انتخاب کاملاً مناسبی جهت کنترل خوردگی و حفاظت از خطوط لوله بوده و در مقایسه با سیستم­های قدیمی از نظر کیفیت، کارایی و قیمت از جذابیت بیشتری برخوردارند. با توجمه به جمیع جهات هیچ دلیل قانع کننده­ای در عدم مصرف این پوشش­ها به منظور حفاظت سرمایه های با ارزش این کشور وجود ندارد.امروزه پوشش­های پلی­یورتان دو جزئی 100% جامد جهت محافظت سازه­های مختلف اعم از مخازن دخیره، خطوط لوله، پل­ها ،کشتی­ها و… در برابر خوردگی مصرف می­شوند. کارایی بالا، افزایش عمر مفید سازه، مقاومت در برابر عوامل خورنده محیطی ،مقاومت سایشی و مکانیکی بالا، قابلیت کیورینگ در دمای پایین، چسبندگی قوی، تامین ضخامت بالا دریک پاس، اعمال و خشک شدن و برگشت به سرویس فوری، حذف  VOCو… همگی کارآمدی پوشش پلی­یورتان را در صنایع مختلف به اثبات می­رسانند و رجحان آن را  نسبت به پوشش­های قدیمی و مرسوم نمایان می­سازند. گرچه پلی­یورتان­های 100% جامد بیش از 3دهه قدمت دارند و در بزرگترین  ­شرکت­های نفت وگاز بعنوان سیستمی عالی جهت پوشش داخل و خارج خطوط لوله و سایر سازه­ها برگزیده شده اند، مصرف این محصولات در برخی کشورها اخیرا ًآغاز شده است.

1-2-   بررسی انواع گوناگون نانوکامپوزیت­های پلیمری مقاوم در برابر خوردگی

برای ساخت برخی نانوکامپوزیت ها پلیمری جهت پوشش محافظ می­توان از رزین اپوکسی، پلی آمید، پلی استایرن، نایلون، پلی آنیلین، پلی پیرول، پلی یورتان و پلی یوریا استفاده کرد.در این بین می توان از نانو ذرات آلی مانند سیلیکاژل، بنزوفنون­ها، اسیدآمینوبنزوئیک و نانو ذرات غیر آلی مانند خاک رس، زیرکوئیوم سیلیکا، کربن واکسید روی استفاده نمود [10].نانوذرات 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 [44].

1-2-1- نانو کامپوزیت پلی آنیلینخاک رس

برخی مواد نانوکامپوزیتی شامل پلی آنیلین پایه­ی زمردی وخاک رس مونت موریلونیت لایه ای به طور موثر با پراکنده سازی غیر آلی خاکرس مونت موریلونیت لایه ای در ماتریس پلی آنیلین آلی، با پلیمریزاسیون درجا آماده شد. مونومرهای آلی آنیلین ابتدا در مناطق بین دو لایه رس اورگانوفیلیک جا داده می­شوند، به دنبال آن،یک مرحله پلیمریزاسیون اکسایشی وجود دارد. مواد نانوکامپوزیتپلی آنیلین خاکرس لایه­ای سنتز شده، با طیف سنجی مادون قرمز، زاویه پراش پودر گسترده­ی اشعه ایکس و میکروسکوپ انتقال الکترونی مشخص شده­اند. نانوکامپوزیت­های پلی آنیلین خاک رس[4]،در قالب پوشش، با بار کم خاکرس (به عنوان مثال 75/0 درصد وزنی)  بر رو ی فولاد نورد سرد[5]در حفاظت در برابر خوردگی بیشتر از پلی آنیلین مرسوم، براساس یکسری از اندازه گیری­های الکتروشیمیایی پتانسیل خوردگی ومقاومت قطبش بسیار برتری یافت [45].در کاری دیگر، نانوکامپوزیت­های پلی آنیلین خاک رس مونتموریلونیت لایه­ای باموفقیت درحضور خاکرس آغشته به آمونیوم پرسولفات باروش اکسیداسیون شیمیایی انتصابی به دست آمد. مطالعات طیف سنجی مادون قرمز، حضورتعامل های شیمی فیزیکی، احتمالا پیوندهای هیدروژنی، بین خاک رس و پلی آنیلین را نشان می­دهد. یکی ازاصلی ترین کاربردهای پلیمرهای هادی، به خصوص پلی آنیلین، حفاظت در برابر خوردگی فلزات فعال می­باشد. بطورکلی، روش به کار برده شده برای محافظت از سطح فولاد در برابر خوردگی است [46].

1- 1-مروری بر کارهای گذشته……………………………………………………… 34

2-1- مروری اجمالی بر تاریخچه ی پوشش ها………………………………….. 34

2-2- پوششهای نوین خطوط لوله……………………………………………….. 35

2-3- بررسی انواع گوناگون نانوکامپوزیتهای پلیمری مقاوم در برابر خوردگی.. 35

2-3-1-  نانو کامپوزیت پلی آنیلینخاک رس……………………………………… 36

2-3-2-  نانو کامپوزیت پلی آنیلین اپوکسی خاک رس آلی………………….. 37

2-3-3-  نانوکامپوزیت پلی یورتان خاک رس…………………………………….. 37

2-3-4-  نانوکامپوزیت پلی پروپیلن خاک رس………………………………….. 38

2-3-5-  نانو کامپوزیت اپوکسی خاک رس…………………………………….. 38

2-3-6-   نانوکامپوزیت پلی پیرول خاک رس…………………………………… 39

2-3-7-  نانوکامپوزیت اپوکسی اکسید روی…………………………………… 39

2-3-8-  نانوکامپوزیت اپوکسی پلی آمیدی اکسید روی……………………… 40

2-3-9-  پوشش های نانوکامپوزیتی پلی یورتان/ نانوسیلیکا……………….. 40

تاثیر حضور نانوسیلیکا وتغییرات زاویه سرش وهیسترزیس

تاثیر حضور نانوسیلیکا وتغییرات زاویه سرش وهیسترزیس

فصل سوم

در سال 1849 از طریق کشف واکنش بین یک گروه هیدروکسیل و ایزوسیانات آلیفاتیک مونومر، شیمی پلی اورتان توسط wurtz عملا پی­ریزی گردید. دیری نپائید که واکنشی مشابه با ترکیبات حلقوی ایزوسیانات توسط A.W. Hofmann شناسائی شد. طی سالهای متمادی تحقیقات بسیاری بر روی ترکیبات حاوی گروه ایزوسیانات (NCO_) انجام پذیرفت تا بالاخره در سال 1935 برای اولین بار توسط O. Bayer شیمیدان آلمانی، فرایند ساخت ماکرومولکول­های مبتنی بر ترکیبات ایزوسیانات تهیه و به ثبت رسید [73].از زمان اختراع پلی یورتان توسط بایر و همکارانش تاکنون بنا به تنوع نیازهای مصرف کنندگان، گام های بزرگی در این بخش از مواد و محصولات برداشته شده است.این پیشرفت هم در زمینه مواد اولیه مصرفی شامل مواد اصلی و پایه و همچنین مواد افزودنی برای کنترل خواص مورد انتظار و سرعت واکنش ها بوده و هم در زمینه تجهیزات دستگاهی تولید محصولات می­باشد. پلی­یورتان­ها ترکیباتی هستند که در ساختار آنها پیوند یورتانی وجود دارد. پلی یورتان  (PU) نام عمومی پلیمرهایی است که دارای پیوند یورتانی می باشند [29].

پیوند یورتانی از طریق واکنش افزایشی بین یک گروه ایزوسیانات (-NCO) و یک ترکیب دارای هیدروژن فعال مثل گروه هیدروکسیل (OH) در پلی­ال تشکیل می­شود. گروه­های ایزوسیانات به شدت واکنش پذیر بوده و به همین علت پیشرفت واکنش آن­ها نیاز به افزایش دما ندارد. (واکنش در دمای محیط صورت می گیرد) مهم­ترین ویژگی این گروه از پلیمرها این است که پس از واکنش ساختاری پایدار بوجود می­آید. پلی­یورتان در اشکال مختلف مانند: فرآورده های فوم، فیلم، الاستومرها، پودرها، مایعات و امولوسیون­ها قابل تولید هستند [71].

پلی یورتان 100%جامد

پلی یورتان یک پلاستیک ترموست، با خواص متنوع است که برای اولین بار توسط Otto Bayer  در اواخر 1930 جهت مصارف نظامی تولید گردید. این پلیمر از واکنش یک ایزوسیانات و یک پلی ال منتج می شود. امروزه پلی­یورتان­های مختلف جهت مصارف گوناگون تولید می­شوند. که با توجه به نوع وشکل آن در مصارفی چون ساخت عایق کاری فریزر وسقف ،ساخت کفی کفش ،ساخت داشبورد و گلگیر وتایر ،پوشش پل­ها وکف مخازن ،آب بندی و درزبندی درزهای انبساط و… به وفور استفاده می گردند. اصطلاح 100% جامد بدین معنی است که در سیستم پوشش هیچگونه حلالی بکار نرفته است و رزینی که بصورت طبیعی به حالت مایع است پس از اعمال وکیورینگ بصورت فیلم خشک در می­آید. لذا ضخامت فیلم تر و فیلم خشک پوشش یکسان خواهد بود. ویسکوزیته سیستم پوشش با انتخاب نوع رزین­ها و نه با افزودن حلال تنظیم می­شود. لازم به ذکر است گاهی سیستم­های حاوی مقدار ناچیز حلال (حدود 5%) که بعنوان حامل پیگمنت و کاتالیست محسوب می­شوند. نیز جزء سیستم­های100%جامد طبقه بندی می­گردند [73].مواد اولیه موجود در این سیستم­ها دقیقا مانند سیستم­های  پلی­یورتان دوجزئی دارای حلال است با این تفاوت که در این پوشش­ها می­توان برای افزایش بهره­ی اقتصادی و همچنین رسیدن به ضخامت­های بالا و بهبود پایداری مکانیکی از مقادیری پرکننده استفاده کرد.مکانیسم خشک شدن این پوشش­ها مشابه نوع حلالی آن­هاست با این تفاوت که در این پوشش­ها پرش حلال وجود ندارد. سرعت واکنش بین پلی ال و ایزوسیانات بعد از مخلوط کردن اجزا تحت تاثیر  واکنش پذیری گروه های فعال و دما است .

واکنش پذیری نسبتا زیاد موجب می­شود که در دماهای پایین کیورینگ سریع صورت گیرد. از طرف دیگر اعمال این پوشش­ها به تکنولوژی خاصی نیاز دارد. زیرا به علت ویسکوزیته بالا وفرصت کاربری کوتاه معمولا نمی­توان از تکنیک اسپری معمولی استفاده کرد. پخت نهایی این پوشش­ها معمولا 4-6 روز به طول می­انجامد. میزان چروک شدن[1] آن­ها ناچیز است و چسبندگی آن­ها برای بسیاری از زیرآیندها مناسب است. سیستم­های پلی یورتانی حلال چقرمگی بالایی دارند و در عین داشتن سختی بالا رفتار الاستیک از خود نشان می­دهند. همچنین این پوشش­ها مقاومت بسیار بالایی در مقابل محلول­های نمکی، اسیدی و قلیایی ضعیف دارند، اما در برابر حلال­های خوردنده ومحلول­های غلیظ قلیایی مقاومت ضعیف­تری نسبت به اپوکسی­ها نشان می­دهند. این پوشش­ها به عنوان یکی از جدیدترین ومقاوم­ترین پوشش­های ضدخوردگی جهت سطوح فولادی مطرح هستند. از این پوشش­ها برای محافظت خطوط لوله، سکوهای دریایی، بدنه کشتی­ها و همچنین حفاظت سطوح بتنی استفاده می­شود [72].

پلی­یورتان­های 100% جامد براساس نوع ایزوسیانات مصرفی می­توانند به انواع زیر تقسیم شوند:

-آروماتیک :کارایی عالی، مقاومت خوردگی و فیزیکی عالی، قیمت مناسب، مقاومت مکانیکی عالی، بروز تغییر رنگ سطحی در معرض اشعه UV

-آلیفاتیک: دوام رنگی عالی، دوام براقیت عالی، قیمت گران

خواص پلی یورتان 100% جامد می­تواند از نرم لاستیکی و الاستومری، تا سخت و سرامیکی متغیر باشد. هرچه سیستم سخت­[2]ترباشد شبکه­[3]ای تر بوده وسیستم متراکم با مقاومت شیمیایی و رطوبتی بهتری را عرضه می­نماید. در اینگونه سیستم­ها چسبندگی که مهمترین عامل در حفاظت فلزات در برابر خوردگی است، بسیار مطلوب است. از سوی دیگر، الاستومرها ساختار خطی­تری داشته و میزان شبکه­ای شدن در آن­ها به مراتب کمتر است که همین موضوع آن­ها را الاستیک و کشسان می­نماید. در اینگونه سیستم­ها مقاومت در برابر ضربه بسیار خوب بوده انعطاف­پذیری بالا و چسبندگی نسبتا ضعیف­تر است [72].نفوذ پذیری آب و مواد شیمیایی به آن­ها بیشتر می­باشد .کلا جهت محافظت سطوح متمایل به حرکت وخمش (مانند بتن ) و یا سطوح در معرض ضربات و بار گذاری سنگین ایده­آل هستند. مقاومت شیمیایی و خوردگی الاستومرها با افزایش ضخامت اعمال (بالای mm1/5) بهبود می یابد. از سال­های نخستی که پلی یورتان­ها به بازار خط لوله معرفی شدند، اکثر مهندسین ومتخصصین قابلیت پلی­یورتان­ها را در ظهور بعنوان پوشش مناسب درز جوش­ها و همچنین خط لوله تشخیص دادند. از آنجا­یی که امروزه انواع پوشش­های پلی­یورتان با ساختار و خواص مختلف در دسترس هستند، تن­ها پلی­یورتان دو جزئی مایع 100%جامد (با حالت فیزیکی مایع ) مطابق با ASTM D16 Type7 بر پایه­ی پلی­ایزوسیانات وپلی­ال جهت پوشش خط­لوله تعریف می­شود. دلایل بسیاری در جلب توجه صنعت خط لوله نسبت به پلی یورتان­های 100% جامد وجود دارد:

-کاربری عالی و ایمنی بالایی دارند. نسبت به سایر پوشش­های ضدخوردگی سازگار با محیط زیست هستند. فاقد حلال ، VOC ، استایرن، آمین، تار و سایر مواد سرطانزا هستند.

-بسیار سریع خشک می­شوند. انجام تست هالیدی و دفن لوله در عرض چند ساعت امکان­پذیر خواهد بود.

-برخلاف اکثر پوشش­ها قابلیت کیورینگ در دمای پایین را دارند و در بعضی گریدها حتی می­توان پوشش را با اطمینان از حفظ خواص در 40- درجه­ی سیلسیوس اعمال نمود.

-در طی پروسه اعمال، الزامی به حرارت­دهی و پیش گرم نمودن لوله نیست.

-پوشش با هر ضخامتی و بر لوله­های با قطر و طول متفاوت قابل اعمال است.

-امکان استفاده از این پوشش در سرجوش­ها واتصالات نیز وجود دارد. این مهم یکپارچگی سیستم پوشش را تامین می­نماید.در دو دهه گذشته استفاده از پوشش­های پلی­یورتان 100% جامد جهت محافظت از هر سه لوله فلزی، چدنی و بتنی در برابر  خوردگی توسعه یافته است.پوشش­های پلی­یورتان 100% جامد جهت مصارف داخلی وخارجی قابل استفاده هستند. این پوشش­ها بعنوان یکی از انتخاب­های ارجح در صنعت پوشش لوله در آمریکا پذیرفته شده اند. پیش بینی می­شود. در چند سال آینده کلیه سیستم­های نوارپیچی به­سمت پوشش­های پلی­یورتان 100%جامد سوق نمایند. نظر به مزایای فوق العاده PUR (پلی­یورتان ) و PUA(پلی­یوریا) نسبت به سایر سیستم­های پوشش، اکثر مصرف­کنندگان در اقصی نقاط جهان در حال تغییر موضع و رویکرد مثبت نسبت به پوشش­های نوین هستند [73].

موارد استفاده از پوشش­های پلی­یورتان 100% جامد

پوشش داخلی و خارجی خطوط لوله، مخازن، شیر آلات و اتصالات مدفون ، تعمیر لوله­های قدیمی، پروژه­های حفاری افقی ، پوشش سرجوش­ها در خطوط لوله، پوشش سکوهای حفاری ساحلی ، پوشش پایل­ها در نواحی ساحلی ، لاینینگ داخلی سیستم­های آب دریا ، تصفیه خانه  های آب و فاضلاب ، پوشش لوله­ها واتصالات چدنی ، پوشش سازه­های در معرض مواد شیمیایی خورنده .

3-1- مواد. ……………………………………………………………………………45

3-1-1-  پلی یورتان…………………………………………………………………. 45

3-1-2-  ایزوسیانات ها……………………………………………………………… 49

3-1-3-  پلی ال ها………………………………………………………………… 50

3-1-4-  نانوسیلیکا ………………………………………………………………….52

3-1-5-  فولادهای کربنی…………………………………………………………. 53

3-2- روش…………………………………………………………………………. 55

3-2-1-  روش محاسبات ترکیب درصدها ………………………………………..55.

3-2-2-  آماده سازی سطوح فولادی جهت اعمال پوشش………………….. 56

3-2-3-  روش های آماده سازی پوشش ها و فیلم ها……………………….. 57

3-2-4-  عملیات پخت و زمان ژل شدن…………………………………………. 58

3-2-5-  تعیین زمان ژل شدن نانوکامپوزیت پلیمری پلییورتان/سیلیکای اصلاح شده…………………………………………………………… 59

3-2-6-   تعیین تغییرات دمایی واکنش پلیمریزاسیون نمونهها…………….. 59

3-2-7-  بررسی خاصیت چسبندگی به سطح.. …………………………….60

3-2-8-  آزمون مقاومت در برابر جذب آب……………………………………… 63

3-2-9-  آزمون تاخیر در آتش سوزی و نحوه سوختن………………………. 64

دستگاه تعیین کننده زمان ژل شدن

دستگاه تعیین کننده زمان ژل شدن

فصل چهارم

با توجه به اینکه فاز پلی­ال مورد استفاده واقع شده دارای ویسکوزیته نسبتا بالایست و طبق تصاویر TEM  شکل 4-1 ، مشاهده می­شود که میزان توزیع و امتزاج پذیری در پیش پلیمر(فاز پلی­ال)  تا غلظت 7/0 درصد وزنی کل نانوکامپوزیت، بسیار مطلوب بوده و در غلظت یک درصد وزنی تجمع نانوذرات دیده می­شود که خود موجب افت برخی از خواص مکانیکی و فیزیکی و شیمیایی نانوکامپوزیت می­گردد،  و از سوی دیگر گرانروی بسیار زیاد پلیمر حاوی نانوسیلیکای بالای یک درصد وزنی، کار با پلیمر جهت پوشش­دهی را بسیار دشوار می­سازد و حتی در موارد بالای 5/2  درصد وزنی غیر ممکن می­سازد. همانطور که در فصول قبل ذکر گردید توزیع پذیری نانوسیلیکای اصلاح شده هیدروفوبیک در فاز پلی­ال بهتر صورت می­گیرد [1] که طبق تصاویر نیز این موضوع مشهود است. همچنین این نانوذره تقابل بهتری با ماتریس پلی­یورتان دارد، و نانوذرات به خوبی می­توانند در پوشش پلی­یورتان پخش شوند. در مقابل نانوذرات سیلیکای اصلاح نشده­ی هیدروفیلیک به­راحتی از طریق پیوندهای هیدروژنی تجمع می­یابند و یک شبکه­ای از طریق زنجیره­ی پلیمری شکل می دهند.تجمع ممکن است پلیمر مایع را در فضاهای خالی مابین ذرات مسدود کند و ویسکوزیته­ی بالاتری را ایجاد نماید [66]. نانوسیلیکا در صنایع رنگ نیز به عنوان یک پرکننده­ با پایداری زیاد و مطلوب توزیع پذیری درون پلیمر و عدم سر نشین و ته­نشینی بکار می­رود.

4-   جداول، نمودارها، داده های حاصله و تحلیل… ………………………..72

4-1- بررسی نحوهی توزیع پذیری نانوذرات در پیش پلیمر……………….. 72

4-2- نتایج و تحلیل تغییرات دمایی فرایند پلیمریزاسیون…………………. 74

4-3- نتایج و تصاویر بررسی خاصیت آب گریزی پوشش…………………. 77

4-4- نتایج، بررسی و تحلیل خاصیت کشسانی…………………………. 79

4-5- نتایج، بررسی و تحلیل چسبندگی به سطح……………………… 81

4-6-  نتایج، بررسی و تحلیل آزمون تورم فیلمهای غوطهور در آب……. 85

4-7- نتایج، بررسی و تحلیل آزمون سایش مکانیکی………………… 88

4-8- نتایج، بررسی و تحلیل نحوه سوختن…………………………… 90

سطوح آماده شده جهت اعمال پوشش

سطوح آماده شده جهت اعمال پوشش

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم

5-   نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………………… 94

5-1- نتیجه گیری…………………………………………………………. 94

5-2- پیشنهادات…………………………………………………………. 96

فهرست منابع……………………………………………………………100

طبقه بندی اقلیمی استان مازندران

طبقه بندی اقلیمی استان مازندران



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان