وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
دانشگاه علوم و فنون مازندران
پایان نامه
مقطع کارشناسی ارشد
رشته: مهندسی شیمی

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

استاد راهنما: محمد رضا امیدخواه نسرین
استاد مشاور: پریسا اقبال جهرمی
دانشجو: وحید احمدنیای مطلق
پاییز 1392مقدمات
تقدیم به پدر عزیز و مادر مهربانم
آموختههایم را تقدیم میکنم به آنان که مهر آسمانیشان ، آرام بخش آلام زمینیام است
به استوارترین تکیه گاهم، دستان پرمهر پدرم
به سبزترین نگاه زندگیام، چشمان پرمهر مادرم
که هر چه آموختهام در مکتب عشق شما آموختهام و هر چه که بکوشم قطرهای از دریای بیکران مهربانیتان را سپاس نتوانم بگویم
ره آوردی گران سنگتراز این نداشتم تا به خاک پایتان نثار کنم،
باشد که حاصل تلاشم، نسیم گونه غبار خستگیتان را بزداید.
بوسه بر دستان پر مهرتان
سپاسگزاري
پروردگار منان را شاکرم که همواره در زندگی لحظه‌ای مرا از عنايات لايزال خود محروم نساخته و تنها ياريگر و پشتيبان واقعی من بوده است.
از پدر و مادر عزيزتر از جانم كه فداكاری، صبر و همراهی مشفقانه‌ آنها از ابتدای عمر همراهم بوده و هر آنچه از نيکی در من است در سايه لطف و آرامشی است که برايم مهيا ساخته‌اند کمال امتنان را دارم.
بر خود لازم میدانم از استاد گرانقدرم، جناب آقای دکتر محمدرضا امیدخواه نسرین، که در طول اين پروژه همواره اينجانب را دلسوزانه راهنمايی کردهاند و کاستیها و کمبودهای این پایان نامه را با صبر و تحمل خاص خودشان گوشزد نمودهاند، صميمانه سپاسگزاری نمايم.
همچنين از خانم دکتر پریسا اقبال جهرمی، استاد مشاور ارجمندم، تشکر و قدردانی مینمايم، و در آخر از همکاری اعضای شرکتهای پلیگام، پوششهای صنعتی دریایی شهرک صنعتی بشل و پیشگامان نانو مواد ایران، و همچنین از مسئولین آزمایشگاههای دانشگاه علوم و فنون مازندران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی جهت به انجام رسیدن این پروژه متشکرم.
چكيده

پلی یورتان سخت1 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 / نانوذرات سیلیکای اصلاح شدهی 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.

فهرست مطالب
1-1-خوردگی3
1-1-1-مقدمه ای بر خوردگی3
1-1-2-تعریف خوردگی4
1-1-3-اهمیت پدیدهی خوردگی (بررسی کلی)4
1-1-4-آسیب‌شناسی صنعت از دیدگاه خوردگی6
1-2-ویژگی آب و هوایی و اقلیمی استان7
1-2-1-آب و هوا7
1-2-2-توده هواهاي موثر بر آب و هواي مازندران8
1-2-3-طبقه بندی اقلیمی استان9
1-2-4-ضرورت انجام پروژه در استان مازندران10
1-3-انواع موقعیت های مکانی خطوط انتقال گاز11
1-3-1-اتمسفر11
1-3-2-غوطه ور11
1-3-3-زیر زمین (مدفون)12
1-4-پوششها13
1-4-1-انتخاب مواد مناسب14
1-4-2-طراحی مناسب15
1-4-3-مشخصات ضروري پوشش17
1-4-4-نقش پوشش17
1-4-5-سندبلاست17
1-5-نانوذرات و خواص آن ها20
1-5-1-روش های تولید نانو ذرات22
1-5-2-چگونگی بررسی ویژگیهای نانو ذرات24
1-6-نانوکامپوزیت ها25
1-6-1-معرفی و چگونگی پیدایش نانوکامپوزیت ها25
1-6-2-بهتر شدن خواص مکانيکي28
1-6-3-بهتر شدن خواص فيزيکي28
1-6-4-بهتر شدن خواص شیمیایی29
1-6-5-طبقه بندي نانوکامپوزیت ها و انواع آن29
1-6-6-روش های ساخت نانو کامپوزیتها31
1-6-7-کاربرد نانوکامپوزیت ها در پوششدهی33
2-مروری بر کارهای گذشته35
2-1-مروری اجمالی بر تاریخچه ی پوشش ها35
2-2-پوششهای نوین خطوط لوله36
2-3-بررسی انواع گوناگون نانوکامپوزیتهای پلیمری مقاوم در برابر خوردگی37
2-3-1-نانو کامپوزیت پلی آنیلینخاک رس37
2-3-2-نانو کامپوزیت پلی آنیلین اپوکسی خاک رس آلی38
2-3-3-نانوکامپوزیت پلی یورتان خاك رس38
2-3-4-نانوکامپوزیت پلی پروپیلن خاک رس39
2-3-5-نانو کامپوزیت اپوكسي خاک رس39
2-3-6-نانوکامپوزیت پلی پیرول خاک رس40
2-3-7-نانوکامپوزیت اپوکسی اکسید روی40
2-3-8-نانوکامپوزیت اپوکسی پلی آمیدی اکسید روی41
2-3-9-پوشش های نانوکامپوزیتی پلی یورتان/ نانوسیلیکا41
3-فصل سوم46
3-1-مواد46
3-1-1-پلی یورتان46
3-1-2-ایزوسیانات ها50
3-1-3-پلی ال ها51
3-1-4-نانوسیلیکا53
3-1-5-فولادهاي كربني55
3-2-روش56
3-2-1-روش محاسبات ترکیب درصدها56
3-2-2-آماده سازی سطوح فولادی جهت اعمال پوشش58
3-2-3-روش های آماده سازی پوشش ها و فیلم ها59
3-2-4-عملیات پخت و زمان ژل شدن59
3-2-5-تعیین زمان ژل شدن نانوکامپوزیت پلیمری پلییورتان/سیلیکای اصلاح شده60
3-2-6-تعیین تغییرات دمایی واکنش پلیمریزاسیون نمونهها61
3-2-7-بررسی خاصیت چسبندگی به سطح61
3-2-8-آزمون مقاومت در برابر جذب آب65
3-2-9-آزمون تاخیر در آتش سوزی و نحوه سوختن66
3-2-10-بررسی خاصیت آب گریزی67
3-2-11-بررسی خاصیت الاستیک67
3-2-12-آزمون سایش مکانیکی68
3-2-13-طيف‌سنجي مادون قرمز به روش FTIR69
4-جداول، نمودارها، داده های حاصله و تحلیل74
4-1-بررسی نحوهی توزیع پذیری نانوذرات در پیش پلیمر74
4-2-نتایج و تحلیل تغییرات دمایی فرایند پلیمریزاسیون76
4-3-نتایج و تصاویر بررسی خاصیت آب گریزی پوشش79
4-4-نتایج، بررسی و تحلیل خاصیت کشسانی81
4-5-نتایج، بررسی و تحلیل چسبندگی به سطح84
4-6-نتایج، بررسی و تحلیل آزمون تورم فیلمهای غوطهور در آب87
4-7-نتایج، بررسی و تحلیل آزمون سایش مکانیکی90
4-8-نتایج، بررسی و تحلیل نحوه سوختن92
5-نتیجه گیری و پیشنهادات96
5-1-نتیجه گیری96
5-2-پیشنهادات98
فهرست منابع100
فهرست شکلها
شکل 1-1 نقشه استان مازندران.7
شکل 1-2 طبقه بندی اقلیمی استان مازندران.10
شکل 1-3 سطوح سند بلاست شده20
شکل 1-4 انواع تقویت کننده ها27
شکل 2-1 ساختار دو قسمتی پلی یورتان.42
شکل 3-1 نمودار شاخه ای اجزاء تشکیل دهنده پلی یورتان.50
شکل 3-2 تصویر و مشخصات دستگاه TEM.58
شکل 3-3 سطوح آماده شده جهت اعمال پوشش.58
شکل 3-4 دستگاه تعیین کننده زمان ژل شدن.61
شکل 3-5 وسایل و سطوح پوششی در آزمون چسبندگی به سطح.65
شکل3-6 فیلم ها و دستگاه آزمون خاصیت کشسانی.68
شکل 3-7 دستگاه آزمون سایش مکانیکی.69
شکل 4-1 تصاویر TEM.75
شکل 4-2 نمودار زمان ژل شدن.76
شکل 4-3 نمودار کلی تغییرات دما بر حسب زمان فرایندپلیمریزاسیون.77
شکل 4-4 نمودار طیف FTIR.78
شکل 4-5 زاویه سرش.79
شکل 4-6 سطوح هیدروفوب و هیدروفیل80
شکل 4-7 نمودار کلی خاصیت الاستیک.82
شکل 4-8 نمودار تغییرات میزان چسبندگی به سطح، ضخامت های T1 و T2 .85
شکل 4-9 نمودار تغییرات جرم فیلم های غوطه ور در آب.88
شکل 4-10 نمودار میزان جرم های از دست رفته در آزمون سایش مکانیکی.90
شکل 4-11 تصاویر نحوه سوختن فیلم.93

فهرست جدولها
جدول ‏31 مشخصات اجزاء تشکیل دهنده پلی یورتان سخت.53
جدول ‏32 مشخصات مربوط به دستگاه سایش مکانیکی.69
جدول ‏3-3 محاسبات ماده محدود کننده و پلیال71
جدول ‏3-4 محاسبات ترکیب پلی یورتان خالص71
جدول ‏3-5 محاسبات ترکییب نانوکامپوزیت 4/0 % وزنی71
جدول ‏3-6 محاسبات ترکییب نانوکامپوزیت 7/0 % وزنی.71
جدول ‏3-7 محاسبات ترکییب نانوکامپوزیت 1 % وزنی.72
جدول ‏3-8 محاسبات ترکییب نانوکامپوزیت 5/2 % وزنی72
جدول 3-9 محاسبات ترکییب نانوکامپوزیت 4 % وزنی.72
جدول ‏4-1 نتایج زمان ژل شدن76
جدول ‏4-2 نتایج خاصیت الاستیک، ضخامت1 T81
جدول ‏4-3 نتایج خاصیت الاستیک، ضخامت T282
جدول ‏4-4 نتایج آزمون چسبندگی به سطح روش Pull off84
جدول ‏4-5 برسی میزان چسبندگی به سطح از روش برش X85
جدول ‏4-6 نتایج تورم فیلم های غوطه ور در آب88و87
جدول ‏4-7 نتایج آزمون سایش مکانیکی 90
جدول ‏4-8 نتایج حاصل از نحوه سوختن92
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. شركت ملی گاز ايران دارای حدود 16 هزار كيلومتر خط لوله انتقال گاز میباشد كه از اين مقدار حدود 5 هزار كيلومتر آن با پوشش سه لايه پلیاتيلن و بقيه كه حدود 11 هزار كيلومتر میباشد دارای ساير انواع پوشش (قير پايه نفتی ، قير زغال سنگی، نوار) است . علاوه بر اين پوششها سيستم حفاظت كاتديك 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.

فصل اول

1-1- خوردگی2
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 بين رفتن فلزات بواسطه فعل وانفعالات شيمايی و الكتروشيميايی خوردگی ناميده می‌شود كه ساليانه خسارات مالی چشمگيری را متوجه صنايع می‌نمايد. 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 هاي 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 يا آلياژهای مربوطه كه نهايتا شامل اكسيد فريك آبدار خواهد بود، زنگ‌زدگی نام دارد و بنابراين واضح است كه فلزات غيرآهنی دچارخوردگی می‌شوند ولی دچار زنگزدگی نخواهد شد. برای جلوگيری از حركت تمايلی زنگ زدگی فلزات، لازم است ابتدا اين حركت را بطور علمی مطالعه و بررسی نموده و سپس وسائل اندازه گيری ميزان خوردگی و محاسبه آن را مورد مطالعه قرار دهيم [9].
1-1-3- اهمیت پدیدهی خوردگی (بررسی کلی)
يكی از مهمترين عوامل تخريب تجهيزات صنعتی و به ویژه خطوط انتقال نفت و گاز، پديدهی خوردگی است كه به عنوان يكي از زيانبارترين آفت‌هاي صنايع مطرح می‌گردد. اين زيان‌ها به حدی اهميت دارد كه تحقيق در حوزه‌های مربوط به فناوری‌های كنترل خوردگی، بخش عظيمی از پژوهش‌ها و تحقيقات كشورهاي پيشرفته را به خود اختصاص داده است. اين مطالعات به تدوين استراتژی‌ها، قوانين، آييننامهها و روشهای مؤثری در زمينه پيشگيری و رفع اثرات خوردگی منجر شده كه تحت عنوان “مديريت خوردگی” مورد مطالعه قرار مي‌گيرند. در كشور ما نيز به دليل جايگيری صنايع نفت، گاز و پتروشيمی، در مناطق مستعد پديده خوردگی, بررسی اين پديده و مديريت آن، از اهميت فوق‌العاده‌ای برخوردار می‌باشد [60].
پيشگويی آهنگ خرابی تجهيزات در اثر خوردگي و تخمين هزينه‌های آن عنصری نامعين است كه میتوان با استفاده از سيسستم‌های مديريت خوردگی تا حدودی آن را كنترل نمود. مديريت خوردگی با هدف صيانت از سرمايه، مسئوليت كنترل خوردگی و روش‌هاي پايش و حفاظت تاسيسات در تمامی جنبه‌ها را جهت پايداری و پويايی به‌عهده دارد و همواره از ابزار و روش‌هاي پيشرفته در رسيدن به اين مقصود بهره می‌گيرد. به‌وسيلهی مديريت خوردگی، فرآيند‌ خوردگی از ابتدای مرحله طراحی تاسيسات تا هنگام سرويس‌دهی آنها به صورت فعال مديريت می‌گردد. به عنوان مثال يك مهندس طراح، از طريق اين مديريت از اطلاعات لازم در زمينهی خوردگی برخوردار می‌گردد تا سازه‌هايی را با عمر مفيد و طولانی طراحی نمايد يا با استفاده از اطلاعات به‌دست آمده از خوردگی‌های رخ‌داده در طراحی‌های پيشين، مراحل بعدی كار را اصلاح كند. مديريت خوردگی به ارائه استراتژی‌های پيش‌گيرانه و برداشتن گام‌های راهبردی در دو حوزهی فنی و غيرفنی می‌پردازد [39]. سر فصلهايی كه در حوزه‌های غير فنی به عنوان استراتژی‌های پيش‌گيرانه دنبال میشود به شرح زير می‌باشد:
1- افزايش آگاهی از هزينه‌های هنگفت‌ خوردگی و صرفه‌جويی در اين هزينه‌ها موجب به‌كارگيری صحيح فناوريی‌های موجود و كاهش هزينه‌ها می‌گردد. از اينرو، بسياری از مشكلات خوردگی در نتيجهی فقدان آگاهی از مديريت خوردگی و مسئوليت‌پذيری اشخاص در تبادل عمليات، بازرسی، تعمير و نگهداشت سيستم مهندسی می‌باشد.
2- تغيير خط مشی‌ها، آيين‌نامه‌ها، استانداردها و شيوه‌های مديريتی جهت كاهش هزينه‌های خوردگی به واسطه مديريت صحيح خوردگی كه به كنترل مؤثر آن می‌انجامد و باعث اجرای ايمن‌تر و قابل اعتما‌دتر عمليات و افزايش عمر مفيد تاسيسات و تجهيزات می‌شود.
3- اصلاح و تعميم آموزش كاركنان جهت معرفی و بازشناسی كنترل خوردگی كه مستلزم وارد نمودن واحدهای درسی پيشگيری و كنترل خوردگی در برنامه‌های تحصيلی و مديريتی می‌باشد.
4- تغيير و اصلاح كژانديشی و باور غلط تسليم‌پذيری در مقابل خوردگی و اتخاذ تصميم‌های جديد در راستای جلوگيری از اين پديده.
همچنين استراتژی‌های پيش‌گيرانه در حوزه‌های فنی نيز از اهميت بالايی برخوردار می‌باشند، برخی از اين استراتژی‌ها بدين ترتيب می‌باشد:
1- ارتقای روش‌های طراحی و استفاده از روش‌های طراحی پيشرفته به منظور مديريت بهتر خوردگی كه مانع از بروز هزينه‌های خوردگی قابل اجتناب می‌گردد. براي تحقق اين راهبرد لازم است روش‌های طراحی تغيير كند و بهترين فناوری‌های خوردگی در دسترس طراحان قرار گيرد. ميزان عملكرد خوردگی نيز در معيار طراحی وارد شده و هزينه طول عمر تجهيزات تجزيه و تحليل ‌گردد.
2- ارتقای روش‌های پيش‌بينی عمر تجهيزات و ارزيابی عملكرد آنها از طريق آشنايی با فناوری‌های خوردگی جديد.
3- بهبود فناوری‌های خوردگی‌ از طريق تحقيق و توسعه.
می‌توان با استفاده از مديريت خوردگی و بهكارگيری روش‌های علمی و دستاوردهای جديد تكنولوژی، خوردگی را در بسياری از صنايع كشور كنترل نمود. اين امر مستلزم ايجاد آگاهی و عزم جدی برای پيش‌گيری و كنترل خوردگی در ميان مديران و كارشناسان می‌باشد.
با توجه به گستردگی و شرايط خاص جغرافيايی منطقه‌ای كه بخش اعظم تاسيسات نفت و گاز كشور در آن قرار دارد، مسئله خوردگی در صنعت نفت و گاز ايران از اهميت خاصی برخوردار می‌باشد. اعمال درست و دقيق مديريت خوردگی و استفاده از تكنولوژیهای جديد در اين حوزه می‌تواند از بروز سالانه ميليون‌ها دلار خسارت به اين مراكز جلوگيری كند. اهميت مسئله خوردگی در صنعت نفت جنبه ديگری نيز دارد؛ تاسيسات نفتی، گاز و پتروشيميايی كشور در حال توسعه است و لحاظ قواعد مديريت خوردگی در طراحی و ساخت كارخانجات و تجهيزات مورد استفاده می‌تواند از بروز خسارات هنگفتی در آينده جلوگيری كند. 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].
1-1-4- 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].
1-2- ویژگی آب و هوایی و اقلیمی استان
استان مازندران با مساحتی بالغ بر 4/23756 کیلومتر مربع که 46/1 درصد مساحت كل كشور را شامل میشود. این استان بین 35 درجه و 47 دقیقه تا 38 درجه و 5 دقیقه عرض شمالی و 50 درجه و 32 دقیقه تا 56 درجه و 14 دقیقه طول شرقی از نصف النهار گرینویچ قرار گرفته است . حد شمالی آن دریای مازندران )دریای خزر(، حد جنوبی آن استان تهران و استان سمنان حد غربی آن استان گیلان و حد شرقی آن استان گلستان میباشد [17]. متوسط بارش سالانه استان درحدود 580 میلیمتر میباشد [16].

شکل 1-1 نقشهی استان مازندران[64]
1-2-1- آب و هوا
آب و هوای مازندران با توجه به وجود دریا، كوه و جنگل به دو نوع معتدل مرطوب و كوهستانی تقسیم میشود [17].

الف : آب و هوای معتدل خزری: این نوع اقلیم جلگه های غربی و مركزی استان تا كوهپایههای شمالی البرز را شامل میشود. در این نواحی به دلیل كمی فاصلهی كوهستان و دریا رطوبت تجمع مییابد كه بعنوان پیامد آن میتوان بارشهای قابل ملاحظه و دمای معتدل را ذكر كرد. میانگین بارندگی سالیانه در نوار ساحلی استان برابر با 877 میلیمتر است. توزیع مكانی آن از غرب به شرق با كاهش همراه است در حالیكه توزیع زمانی آن وضعیتی كما بیش منظم دارد (حداكثر بارندگی در پائیز و حداقل آن در بهار اتفاق مي افتد(. در بررسی پارامتر درجه حرارت نیز مشاهده مي شود كه به دلیل رطوبت نسبی بالا و زیاد بودن تعداد روزهای پوشیده از ابر، دمای هوا معتدل و دامنه دمایی محدود میباشد كه این وضعیت منجر به تابستانهای گرم و مرطوب و زمستانهای معتدل میشود.
ب: آب وهوای کوهستانی:
1- آب و هوای معتدل كوهستانی: با افزایش تدریجی ارتفاع از اراضی جلگه ای به سوی دامنههای شمالی ارتفاعات البرز و فاصله از دریا، تغییرات خاصی در آب و هوای استان پدیدار میگردد. در نوار ارتفاعی 1555 تا 3555 متر، شرایط آب و هوایی كوهستانی حاكم است كه از ویژگیهای آن میتوان كاهش میزان بارندگی سالیانه وهمچنین كاهش متوسط درجه حرارت ماهانه را ذكر كرد. علاوه بر آن زمستانهای سرد همراه با یخبندانهای طولانی وتابستانهای كوتاه نیز از دیگر مشخصات این اقلیم است .

2- آب و هوای سرد كوهستانی: در نوار ارتفاعی بالاتر از 3000 متر كه شامل قلل كوهستانهای دامنه شمالی البرز میشود، دمای هوا به شدت كاهش یافته و یخبندانهای طولانی ایجاد میشود . در این مناطق ریزشها غالبا به صورت برف است، كه در دوره طولانی سرد سال روی هم انباشته شده و تا اواسط دوره كوتاه گرم سال نیز دوام دارند. در همین مناطق و در قله كوههای دماوند ، علم كوه و تخته سلیمان شرایط ایجاد یخچالهای كوهستانی و انباشت دائمی برف فراهم شده است [16].
1-2-2- توده هواهاي موثر بر آب و هواي مازندران
موقعیت جغرافیایی ویژه استان مازندران بعنوان یكی از استانهای ساحلی دریای خزر سبب شده است كه در طول سال از اثرات آب وهوایی همسایگانی چون سرزمین پهناور سیبری ، دریای مدیترانه و دریای خزر و فلات مركزی ایران بهره مند شود .در طول فصول مختلف سال تودههای هوای متعددی وارد استان میشوند كه عمدهترین آنها به قرار زیر میباشد :
دورهی سرد سال
1- توده هوای قطبی قارهای : كه ورود آن به استان از طریق گسترش زبانه سیستم پرفشار سیبری بر روی شمال شرق كشور میباشد. این توده هوا سرد و خشك بوده و با عبور از روی دریای خزر ضمن جذب رطوبت وگرما ناپایدار گشته و سبب بارشهای قابل توجه بویژه در فصل پاییز (به دلیل اختلاف زیاد دمای آب با دمای هوا) در استان میشود. شدت این بارندگی بدلیل طولانی بودن مسیر حركت تودهی هوا بر روی دریا در غرب استان بیشتر از سایر قسمتهای استان میباشد .
2- تودهی هوای قطبی دریایی تعدیل یافته : با منشا اقیانوس اطلس كه بعد عبوراز روی جنوب اروپای شرقی از طریق دریای سیاه به شرق دریای مدیترانه وارد و سپس ازطریق تركیه از سمت شمال غرب وارد ایران میشود .
3- تودهی هوای آركتیكی قارهای : با منشا اسكاندیناوی كه بعد از عبور از روی اروپا و از دست دادن رطوبت مجددا از دریای سیاه كسب رطوبت كرده واز طریق تركیه وارد نوار شمالی كشور میشود .
دورهی گرم سال
تودهی هوای حارهای دریایی تعدیل یافته با منشا آزورس(جزیره آزورس در اقیانوس اطلس) كه بعد از عبور از روی دریای مدیترانه و جنوب اروپا ، به شمال كشور وارد میشود و گاهی نیز از طریق شمال آفریقا وعربستان ، نواحی جنوب و مركز ایران را مورد تهاجم قرار میدهد و به شمال نیز نفوذ میكند. جبهههای حاصل از این توده هوا هنگام رسیدن به دریای خزر از این دریا رطوبت كسب كرده و سبب بارندگی در سواحل جنوبی آن میشوند. بعلاوه در اوج روزهای گرم هنگامی كه جت استریم جنب حاره به شمال دریای خزر نقل مكان میكند تودهی هوای حارهای قارهای كه در مركز ایران تشكیل میشود و بسیار گرم و خشك میباشد شمال كشور را نیزتحت تاثیر قرار میدهد [17].
1-2-3- طبقه بندی اقلیمی استان
بر اساس طبقه بندی اقلیمی، نوع اقالیم موجود در استان مازندران به شرح زیر مشخص میشود:
الف: 1.3 درصد از سطح استان دارای اقلیم نیمه خشک فراسرد و سرد میباشد .
ب: 3.2 درصد از سطح استان دارای اقلیم مدیترانه ای فراسرد تا مدیترانه ای معتدل میباشد.
ج: 17.5 درصد از سطح استان دارای اقلیم نیمه مرطوب فراسرد تا نیمه مرطوب معتدل میباشد.
د: 43.7 درصد از سطح استان دارای اقلیم خیلی مرطوب فراسرد تا خیلی مرطوب معتدل میباشد.
و: 6.9 درصد از سطح استان دارای اقلیم خیلی خیلی مرطوب فراسرد تا خیلی خیلی مرطوب معتدل میباشد
ی:27.4 درصد از سطح استان دارای اقلیم مرطوب فراسرد تا مرطوب معتدل میباشد [ 62].

شکل 1-2 طبقهبندی اقلیمی استان مازندران[16]
در بررسی دادههای بارندگی به نظر میرسد که میزان بارندگی سالانه و ضریب تغییرات آن از غرب به شرق استان مازندران کاهش یافته و روند تغییرات آن در نهایت کمی نزولی است که البته تغییرات معنی داري در مجموع 20 ساله محسوب نمیشود. در خصوص رطوبت نسبی نیز به نظر می رسد از غرب به شرق استان از میزان آن به وضوح کاسته می شود . بیشترین میزان میانگین رطوبت نسبی به ترتیب در فصول بهار، پاییز، زمستان و تابستان مشاهده میشود. طی 20 سال حدود پنج درصد از رطوبت نسبی منطقهی مطالعاتی کاسته شده است [17].
1-2-4- ضرورت انجام پروژه در استان مازندران
با توجه به اینکه بیش از 14800 کیلومتر خط لوله انتقال گاز در استان وجود دارد [18] و این موضوع که اکثر مناطق استان مازندران دارای اقلیمهایی شامل رطوبت زیاد هستند و همچنین پر رنگ شدن بیشتر قضیه خوردگی تجهیزات صنعتی در این مناطق مرطوب، لزوم انتخاب یک روش صحیح و معقولانه جهت هر چه به حداقل رسانیدن خسارات ناشی از خوردگی و همچنین پیشگیری از خوردگی ، بیشتر مد نظر قرار گرفته و پر اهمیتتر جلوه مینماید.
1-3- انواع موقعیت های مکانی خطوط انتقال گاز
1-3-1- اتمسفر
تفاوت بزرگ مشهود ، بین در معرضدهیهای اتمسفری ، غوطه وری و زیرزمینی ، مقاومت به شرایط جوی است .پوشش هایی که غوطه ور و یا برای استفاده زیرزمین طراحی میشوند، معمولاً در معرض شرایط جوی قرار ندارد. از طرف دیگرمقاومت به شرا یط جوی ، از دیدگاه در معرض دهی اتمسفری ، برجسته ترین حالت است. پوششی که در معرض اتمسفر قرار دارد، باید در شرایط متعددی از قبیل تشعشع رادیواکتیو، سرد و گرم شدن، بیشترین تماس با اکسیدکنندهها، ذرات شیمیایی موجود در هوا و تر و خشک شدن مکرر مقاومت کند. به علاوه، نیاز اساسیتری به چسبندگی قوی، سرعت انتقال بخار رطوبت کم، نیاز به برخی خواص بازدارندگی برای کاهش در خوردگی و زیربرش نواحی آسیب دیده، مقاومت به مواد شیمیایی عمومی و ظاهر خوب دارد. معمولاً پوششهای اتمسفری، فیلمهای نسبتا نازکی بوده که خواص فوق را حفظ می کند. شرایط در معرضدهی برای یک پوشش اتمسفری بسیار وسیع است، از پوششهایی که در اتمسفرهای بسیار گرم و خشک استفاده میشود تا آنهایی که در شرایط سردسیری به کار میرود ، گسترده است .پوششها به علت کاربرد در چنین محدودهی وسیعی نیازمند پیشرفت ، فرمول بندی ، و نیز اعمال دقیق هستند ، تا مقاومت خوردگی مورد نیاز ، بدست آید. پوشش های اتومبیل که بدون شک، مهندسی ترین پوشش ها در حال حاضر بهشمار می آید، از مثالهای خوب در این مورد است .این پوششها، نیاز به حفظ ظاهر و جلوگیري از خوردگی سطح زیري، در مقابل تمام شرایط اتمسفری، دماها، رطوبت، و مواد شیمیایی و سالها سرویس دارد. در اعمال آنها نسبت به تقریبا تمام پوششهای دیگر، کنترل بیشتری صورت می گیرد. سطح، کاملاً آماده میشود و پیش عملیات مییابد که بیشترین درجهی چسبندگی ، با کمترین زیر برش حاصل میگردد. بدون شک، این پوششها، بهترین پوششهای ساخته شده برای استفاده تحت وسیعترین شرایط اتمسفری ممکن، میباشد. پوششهای دیگری وجود دارد، که در شرایط خاص اتمسفری، از قبیل اتمسفرهای صنعتی و دریایی (مانند عرشهی کشتیهاو قایقها) تجهیزات صنعتی به خصوص صنایع نفت، گاز، پتروشیمی ، که در معرض بخارها و دودهای شیمیایی و پاشش قرار دارد ، بطور موثرتری عمل می کند [2].
1-3-2- غوطه ور
پوششهای غوطهور ، در مقایسه با پوششهای اتمسفری ، عمدتا تحت محلولهای آبی ، از آبهای بسیار خالص تا آبهای حاوی غلظتهای زیاد مواد شیمیایی مختلف، قرار دارد. محدودهی نمونهها نیز ، از آب برف تا آب یون زدایی شده ،که در صنایع مختلف استفاده می شود و تا آب دریا و آبهای با غلظت بالا از مواد مختلف ، اسیدها ، بازها ، نمکها یا محلولهای آلی از جمله شکرها و گلیکولها ، گسترده است . البته موقعیتهای غوطه وری ویژهای هم وجود دارد، از قبیل آستر مخازن نفت و حلالها ، که محلولهای آبی در آنجا وجود ندارد . با این حال ، آب فاکتور کلیدی در اغلب شرایط غوطهوری است، زیرا اثر آب روی غالب مواد، بسیار شدید است . ملزومات عمده پوششها برای غوطهوری، عبارتست از : چسبندگی و مقاومت به انتقال بخار رطوبت ، نفوذ یونی ،اسمز ، مواد شیمیایی ، جدایش کاتدی و دماهاي متغیر. پوششهای غوطهور ، برای بسیاری از قسمتها ، نیاز به هیچ مقاومت خاصی در برابر شرایط جوی ندارد زیر ا در زیر سطح یک مایع یا آب ، تابش خورشید ، اکسایش هو ا، و شرایط مشابه وجود ندارد . با این همه ، این پوششها تحت تماس پیوسته با آب و یا مواد شیمیایی مختلف، به تنهایی یا حل شده در آب ، قرار دارند. این مطلب بدین معنی است که جذب آب، جذب یونهای مختلف و عبور رطوبت از میان پوشش، همگی در حداکثر مقدار است و پوشش باید طوری طراحی شود که در مقابل چنین نیروهایی ایستادگی کند . آب برف ، آب مقطر یا آب یونزدایی شده محدود میباشند، اما نفوذپذیرترین موادی هستند که پوشش در آنها غوطه ور است، از طرف دیگر ، با افزایش محتواي نمک آب ، محلول خورندهتر خواهد شد ، زیر ا ، رسانایی ، بیشتر شده و خوردگی با سرعت زیادی اتفاق خواهد افتاد . آب تازهی آلوده ، از آب تازهی خالص، خورنده تر است و نسبت به آب دریا ، خرابی بیشتری روی برخی پوششها ایجاد می کند . پوششهای اپوکسی قطران زغال سنگ ، در بسیاری از شرایط آبی از قبیل آب آلوده ، بسیار موثر است . از طرف دیگر ، براي آب نوشیدنی مناسب نیست زیر ا امکان آلودگی بو و مزه آب وجود دارد. پوششهای روی معدنی می تواند برای تماس پیوسته با نفت تصفیه شده و حلالهای مختلف استفاده شود، در حالی که این پوششها بویژه برای غوطهوری در آب یا آب دریا، بدون اعمال روپوش رضایتبخش نیست .پوششهای وینیل سالهاست که به عنوان پوشش مخازن ذخیرهی آب استفاده شده است .این پوششها آلوده کننده نیست و می تواند براي آب قابل شرب، استفاده گردد. از طرفی برای جایی که ممکن است آب، آلوده به حلالهای آلی باشد یا برای غوطه وری در بسیاری از حلالها مناسب نیست پوششهای اپوکسی دارای مقاومت خوبی به بسیاری از مواد شیمیایی آلی است، اما برای بسیاری از محلولهای اسیدی رقیق مطلوب نیست. بنابراین هر جا که پوشش تحت شرایط غوطه وری استفاده میشود، قبل از انتخاب هر پوششی، دقیقا شرایط را تعیین کرد [2].
1-3-3- زیر زمین (مدفون)
ضرورتهای پوشش برای شرایط زیرزمین، همان ضرورتهای غوطه وری است: چسبندگی، انتقال بخار رطوبت، مقاومت به عبور یونی و مقاومت به اسمز . شرایط زیرزمین از بسیاری جهات شبیه شرایط غوطه وری است ، در جایی که یک لوله در زیر آب یا زیر جدولهای پرآب قرار دارد ، در واقع همان شرایط غوطه وری را دارد . آب درون زمین ، یک عنصر کلیدی است که در شرایط زیرزمینی در نظر گرفته میشود . پوششها برای موثر بودن، باید دارای مقاومت به آب و انتقال بخار رطوبت بسیار بالایی باشد . از طرف دیگر، فاکتورهای دیگری از قبیل تنشهای حرارتی نیز موجود است و میتواند به شدت مخرب باشد خطر بیولوژیکی نیز در نتیجهی فعالیت باکتریهای کاهنده ی سولفات یا قارچهای مختلف، ممکن است موجود باشد. به هر حال ضخامت پوشش، احتمالاً برای زیرزمین مهمتر از غوطهور و اتمسفر است . لوله هاو سازه های زیرزمینی تحت شرایط پشتبندهای مختلف، تغییر حرکت خاك و انبساط و انقباض در نتیجه ي کمتر و بیشتر بودن رطوبت در خاك، قرار دارند .نیروهای درون خاك میتواند به اندازهی کافی قوی باشد که پوشش را از سطح فلز بکشد ، و سپس پوشش ترك خورده و عوامل خارجی دیگر ممکن است که با فلز واکنش دهد . جدایش کاتدی و الکتروانداسمز، هر دو فاکتورهایی هستند که در شکست پوشش زیرزمینی شرکت دارند .مقاومت بالای دیالکتریک نیز ضرورت دارد . ضخامت به این علت مهم است که نقاط سنگ خورده و خراب در طی پر کردن کانال، بسیار معمول است .ضخامت همچنین به نفوذپذیری در مقابل رطوبت و سایر مواد شیمیایی موجود در خاك کمک میکند. عموما بسیاری از پوششهایی که روی لوله ها و سازههای زیرزمینی به کار می رود، دارای ضخامت بیشتری نسبت به پوششها یا آسترهای اتمسفری است . بسیاری از لولهها دارای پوشش پلاستیک روزن رانی شده ممکن است ضخامتشان از 50 تا 250 میلی متر تغییر کند .نوارهای لوله که از پوشش های ذوبی استفاده میکنند ، برای ساخت پوشش لایهای تقویت شده بر روی سطوح لوله استفاده میشود . پوششهای نازك روی لولهی زیرزمینی ، نسبت به پوشش های سنگینتر یا آنهایی که روزن رانی شده است ، معمولاً کم دوامتر و نامطلوبتر است . در انتخاب پوشش براي اتمسفر، غوطه وری، یا زیرزمین، باید تمام شرایط، در نظر گرفته شود، زیرا هیچ دو پوششی حتی اگر به نظر برسد که شرایط یکی است، مانند هم عمل نمیکنند [20و21].
1-4- پوششها
به طورکلی پوششها موادی هستند که جهت ایجاد مانع بین محیطهای خورنده و جسم موردنظر بکار برده میشوند. پوششها با توجه به مکانیسمهائی که دارا میباشند ، چهار وظیفهی اساسی را به عهده دارند :
الف: جلوگیری از تماس بین محیط و جسم مورد نظر، مانند آب نیکل کاری
ب: محدودیت تماس بین محیط و جسم مورد نظر، مانند پوششهای آلی
ج: انتشار مواد و ایجاد شرایط حفاظتی یا کندکنندگی حملات بر روی جسم مدنظر، مانند آسترهای کروماته
د: تولید جریان الکتریکی حفاظت کننده، مانند گالوانیزه کردن
به این ترتیب پوششها با توجه به جنس آنها به سه دسته تقسیم میشوند (بدون در نظرگیری مواد کامپوزیتی ) :
1-پوششهای فلزی
2-پوششهای آلی
3-پوششهای معدنی
پوششهای فلزی خود به دو دسته تقسیم می شوند (پوششهای نجیب یا کاتدی و پوششهای از بین رونده یا آندی ). پوششهای آلی نیز انواع زیادی دارند (نظیر رنگها ، لاکها ، لعابها ، لاستیک ها، پلاستیک ها، مواد قیری و غیره )



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید