قسم الفيزياء يناقش اطروحة دكتوراه تبحث في استخدام مواد عضوية و غير عضوية لطلاء وحماية المعدات المعدنية الناقلة للنفط من التآكل الكيميائي الحاصل فيها

Print Friendly, PDF & Email

ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) اطروحة الدكتوراه الموسومة (دراسة مدى امكانية استخدام مثبطات من مواد عضوية او لا عضوية كطلاءات تعمل على حماية المعدات المعدنية الناقلة للنفط من التآكل الكيميائي الحاصل فيها ) للطالب ( عمر عدنان جاسم ) التي انجزها تحت اشراف التدريسي في القسم ( أ.م.د. عبد الحميد رحيم الصراف ) ونوقشت على قاعة المرحوم (أ. سالم عبد الحميد ) من قبل اعضاء لجنة المناقشة المدرجة اسمائهم في ما يلي :

  • أ.د. بلقيس محمد ضياء         (رئيسا)

  • أ.د. خالد هلال حربي            (عضوا)

  • أ.د. بهجت بهلول كاظم          (عضوا)

  • أ.د. زياد طارق خضير              (عضوا)

  • أ.م.د. فاروق ابراهيم حسين    (عضوا)

  • أ.م.د. عبد الحميد رحيم مهدي (عضوا ومشرفا)

وتهدف هذه الدراسة إلى تقليل أو اعتراض خطر التآكل الناتج عن المياه المصاحبة للمنتجات البترولية في منشآت صناعة النفط ومشتقاتها وبالتالي إطالة العمر التشغيلي لهذه المنشآت. من خلال صنع نظام يتكون من مجموعة من الطلاءات المركبة . حضرت طبقات متعددة من الطلاء المركب البوليمري مدعم بمواد نانوية لمنع التآكل في خزانات وقود الديزل المعدنية المصنعة من الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربو. St-37  ، اذ اجريت مجموعة من الاختبارات الكهروكيميائية والكيميائية والميكانيكية والحرارية لتحديد قدرة هذه الطلاءات على منع التآكل. المواد الرئيسية والأساسية المستخدمة في صناعة الطلاء عراقية الصنع لأخذ التكلفة الاقتصادية في الاعتبار. يذكر أن الأضرار المدمرة التي تسببها المنشآت النفطية تمثل مشاكل اقتصادية كبرى بالإضافة إلى المشاكل البيئية.

ونظرا لكون الصناعات النفطية في العراق تُمثّل العمود الفقريّ للاقتصاد العراقيّ لكنّ التآكُل الحاصل في المُنشَآت النفطيّة يُهدِّد ديمومة هذا الاقتصاد بشكل مُستمِرّ، ويضعه أمام عراقيل مُعقّدة؛ لذا يهدف هذا البحث إلى صناعة نظام طلاء يحدُّ من مشاكل التآكُل التي تُواجه قطاع النفط في العراق، إذ عمل هذا البحث على إيجاد حلّ لمشاكل التآكُل التي تُواجه الخزانات النفطيَّة بصورة مُباشِرة.

استُخدِمَ في هذا البحث قطعة من الحديد بقياس (30سم*30سم) استُقْطِعَت من أحد الخزانات النفطيّة الموجودة في الشركة العامّة للتوزيع النفطيّ ببغداد، ووُضِعَت تحت اختبار التحليل الطيفيّ؛ لمعرفة مُكوِّنات، ونوع هذا السبيكة الحديديّة، فوُجِدَ أنَّ السبيكة المعدنيَّة من نوع الفولاذ المُنخفِض الكاربون (St-37)، ثم أُجرِيَت عليها مجموعة من العمليّات المُتمثّلة بالقطع، والقشط، والتقسية السطحيّة؛ لتصبح بشكل مجموعة من الكوبونات بقياس (1.5سم*1.5سم) و(3سم*3سم).

صُنِعَ نظامُ طلاء يتكوَّن من ثلاث طبقات. وكانت الطبقة الأولى مُتمثِّلة بعمليَّة فوسفات الزنك، والطبقة الوسطى مُتمثِّلة بطلاء زنك إيبوكسيّ أساس، بينما تمثَّلت الطبقة الأخيرة (الطلاء العلويّ) بطلاء مُتراكِب بوليمري مُتكوِّن من خليط من مادَّة البوليستر غير المُشبَّع ومادّة الإيبوكسيّ بنِسَب مُعيَّنة دُعِمَت طبقت الطلاء العلويّ بموادَّ نانويّة هي مادّة الكاؤولين أوكسيد الزنك وأوكسيد المغنسيوم بكُسُور وزنيّة مُختلِفة كانت على التوالي (1%، 2%، 3%، 4%، 5%).

خضعت عيّنات الطبقة العلويَّة للطلاء للمرّة الأولى من دون تدعيم بموادَّ نانويَّة لفحص متانة الصدمة، والصلادة السطحيَّة، وفحص الاحتكاك؛ بهدف تحديد أفضل نسبة خلط بين مادّة البوليستر غير المُشبّعة، ومادّة الإيبوكسيّ المُستخدَمة لتكوين طبقة الطلاء العلويّ، ثم أُعِيْدَت الفُحُوص الثلاثة في أعلاه لطبقة الطلاء العلويّ المُدعَّمة بالموادِّ النانويّة؛ لتحديد أفضل كسر وزنيّ يُمكِن استخدامه كمادّة للتدعيم.

المرحلة التالية من البحث كانت عمليّة تطبيق طبقات الطلاء الثلاث على الكوبونات المعدنيّة التي تُمثّل خزّان النفط المُتآكِل، إذ صنعت أربع مجموعات من العيّنات. المجموعة الأولى تحتوي على طبقة الطلاء الأولى المُتمثّلة بعمليّة فوسفات الزنك، والمجموعة الثانية احتوت على طبقتين من الطلاء المُتمثّلة بالطبقة الأولى وطبقة طلاء زنك إيبوكسي، بينما احتوت المجموعة الثالثة على طبقة الطلاء العلويِّ فقط، والمجموعة الأخيرة التي طُبِّق عليها نظام الطلاء الثلاثيِّ المُتمثّل بطبقة فوسفات الزنك، طبقة زنك إيبوكسي، وطبقة الطلاء البوليمري المُتراكِب.

أُجْرِيَ فحص التآكُل الكهروكيميائيّ بطريقة (تافل) لمجموعات العيّنات المُصنَّعة إذ نجح نظام الطلاء الثلاثيِّ بصورة كبيرة في زيادة مُقاوَمة التآكُل للعيّنات، ووُجِدَ أنَّ العيِّنة (PBM) خفَّضت قيمة تيّار التآكُل إلى (162.59 nA/cm2) بعدما كانت قيمة تيّار التآكُل لقطعة الخزّان النفطيِّ مُساوية لـ (6010 nA/cm2). أُجْرِيَ فحص التآكُل الكيميائيّ بطريقة الغمر لعيِّنات المجموعة الرابعة، ووُجِدَ أنَّ العيِّنة (PBM) نجحت في اجتياز الاختبار بلا تآكُل بعد (168 ساعة) من الغمر في وسط أكال.

وُضِعْتُ العيِّنة (PBM) تحت فحص مجهر القوة لذرّية لمعرفة طبيعة وخُشُونة سطح الطلاء، ووُضِعَتْ في اختبار التحليل الحراريِّ لنَجِدَ أنَّ درجة الانتقال الزجاجيّ للعيِّنة يترواح بين (118-150 درجة سيليزيّة) مُوضِحة بذلك أنَّ الطلاء مُلائِم للأجواء العراقيّة، كما سجّلت العيّنة (PBM) تحسُّناً واضحاً في قِيَم العزل الحراريِّ، وقِيَم متانة الالتصاق مُقارَنة بالعيِّنة (PBO) لتُبيِّن أنَّ عمليّة التدعيم بمادّة أوكسيد المغنسيوم النانويّ أدّى إلى حُدُوث تحسُّن كبير في الطلاء البوليمريّ المُتراكِب.


Development of organic and inorganic-based nanocomposite coating as anti-corrosive inhibitors for oil industries

By

Omar Adnan Jasim

Supervisor by

Assist Prof. Dr. Abdulhameed Raheem Al-Sarraf

The oil industries represent the backbone of the Iraqi economy. However, the corrosion occurred in the oil installations threatens the sustainability of the economy continuously and places it in front of many obstacles. Thus, this research aims to prepare a coating system that limits the problems of corrosion facing the oil sector in Iraq

A piece of iron dimension 30 cm × 30 cm was used in this research after being cut from one of the oil tanks in the General Company for Oil Distribution in Baghdad.This piece subjected to a spectroscopic test to find out the components and type of this iron alloy. The metal alloy was found from (low carbon steel St-37).Afterwards, a series of operations such as cutting, skimming and surface hardening have been performed to produce a set of coupons dimensions (1.5 cm × 1.5 cm) and (3 cm × 3 cm).

A three-layer coating system was synthesized. The first layer represented zinc phosphate, and the middle layer was loaded with zinc-based epoxy coating, while the top most layer consisted of a polymeric composite consisting of a mixture of unsaturated polyester resin and an epoxy resin in certain concentrations. The top most coating layer was supported by nanomaterials namely, kaolin, zinc oxide and magnesium oxide with different weight fractions 1%, 2%, 3%, 4%, and 5%.

The top coating layer samples at were initially examined to measure their impact strength, surface hardness, and wear, without nanomaterials support. Thus was achieved to obtain the best mixing ratio between the unsaturated polyester resin and the epoxy used to form the top coating layer. Then the aforementioned three tests were repeated on the top coatings enriched with nanomaterials to determine the best weight ratios that can be utilized as a support material

The subsequent process in this research was to apply the three coating layers to the metallic four sets of coupons of the corroded oil tank. The first group comprised the first coating layer represented by zinc phosphate, and the second group contained two layers of paint represented by the first layer and the layer of primer zinc epoxy coating, while the third group only contained the upper coating layer.The last group included the triple coating system represented by the phosphate layer, primer zinc epoxy layer, and polymeric composite layer.

The electrochemical corrosion examination was performed by Tafel method for the manufactured sample groups, since the triple coating system significantly improved the corrosion resistance of the samples.It was found the sample that painted with triple coating layer (PBM) reduced the corrosion current of the oil tank segment from 6010  to 162.59 . Chemical corrosion assay was performed by using immersion method fo group IV samples, and it was found that the sample (PBM) succeeded in passing the test without corrosion after (168 hours) of immersion in the corrosive medium.

The sample of PBM was tested by the atomic force microscope to get information about the nature and roughness of the coating surface.Then, the sample was subjected to a thermal analysis test to measure the degree of glass transition which is reported to be in range of (118-150 C̊), indicating that the paint is appropriate for the Iraqi atmosphere. Also, the sample (PBM) recorded a clear improvement in the thermal insulation values, and the adhesion values compared with the sample that painted with triple coating layer without nano particles supporting (PBO). This demonstrating that the nano magnesium oxide supporting the system led to a significant improvement in the polymeric composite coating.