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石墨烯納米防腐涂料在油田管道重防腐領域的應用

石墨烯納米防腐涂料在油田管道重防腐領域的應用

 

  石墨烯又稱單層墨,是一種新型的二維納米材料,是目前發現的硬度最高、韌性最強的納米材料。因其特殊納米結構和優異的物理化學性能,石墨烯在電子學、光學、磁學、生物醫學、催化、防腐、儲能和傳感器等領域應用前景廣闊,被公認為21世紀的“未來材料”和“革命性材料”。石墨烯相關專利開始呈現爆發式增長。總體看來,石墨烯技術開始進入快速成長期,并迅速向技術成熟期跨越。全球石墨烯技術研發布局競爭日趨激烈,各國的技術優勢正在逐步形成。

石墨烯出現在實驗室中是在2004年,當時,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈;杰姆和克斯特亞;諾沃消洛夫發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片,然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作,于是薄片越來越薄,最后,他們得到了僅由一層原子構成的薄片,這就是石墨烯。這以后,制備石墨烯的新方法層出不窮,經過5年的發展,人們發現,將石墨烯帶入工業化生產的領域已為時不遠了。因此,兩人在2010年獲得諾貝爾物理學獎。

     2013年,我們開始把石墨烯應用在防腐涂料的研發上,因其良好的防腐性能,我們把產品應用在油田氣田的運輸管道的防腐中。目前石墨烯不僅是最堅硬的材料,同時還是防腐涂料領域已知的最薄的一種,一根頭發絲的直徑約是10萬層石墨烯疊加起來的厚度。將它涂在金屬表面,可以?;そ鶚舨皇芨?。眾所周知,金屬腐蝕無法完全避免,因此防止金屬腐蝕是一個很嚴重的全球性問題。一般防腐蝕的方法就是簡單的給金屬上漆,隔絕金屬與空氣和水的接觸,這種方法只能達到短時間內金屬不被腐蝕,需要定期維護,且有一定的局限性。因為在一些特殊領域,超薄的防腐涂層更有利于產品的使用,比如一些微電子組件,太陽能電池,氣體傳感器等領域。

油田管道運輸作為石油、水、氣體等介質最安全經濟的輸送方法,已經有了100多年的發展歷史。然而在管道輸送的過程中,由于管道所處的內外腐蝕環境往往復雜多變,管道腐蝕問題成為影響管道系統可靠性及使用壽命的關鍵因素。綜合各種腐蝕因素考慮,目前油田管道的腐蝕問題主要集中表現在注水管線、熱回水、蒸汽伴熱管線、高含水輸油管線以及儲罐部分、污水處理設備等油田的生產設施,隨著我國油田開采時間增加,注水水質不斷惡化,以及硫酸鹽氧化還原菌逐漸增多,由此所造成油田井下管柱和輸油管線及容器嚴重腐蝕、結垢已成為困擾油氣正??珊褪淥偷摹巴韁ⅰ?。近幾年來,許多新型防腐漆應運而生,但大多效果不盡如意,且有的生產操作復雜,產品價格昂貴,有的造成環境污染,無法大面積推廣應用。而重防腐涂料常在腐蝕性介質的長期直接浸泡中工作。例如:埋地管道的防腐層常在地下水(淡水或海水)、地下酸、堿或鹽的強腐蝕性介質浸泡下工作;同時,還受地下厭氧菌和植物根莖的侵蝕。原油儲罐的內防腐則需要在含有酸性介質和大量水的原油中工作。上述的工作環境比一般的防腐層所處的環境要惡劣的多,這是重防腐的工作性質決定的,也是一般的防腐技術不能達到的。

而我公司在通過在防腐涂料中添加石墨烯,并把產品配方進行一系列的改進成功研制出了806石墨烯改性納米防腐涂料,并通過一系列的實驗,不斷創新,在20143月份成功的將產品應用在地下輸油管道的防腐施工中,通過了甲方的全部苛刻的驗收條件,獲得了客戶的好評。

該產品的成功應用,完全離不開石墨烯這一高新新型納米材料的加入,石墨烯本身具有的一些超強性能在油漆防腐中起到了至關重要的作用。

  石墨烯的小尺寸效應,石墨烯的小尺寸使得石墨烯可以填充到涂料的孔洞和缺陷中,宅一定程度上阻止和延緩了小分子腐蝕介質浸入金屬基體,增強了涂層的物理隔絕作用,增強了涂層的防腐性能

石墨烯呈片狀結構,是極其薄的片成結構,它可以再涂層中程程疊加,形成了致密的物理隔絕層,小分子的腐蝕介質很難通過這層致密的隔絕成,所以摻加了石墨烯的防腐涂料有極強的物理隔絕作用。

     石墨烯的防水性,石墨烯的表面效應使得石墨烯與水的接觸角很大,對水的潤濕性很差,水分子很難被石墨烯吸收,當環氧樹脂其中加入了石墨烯后,石墨烯會吧水分子阻擋在涂層外,使得水分子接觸不到金屬基體表面,從而降低了金屬表面的腐蝕。

     石墨烯有很強的導電作用,石墨烯的特殊結構使得石墨烯有快速的導電性,電子會通過石墨烯傳遞到金屬涂層上,陰極電子不會直接發生在金屬上,而是直接與涂層發生反應,這樣就會減慢了氫氧化鐵的生成,降低了對金屬的溶解,也對金屬進行了?;?,這是利用了石墨烯的導電性對金屬基體進行?;?。