Bài viết Nghiên cứu chế tạo hệ lớp phủ composite chống ăn mòn đường ống kim loại tại vị trí gối đỡ trình bày nghiên cứu màng nanocomposite epoxy/graphene; Nghiên cứu chế tạo tấm lót tại vị trí gối đỡ; Nghiên cứu chế tạo hệ composite trên cơ sở epoxy/ MS polymer/polyester nhằm chống ăn mòn tại vị trí gối đỡ.
CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2022, trang 28 - 37 ISSN 2615-9902 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ LỚP PHỦ COMPOSITE CHỐNG ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG KIM LOẠI TẠI VỊ TRÍ GỐI ĐỠ Nguyễn Thị Lê Hiền, Nguyễn Đình Dũng, Phạm Thị Hường, Đồn Thành Đạt Viện Dầu khí Việt Nam Email: hienntl@vpi.pvn.vn https://doi.org/10.47800/PVJ.2022.05-04 Tóm tắt Hệ lớp phủ bao gồm lớp sở lớp sơn lót chống ăn mịn epoxy chứa graphene, lớp keo trám MS polymer lót đường ống polyester gia cường sợi thủy tinh nghiên cứu nhằm ứng dụng chống ăn mòn cho đường ống vị trí gối đỡ Graphene phân tán với hàm lượng 100 ppm epoxy để tạo thành lớp phủ lót composite nhằm cải thiện độ bám dính, đặc tính lý khả chống ăn mòn so với lớp phủ epoxy không chứa graphene Polyester gia cường sợi thủy tinh với hàm lượng 20% cho phép tăng độ bền va đập tăng hiệu kinh tế lót đường ống Lớp keo MS polymer chứa silicone cho phép tạo độ bám dính cao đỡ đường ống đường ống sơn phủ, với độ đàn hồi tốt cho phép tăng độ bền va đập hệ phủ cách ly hoàn toàn đường ống với mơi trường, loại bỏ q trình ăn mòn khe ăn mòn galvanic đường ống vị trí gối đỡ Từ khóa: Ăn mịn đường ống vị trí gối đỡ, epoxy/graphene, MS polymer, polyester gia cường Giới thiệu Phản ứng khử: Trên công trình dầu khí, bên cạnh q trình ăn mịn bên đường ống chịu tác động ăn mòn bên ngồi nghiêm trọng mơi trường biển khí biển, đặc biệt vị trí gối đỡ Q trình ăn mịn đường ống vị trí gối đỡ diễn chủ yếu theo chế ăn mịn khe mơ tả qua giai đoạn sau: - Tại vị trí gối đỡ đường ống, tồn khe hẹp, tạo điều kiện “bẫy nước”, tạo mơi trường ẩm chứa tác nhân ăn mịn (oxygen hịa tan, ion chloride Cl- ) ngưng tụ, khó bay tích tụ thời gian dài; - Trong khe hẹp, lớp sơn phủ bảo vệ đường ống bị ngâm lâu môi trường ẩm theo thời gian bị hư hỏng, bong tróc; - Tại vị trí lớp sơn phủ bị hư hỏng, đường ống thép tiếp xúc trực tiếp với môi trường ẩm chứa ion chloride, kim loại bị ăn mòn theo chế ăn mòn sau: Phản ứng oxy hóa (ăn mịn): Fe - 2e → Fe2+ (1) Ngày nhận bài: 26/3/2022 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 26/3 - 27/4/2022 Ngày báo duyệt đăng: 20/5/2022 28 DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 O2 + H2O + 4e → 4OH- (2) 2H2O + Fe2+ + 2Cl- → Fe(OH)2 + HCl (3) Trên bề mặt kim loại tồn chênh lệch điện dẫn đến phân hóa thành vùng anode cathode Tại vùng anode, kim loại có điện bề mặt âm dễ dàng bị oxy hóa theo phản ứng (1) Tại vùng cathode, nơi kim loại có điện dương xảy phản ứng khử theo phương trình (2) điện tử chuyển từ vùng anode sang vùng cathode tạo thành mạch điện khép kín q trình ăn mịn điện hóa xảy khử phân cực oxygen hòa tan Trong khe hẹp, phản ứng ăn mịn điện hóa bị khống chế q trình khuếch tán, oxygen hịa tan môi trường ẩm khe hẹp bị phản ứng hết, phản ứng (2) bị hạn chế phản ứng (3) xảy tạo môi trường acid, dẫn đến tốc độ ăn mịn thép cục vị trí gối đỡ tăng lên gấp nhiều lần [1, 2] Sự tiếp xúc kim loại không đồng (đường ống/gối đỡ), hình thành tế bào galvanic nguyên nhân làm tăng tốc q trình ăn mịn vị trí gối đỡ Để bảo vệ chống ăn mịn bên ngồi cho đường ống, sơn phủ chống ăn mịn áp dụng phổ biến [2] Việc kiểm tra chất lượng lớp sơn phủ bên ngồi đường PETROVIETNAM mịn cao độ bám dính tốt nhiên lại khơng bền tử ngoại nên trước sử dụng làm lớp phủ lót chống ăn mịn Nhiều lớp sơn phủ sở epoxy giàu kẽm, chứa phoi nhôm… áp dụng thực tế cho tuổi thọ cao [6], lên tới 15 năm Để cải thiện độ bền tử ngoại đặc tính hóa lý, lớp phủ epoxy biến tính - modified epoxy [7 - 9] composite sở epoxy nghiên cứu, ứng dụng Các nghiên cứu gần việc phân tán vật liệu nano (như graphene, nanocarbon…) epoxy tạo nanocomposite cho phép tăng khả chống ăn mòn, độ bền tử ngoại, cải thiện độ bám dính kháng nước lớp phủ [10, 11] MS polymer loại keo trám sử dụng rộng rãi cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp dầu khí nói riêng, có khả bám dính cao, che chắn tốt, ngăn nước ngăn khí, mềm dẻo đàn hồi [12 - 17] Hình Hình ảnh ăn mịn đường ống vị trí gối đỡ ống thực thường xuyên định kỳ nhằm phát sửa chữa kịp thời vị trí lớp phủ hư hỏng, bong tróc xuống cấp [3] Tuy nhiên, thực tế vị trí gối đỡ, việc sử dụng lớp sơn phủ chống ăn mịn khơng cịn hiệu sau thời gian vận hành tiềm ẩn nguy an tồn, khó kiểm sốt Bên cạnh đó, ăn mịn đường ống vị trí gối đỡ thường khó quan sát phát phương pháp kiểm tra không phá hủy thông thường [4] phát q trình ăn mịn tương đối nghiêm trọng Việc sửa chữa ăn mòn vị trí gối đỡ gặp khó khăn, tiêu tốn chi phí khơng nhỏ đặc biệt khó xử lý triệt để Trong thực tế có nhiều biện pháp để giảm thiểu ăn mịn, nhiên giải pháp có hạn chế định Composite vật liệu nghiên cứu ứng dụng rộng rãi lĩnh vực chống ăn mòn Sử dụng phụ gia, chất độn, chất gia cường đưa vào thành phần nhựa cho phép thay đổi cải thiện tính chất lý nhựa, sơn gốc mà nhiều trường hợp cịn giúp giảm giá thành sản phẩm, mang lại hiệu kinh tế cao Composite sở epoxy loại composite nghiên cứu ứng dụng sớm [5] Epoxy có độ bền ăn Nhựa polyester loại nhựa nhiệt rắn, thường sử dụng làm vật liệu vật liệu composite Khi sử dụng vật liệu gia cường sợi thủy tinh tạo vật liệu composite (FRP) có đặc tính lý cao, cho phép chế tạo đường ống dẫn chịu hóa chất, mơi trường; lớp phủ chống ăn mịn bên bên đường ống, bồn bể chứa thiết bị; chế tạo gá đỡ phận tàu thủy… [18 - 22] Tuy nhiên, nghiên cứu cụ thể cho đường ống vị trí gối đỡ lại hạn chế Với đặc tính vượt trội, vật liệu composite chế tạo lớp bọc phủ với chiều dày mong muốn (có thể dày nhiều so với lớp sơn phủ thông thường) nghiên cứu ứng dụng cho nhiều mục đích khác Để chống ăn mịn cho đường ống vị trí gối đỡ, nhiều cơng ty cơng nghệ giới thiệu giải pháp dán lớp composite vị trí gối đỡ bọc (wrapping) composite xung quanh đường ống vị trí gối đỡ Hiệu kỹ thuật biện pháp sử dụng phụ thuộc vào chất lượng composite, độ bám dính chất lượng thi cơng Thành phần lớp composite bí cơng nghệ đơn vị cung cấp giải pháp, chưa có công bố hay báo cáo kiểm chứng hiệu kỹ thuật hiệu kinh tế [20 - 22] Trên sở phân tích tính chất trội vật liệu epoxy, MS polymer polyester, báo giới thiệu kết nghiên cứu chế tạo hệ phủ composite sở epoxy chứa graphene/MS polymer/polyester gia cường nhằm bảo vệ chống ăn mòn đường ống vị trí gối đỡ Với đặc điểm hệ lớp composite có độ bám dính cao, khơng ngấm nước vừa có tác dụng bịt kín giúp cách ly bề DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 29 CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ mặt kim loại khỏi mơi trường, loại bỏ khe hẹp đường ống/gối đỡ trình ăn mịn galvanic, vừa có tác dụng tạo độ mềm dẻo đàn hồi, bền lý, chống ăn mòn tốt nhằm định hướng ứng dụng bảo vệ chống ăn mòn cho đường ống vị trí gối đỡ Điều kiện thực nghiệm sở nhựa polyester chất đóng rắn, gia cường bột đá sợi thủy tinh chế tạo phương pháp đúc Để dễ dàng đánh giá thử nghiệm tính chất lý vật liệu, đệm chế tạo dạng phẳng phương pháp đúc nguội khuôn nhựa mica 2.1 Chuẩn bị mẫu thử nghiệm 2.2 Các phương pháp nghiên cứu - Sơn composite epoxy/graphene: Graphene sử dụng để phối trộn vào lớp sơn phủ epoxy với mục đích tăng độ bám dính, cải thiện đặc tính hóa lý khả chống ăn mòn lớp phủ epoxy Graphene sử dụng dạng oxide biến tính hữu cơ, sản phẩm Việt Nam cung cấp VN-Graphene Sơn epoxy sử dụng sơn thành phần, sở epoxy biến tính chứa chất ức chế chống gỉ chất đóng rắn gốc amine Hình thái học bề mặt mẫu sơn, polyester hệ composite quan sát trực quan quan sát kính hiển vi điện tử quét SEM Khả bám dính độ bền va đập hệ lớp phủ thử nghiệm phương pháp lực Graphene phân tán vào dung mơi xylene đầu dị siêu âm tạo hỗn hợp đồng nhất, sau hịa trộn với nhựa epoxy, bổ sung chất đóng rắn tạo màng bề mặt mẫu thép carbon thấp, kích thước 15 × 100 × 0,8 (mm) spin-coating với tốc độ quay 650 vịng/ phút, chiều dày màng trung bình 36 - 42 µm Các mẫu sơn epoxy khơng chứa graphene chuẩn bị điều kiện để đánh giá đối chứng - Keo MS polymer: Keo MS polymer chất kết dính thương mại sở polymer biến tính silicone, có độ bám dính cao, khả chịu va đập tốt có khả đàn hồi Keo MS polymer sử dụng để kết dính đỡ bề mặt đường ống sơn phủ vị trí gối đỡ - Composite polyester gia cường: Tấm đệm đỡ đường ống chế tạo từ polymer thành phần Epoxy 30 DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 Các nghiên cứu đánh giá ăn mòn tiến hành dung dịch NaCl 3% thiết bị Parstat 2273 Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) phương pháp tổng trở điện hóa với hệ điện cực: điện cực làm việc mẫu sơn thử nghiệm, điện cực so sánh calomel bão hòa KCl điện cực đối lưới platinum (Pt), điện mạch hở (EOCP), với biên độ dao động hình sine 30 mV, khoảng tần số từ 100 kHz đến 10 mHz [23] Khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ thử nghiệm gia tốc tủ phun mù muối theo tiêu chuẩn ASTM B117 thiết bị Q-Fog Kết thảo luận 3.1 Nghiên cứu màng nanocomposite epoxy/graphene Lớp phủ epoxy composite epoxy/graphene, với tỷ lệ graphene 100 ppmv [24] tạo bề mặt thép có bề mặt phẳng, đồng đóng rắn hồn tồn sau 24 Bằng trực quan khơng nhận thấy khác biệt hình thái học lớp phủ epoxy có khơng có graphene (Hình 2) Epoxy chứa graphene 100 ppmv Hình Hình ảnh lớp phủ epoxy chứa khơng chứa graphene bề mặt thép PETROVIETNAM Lớp phủ hữu bảo vệ kim loại theo chế che chắn, độ bền lớp phủ độ bám dính bề mặt kim loại yếu tố định khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ Độ bám dính lớp phủ xác định phương pháp kéo (pull-off test) Lực kéo diện tích lớp phủ bị bong tróc cho phép đánh giá độ bám dính lớp phủ Bề mặt mẫu epoxy kết thử nghiệm bám dính Bảng Các kết khảo sát độ bám dính màng sơn cho thấy việc phối trộn graphene lớp phủ cho phép tăng đáng kể độ bám dính bề mặt thép Độ bền va đập màng sơn đại lượng vật lý đánh giá độ bền học lớp phủ dựa khả chịu tác động tải trọng với khối lượng khác rơi lên mẫu gia tốc rơi tự do, khơng gây Bảng Kết thử nghiệm bám dính lớp phủ epoxy không chứa chứa graphene Kết thử nghiệm Hình ảnh sau thử nghiệm Độ bám dính trung bình (MPa) Epoxy 2,71 ± 0,06 Epoxy/graphene 3,03 ± 0,04 Bảng Kết thử nghiệm độ bền va đập lớp phủ epoxy không chứa chứa graphene Mẫu Hình ảnh sau thử nghiệm Độ bền va đập (kg.cm) Lớp phủ epoxy >200 Lớp phủ epoxy/graphene >200 phá hủy học mẫu Độ bền va đập tính tích chiều cao cực đại khối lượng tải trọng tác động lên mẫu Kết đo thử nghiệm thể Bảng Lớp phủ epoxy sử dụng nghiên cứu có đặc tính lý tốt tương ứng với độ bền va đập cao Trong trường hợp có khơng có graphene, với độ cao cực đại tải trọng 100 cm khối lượng cực đại kg, lớp phủ bề mặt kim loại chưa có dấu hiệu bị hư hỏng, phá hủy, khó so sánh độ bền va đập mẫu sơn epoxy có khơng có graphene Tuy nhiên, mẫu sơn epoxy có chứa graphene, diện tích vùng biến dạng kim loại tác động tải trọng nhỏ nhiều so với mẫu epoxy không chứa graphene điều kiện thử nghiệm cho phép dự báo có mặt graphene lớp phủ epoxy gia tăng độ bền học lớp phủ kim loại tác động tải trọng Lớp sơn phủ bảo vệ kim loại theo chế che chắn, ngăn không cho tiếp xúc trực tiếp môi trường chứa tác nhân ăn mịn với bề mặt kim loại, tổng trở (tổng trở kháng) lớp phủ đặc tính quan trọng định khả bảo vệ kim loại Tổng trở lớp phủ lớn, khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại cao Tổng trở lớp phủ epoxy có chứa khơng chứa graphene theo dõi theo thời gian, điện mạch hở nước muối NaCl 3% Phổ tổng trở điện hóa dạng Nyquist theo thời gian mẫu thép phủ epoxy có khơng có graphene thể Hình Nhìn chung, thời điểm đầu ngâm mẫu, màng sơn chưa ngấm nước nên gần cách điện hồn tồn Màng sơn đóng vai trị điện trở dung, đường biểu diễn tổng trở điện hóa thể đường gần thẳng đứng đo tần số cao Theo thời gian, dung dịch điện ly ngấm dần qua màng sơn, độ dẫn điện (dẫn ion) màng giảm dần, giản đồ tổng trở dạng Nyquist có xu hướng chuyển dần thành đường bán cung nhiều xác định sau tuần thử nghiệm Đến thời điểm 12 tuần thử nghiệm, đường cong tổng trở điện hóa DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 31 CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ l,E+07 ngày 8,E+06 6,E+06 tuần Epoxy Epoxy/Graphene 8,E+06 -Zi (Ohm.cm) -Zi (Ohm.cm) 6,E+06 4,E+06 4,E+06 2,E+06 2,E+06 0,E+00 0,E+00 2,E+06 4,E+06 6,E+06 8,E+06 l,E+07 Zr (Ohm.cm) 0,E+00 0,E+00 2,E+06 4,E+06 6,E+06 8,E+06 l,E+07 Zr (Ohm.cm) 5,E+07 5,E+07 tuần 4,E+07 Epoxy Epoxy/Graphene 3,E+07 2,E+07 tuần Epoxy Epoxy/Graphene 4,E+07 -Zi (Ohm.cm) -Zi (Ohm.cm) l,E+07 Epoxy Epoxy/Graphene 3,E+07 2,E+07 l,E+07 l,E+07 0,E+00 0,E+00 1,E+O7 2,E+07 3,E+07 4,E+07 5,E+07 Zr (Ohm.cm) 0,E+00 0,E+00 1,E+O7 2,E+07 3,E+07 4,E+07 5,E+07 Zr (Ohm.cm) 4,E+07 tuần 2,E+O7 Epoxy Epoxy/Graphene tuần Epoxy Epoxy/Graphene 1,E+O7 -Zi (Ohm.cm) -Zi (Ohm.cm) 3,E+07 2,E+07 1,E+O7 6,E+06 3,E+06 0,E+00 0,E+00 1,E+O7 2,E+07 3,E+07 4,E+07 5,E+07 Zr (Ohm.cm) 0,E+00 0,E+00 3,E+O6 6,E+06 9,E+06 1,E+07 2,E+07 Zr (Ohm.cm) 1,E+07 6,E+06 10 tuần Epoxy Epoxy/Graphene 4,E+06 -Zi (Ohm.cm) 6,E+06 12 tuần 4,E+04 5,E+06 8,E+06 -Zi (Ohm.cm) 9,E+06 4,E+06 O,E+00 O,E+00 4,E+04 8,E+04 1,E+05 3,E+06 2,E+06 2,E+06 l,E+06 0,E+00 0,E+00 2,E+O6 4,E+06 6,E+06 8,E+06 1,E+07 Zr (Ohm.cm) 0,E+00 0,E+00 1,E+O6 2,E+06 3,E+06 4,E+06 5,E+06 6,E+06 Zr (Ohm.cm) Epoxy Epoxy/Graphene Hình Giản đồ tổng trở điện hóa dạng Nyquist lớp phủ epoxy khơng có chứa graphene tạo thép, thử nghiệm dung dịch NaCl 3% 32 DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 mẫu sơn epoxy khơng chứa graphene xuất bán cung thứ tần số thấp đặc trưng cho q trình ăn mịn kim loại, giản đồ tổng trở mẫu sơn epoxy chứa graphene chưa xuất trình ăn mòn kim loại lớp phủ Trên sở phân tích giản đồ tương đương [23], giá trị điện trở màng Rf điện dung màng Cf xác định biểu diễn Bảng Nhìn chung, điện trở màng lớn, điện dung màng nhỏ, khả bảo vệ kim loại màng sơn cao Graphene có mặt lớp phủ epoxy cho phép hạn chế khả thấm ướt, ngấm nước màng sơn, hạn chế suy giảm điện dung màng theo thời gian so với lớp phủ epoxy chiều dày không chứa graphene Để đánh giá thêm khả bảo vệ chống ăn mịn lớp phủ epoxy có khơng có graphene, mẫu sau tạo màng để khơ hồn tồn thử nghiệm gia tốc tủ phun mù muối với dung dịch NaCl 5% Các kết cho thấy sau tuần thử nghiệm, bề mặt mẫu sơn epoxy trường hợp có khơng có graphene gần khơng thay đổi hình thái học so với mẫu trước thử nghiệm, bề mặt đồng chưa xuất hiện tượng xuống cấp ăn mòn PETROVIETNAM Bảng Kết xác định điện trở màng Rf điện dung màng Cf từ giản đồ tổng điện trở Thời gian thử nghiệm tuần tuần tuần tuần tuần 10 tuần 12 tuần Trước thử nghiệm Sau tuần thử nghiệm Epoxy trắng Rf (Ω.cm) ∞ ∞ ∞ 1,00E+07 7,00E+06 5,00E+06 4,50E+06 3,80E+06 6,00E+04 Epoxy + graphene Cf (F/cm) 5,10E-10 7.90E-9 6,20E-09 5,00E-09 5,00E-09 3,00E-09 6,00E-08 8,30E-08 5,00E-08 Rm (Ω.cm) ∞ ∞ ∞ 7,80E+07 4,82E+07 4,00E+07 1,30E+07 9,00E+06 6,00E+06 Sau thử nghiệm Trước thử nghiệm Epoxy Epoxy/graphene Hình Hình thái học mẫu sơn epoxy có khơng có graphene trước sau tuần thử nghiệm mù muối Sau tuần thử nghiệm Sau tuần thử nghiệm Mẫu sơn epoxy có khuyết tật nhân tạo Cm (F/cm) 1,00E-10 1,00E-09 3,00E-09 5,00E-09 6,00E-09 1,00E-09 3,00E-08 5,00E-08 3,20E-08 Sau thử nghiệm Sau tuần thử nghiệm Sau tuần thử nghiệm Sau tuần thử nghiệm Mẫu sơn epoxy/graphene có khuyết tật nhân tạo Hình Hình ảnh bề mặt lớp phủ epoxy khơng có có graphene vị trí khuyết tật sau tuần thử nghiệm mù muối Để đánh giá so sánh hiệu chống ăn mòn lớp phủ epoxy trường hợp có khơng có graphene, khuyết tật nhân tạo có dạng hình chéo kích thước khuyết tật dài 10 cm tạo bề mặt kim loại (Hình 5) Kết thử nghiệm cho thấy, mẫu khơng có graphene, mức độ ăn mòn tăng dần theo thời gian thử nghiệm vị trí có khuyết tật; độ rộng sâu khuyết tật tăng dần, mức độ gỉ sắt sản phẩm ăn mòn xuất ngày nhiều Ngồi ra, quan sát rõ vị trí ăn mịn lớp phủ xung quanh vị trí khuyết tật toàn bề mặt mẫu Trong đó, mẫu sơn epoxy chứa graphene có mức độ ăn mịn nhiều so với mẫu khơng có graphene Độ rộng sâu khuyết tật tăng gần không đáng kể sau tuần thử nghiệm mù muối Kết thu lớp phủ chứa graphene có độ bám dính cao, nên q trình ăn mịn xảy DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 33 CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ (a) (b) (c) (d) Hình Hình ảnh trực quan composite sở polyester, (a) Polyester/sợi thủy tinh/CaCO3: 80/20/0; (b) Polyester/sợi thủy tinh/CaCO3: 74/20/6; (c) Polyester/sợi thủy tinh/CaCO3: 72/20/8; (d) Polyester/sợi thủy tinh/CaCO3: 68/20/12 Bảng Độ bền va đập composite sở polyester gia cường sợi thủy tinh bột đá CaCO3 Mẫu Hình ảnh bề mặt mẫu sau thử nghiệm Mặt trước Mặt sau Độ bền va đập (kg.cm) Polyester >50 Polyester/sợi thủy tinh/CaCO3 : 80/20/0 >100 Polyester/sợi thủy tinh/CaCO 3: 74/20/6 >60 Polyester/sợi thủy tinh/CaCO : 72/20/8 >30 68/20/12 34 DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 Giòn Giòn - PETROVIETNAM Trước thử nghiệm Sau thử nghiệm Trước thử nghiệm Sau thử nghiệm Thử nghiệm HCl 0,1N Thử nghiệm NaCl 3% Hình Hình ảnh bề mặt composite polyester gia cường sợi thủy tinh trước sau tuần thử nghiệm Hình Quá trình tạo hệ composite epoxy/MS polymer/polyester bề mặt kim loại vị trí khuyết tật khơng bị bong tróc, hạn chế ăn mịn lớp phủ, mức độ ăn mòn cải thiện đáng kể so với lớp phủ không chứa graphene Lớp phủ epoxy/ graphene sử dụng lớp phủ lót chống ăn mịn nghiên cứu 3.2 Nghiên cứu chế tạo lót vị trí gối đỡ Để loại bỏ bẫy nước nguyên nhân gây nên tượng ăn mịn khe, vị trí tiếp xúc kim loại đường ống đề xuất dán lót composite Với độ bền mơi trường đặc tính lý tốt, miếng đỡ có khả cách ly hoàn toàn kim loại với gối đỡ, hạn chế ăn mòn Hiệu biện pháp phụ thuộc vào độ bền đặc tính lý lót composite chế tạo Tấm lót composite chế tạo phương pháp đúc sở nhựa polyester gia cường sợi thủy tinh và/ bổ sung bột đá CaCO3 nhằm tăng đặc tính lý lớp phủ tăng hiệu kinh tế Hình thái học bề mặt composite sau đúc với nồng độ chất gia cường khác quan sát Hình Bề mặt composite chế tạo phương pháp đúc có màu trắng đục, tương đối phẳng đồng Các lót composite sau chế tạo thử nghiệm độ bền va đập phương pháp lực, kết thu Bảng Kết thu cho thấy việc thêm sợi thủy tinh vào thành phần polyester cho phép tăng độ bền va đập nhựa polyester tạo thành Với hàm lượng khoảng 20% sợi thủy tinh, composite polyester có độ bền va đập 100 kg.cm Trong đó, việc thêm bột đá vào thành phần composite polyester/sợi thủy tinh tăng hiệu kinh tế, giảm giá thành sản phẩm nhiên lại tạo lớp composite cứng giòn Khi hàm lượng bột đá 8% composite hình thành giòn vỡ vụn với lực va đập 10 kg.cm Để đánh giá độ bền môi trường, composite sở polyester gia cường sợi thủy tinh thử nghiệm môi trường acid HCl 0,1N dung dịch NaCl 3% quan sát bề mặt mẫu sau thử nghiệm Hình Sau tuần thử nghiệm, bề mặt mẫu composite gần không thay đổi so với mẫu composite trước thử nghiệm, cho phép khẳng định độ bền môi trường mẫu composite polyester/sợi thủy tinh chế tạo DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 35 CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ Mặt trước Mặt sau Hình Hình ảnh bề mặt hệ composite epoxy/MS polymer/polyester sau thử nghiệm độ bền va đập 200 kg.cm 3.3 Nghiên cứu chế tạo hệ composite sở epoxy/ MS polymer/polyester nhằm chống ăn mòn vị trí gối đỡ dụng hệ composite chống ăn mịn đường ống vị trí gối đỡ cơng trình dầu khí làm việc mơi trường khí biển ngồi khơi. Trên sở lớp phủ lót composite epoxy/graphene bền ăn mịn với độ bám dính cao, đệm lót polyester gia cường sợi thủy tinh với đặc tính lý tốt bền mơi trường, dán bề mặt kim loại sơn phủ keo MS polymer để tạo hệ composite epoxy/MS polymer/polyester nhằm ứng dụng chống ăn mòn cho kim loại vị trí gối đỡ Tài liệu tham khảo Hình mơ tả q trình tạo dán polyester mẫu kim loại sơn phủ epoxy keo trám MS polymer Hệ lớp phủ composite epoxy/MS polymer/polyester sau chế tạo chịu độ bền va đập cao, 200 kg.cm, tương đương với độ bền va đập lớp sơn phủ epoxy chứa graphene lớn nhiều so với độ bền lớp polyester thành phần Kết thu Hình giải thích lớp keo trám có khả bám dính tốt thành phần chứa silicone cho phép hệ composite có khả đàn hồi, mềm dẻo nên độ bền va đập tốt, không bị nứt vỡ có tác động ngoại lực Kết luận Các kết nghiên cứu cho thấy tạo hệ composite lớp sở sơn epoxy chứa graphene, keo MS polymer lớp lót composite polyester gia cường sợi thủy tinh có khả bám dính tốt, bền ăn mịn có đặc tính lý vượt trội so với lớp vật liệu thành phần Hệ composite tạo thành có khả che chắn, ngăn cản tiếp xúc trực tiếp đường ống môi trường, đường ống gối đỡ; loại bỏ hồn tồn chế ăn mịn khe ăn mòn galvanic nguyên nhân gây ăn mòn kim loại vị trí gối đỡ Các kết thu cho phép mở khả ứng 36 DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 [1] Jim Britton, "Corrosion at pipe supports: Causes and solutions", Deepwater, 2002 [2] Energy Institute, Guidelines for the integrity management of corrosion under pipe supports (CUPS), 2018 [3] Rogest Dively, Inspection and repair of coatings, coatings for corrosion protection: offshore oil and gas operation facilities, marine pipeline and ship structures, NIST Special Publication, 2004 [4] Victor Garcia, Carlos Boyero, and Jesus Antonio Jimenez Garrido, "Corrosion detection under pipe supports using EMAT medium range guided waves", 19th World Conference on Non-Destructive Testing, Munich, Germany, 13 - 17 June 2016 [5] Stuart M Lee, Handbook renforcement Wiley VCH, 1993 of composite [6] B Ramezanzadeh, S Y Arman, and Milad Mehdipour, “Anticorrosion properties of an epoxy zincrich composite coating reinforced with zinc, aluminum, and iron oxide pigments”, Journal of Coatings Technology and Research, Vol 11, No 5, pp 727 - 737 DOI:10.1007/ s11998-014-9580-0 [7] James McCarthy, "New advances in epoxy protective coatings", Corrosion, Vancouver, British Columbia, Canada, March 2016 [8] Gazala Ruhi and S.K Dhawan, "Conducting polymer nano composite epoxy coatings for anticorrosive applications", 2013 DOI: 10.5772/58388 PETROVIETNAM [9] Jean-Pierre Pascault and Roberto J.J Williams, Epoxy polymers: New materials and innovations Wiley VCH, 2010 [10] Ahmad Ghasemi-Kahrizsangi, Jaber Neshati, Homeira Shariatpanahi, and Esmaeil Akbarinezhad, “Improving the UV degradation resistance of epoxy coatings using modified carbon black nanoparticles”, Progress in Organic Coatings, Vol 85, pp 199 - 207, 2015 DOI: 10.1016/j.porgcoat.2015.04.011 [11] Lijuan Zhu, Chun Feng, and Yaqiong Cao, "Corrosion behavior of epoxy composite coatings reinforced with reduced graphene oxide nanosheets in the high salinity environments", Applied Surface Science, Vol 493, pp 889 - 896, 2019 DOI: 10.1016/j apsusc.2019.06.271 [17] S.Al-Malaika, Reactive modifiers for polymers Blackie Academic & Professional, 1997 [18] R.Secacino, FRP composites in civil engineering CiCe, 2004 [19] Jerry G Williams, "Composite material offshore corrosion solutions", International workshop on corrosion control of marine structures and pipelines Galveston, Texas, 1999 [20] Stephen J Kennedy, "Composite steel structural plastic sandwich plate systems", US Patent No 6,630,249 B2, 2003 [21] George William Berry, Milton Wesley Gregory, John Louis Ambrose, Composite pipe wrap material and method, US Patent No 3757829A, 1973 [12] Edward M Petrie, "MS polymers in “Hybrid” sealants", The Adhesive and Sealant Council, 2010 [22] Fred D Wilson, High temperature composite pipe wrapping system, US Patent No 6276401 B1, 2001 [13] CMH-17, Composite material handbook (Volume - 6) SAE International, 2002 [23] Nguyễn Thị Lê Hiền, "Kỹ thuật tổng trở điện hóa ứng dụng đánh giá khả bảo vệ chống ăn mòn lớp phủ hữu cơ", Tạp chí Dầu khí, Số 5, trang 52 - 59, 2013 [14] Zoran S Petronvic and James Ferguson, "Polyurethan elastomers", Progress in Polymer Science, Vol 16, No 5, pp 695 - 836, 1991 DOI: 10.1016/00796700(91)90011-9 [15] Sabu Thomas, Kuruvilla Joseph, S.K Malhotra, Koichi Goda, and M.S Sreekala, Polymer composites, Volume 1: Macro- and microcomposites Wiley VCH, 2012 [24] Nguyễn Thị Lê Hiền, Phạm Thị Hường, Lê Thị Hồng Giang, Nguyễn Đình Dũng, “Nghiên cứu chế tạo lớp phủ composite epoxy/graphene chống ăn mịn kim loại", Tạp chí Dầu khí, Số 4, trang 27 - 38, 2022 [16] John T Lutz Jr And Richard F Grossman, Polymer modifiers and additives Marcel Dekker, 2000 RESEARCH ON PRODUCTION OF A COMPOSITE COATING SYSTEM TO CONTROL CORROSION AT PIPE SUPPORTS Nguyen Thi Le Hien, Nguyen Dinh Dung, Pham Thi Huong, Doan Thanh Dat Vietnam Petroleum Institute Email: hienntl@vpi.pvn.vn Summary The coating system which consists of 03 layers based on epoxy anti-corrosion primer containing graphene, MS polymer sealant, and glass fibre reinforced polyester has been studied for control of corrosion at pipe supports Graphene is dispersed at a concentration of 100 ppm in epoxy to form a primer coating, which can improve the adhesion, mechanical properties, and corrosion resistance as compared to epoxy coating without graphene Polyester reinforced with 20% glass fibre allows increased impact strength and enhances the economic efficiency of the pipelining The silicone-based MS polymer layer with good elasticity and high adhesion helps increase the impact strength of the composite system and completely isolate the pipe from the environment, eliminating the crevite and galvanic corrosions at pipe supports Key words: Corrosion under support, epoxy/graphene, MS polymer, reinforced polyester DẦU KHÍ - SỐ 5/2022 37 ... chế ăn mịn lớp phủ, mức độ ăn mịn cải thiện đáng kể so với lớp phủ không chứa graphene Lớp phủ epoxy/ graphene sử dụng lớp phủ lót chống ăn mòn nghiên cứu 3.2 Nghiên cứu chế tạo lót vị trí gối đỡ. .. báo giới thiệu kết nghiên cứu chế tạo hệ phủ composite sở epoxy chứa graphene/MS polymer/polyester gia cường nhằm bảo vệ chống ăn mịn đường ống vị trí gối đỡ Với đặc điểm hệ lớp composite có độ... thường) nghiên cứu ứng dụng cho nhiều mục đích khác Để chống ăn mịn cho đường ống vị trí gối đỡ, nhiều cơng ty công nghệ giới thiệu giải pháp dán lớp composite vị trí gối đỡ bọc (wrapping) composite