Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Chủ nhật, 17/10/2021 | 17:16

Chủ nhật, 17/10/2021 | 17:16

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 08:11 ngày 07/09/2021

Chế tạo vật liệu bọc đường ống dẫn dầu có khả năng chống ăn mòn và tác động cơ học

Ngành khai thác dầu khí đóng vai trò quan trọng cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, bảo vệ chủ quyền và góp phần thực hiện chiến lược kinh tế quốc gia. Để chống ăn mòn hệ thống đường ống, đặc biệt là hệ thống đường ống dẫn dầu trong môi trường nước biển, ngành dầu khí hiện nay có nhiều phương án khác nhau như sơn phủ, chất ức chế, điện hóa…Tuy nhiên, các nghiên cứu trong và ngoài nước chỉ ra rằng phương pháp chống ăn mòn hiệu quả nhất cho hệ thống đường ống vẫn là sơn phủ bề mặt. 
Vai trò của sơn phủ làm ngăn cách bề mặt kim loại với môi trường nước biển xâm nhập, giải quyết được vấn đề phá hủy do ăn mòn gây ra. Tuy nhiên, các tác động khác như ứng suất nứt gãy, xước, móp ống do các tác động cơ học làm cho bề mặt kim loại lộ ra dẫn đến quá trình ăn mòn thêm trầm trọng thì chưa khắc phục được.
Trong ngành khai thác dầu khí, phương pháp chống ăn mòn hiệu quả nhất cho hệ thống đường ống là sơn phủ bề mặt. (Ảnh minh họa: http://xddaiviet.com/)
Xuất phát từ thực trạng đó, TS. Đặng Hữu Trung - Giảng viên khoa Công nghệ hóa cùng các cộng sự của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu bọc đường ống dẫn dầu có khả năng chống ăn mòn và tác động cơ học”.
Mục tiêu của đề tài nhằm chế tạo được vật liệu composit bọc đường ống dẫn dầu trong môi trường nước biển, có độ bền va đập cao, khả năng chống ăn mòn tốt, từ tổ hợp nhựa epoxy, chất đóng rắn Fujicure FXD-822 và gia cường bằng sợi thủy tinh.
Theo TS. Đặng Hữu Trung, vấn đề chế tạo tổ hợp vật liệu đi từ hai thành phần là nhựa nền epoxy và sợi thủy tinh gia cường để bọc đường ống giải quyết được hai vấn đề. Vấn đề thứ nhất là chống ăn mòn đường ống thép phía trong bằng nền sơn phủ epoxy. Vấn đề thứ hai là chống được các tác động cơ học lên đường ống bởi lớp sợi thuỷ tinh gia cường.
TS. Trung cũng cho biết, với nhiều tính năng vượt trội khi ứng dụng thực tế, vật liệu polymer composite được các nhà khoa học trong và ngoài nước tập trung nghiên cứu. 
Vật liệu composite trên cơ sở nhựa epoxy, chất đóng rắn và sợi gia cường có rất nhiều chủng loại khác nhau như nhựa epoxy epikote 828, epoxy DER 331, epoxy ED-20…, hay chất đóng rắn như DETA, Fujicure, Versamit…, hay sợi gia cường như sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi kevlar… Ứng với mỗi loại có các đặc tính kỹ thuật khác nhau, dẫn đến độ bền cơ học của vật liệu sau khi tổng hợp khác nhau. 
“Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng nhựa epoxy ED-20 (Nga), chất đóng rắn Fujicure FXD-822 (Đài Loan) và sợi thuỷ tinh gia cường (Trung Quốc)”, TS Trung cho biết.
Nhóm nghiên cứu đang bọc đoạn ống sản phẩm. (Ảnh: Nhân vật cung cấp)
Nhóm nghiên cứu đã khảo sát mức độ phản ứng giữa chất đóng rắn Fujicure FXD-822 với nhựa epoxy ED-20 ở các tỷ lệ khác nhau. Kết quả cho thấy ở tỷ lệ 50/100 PKL cho mức độ đóng rắn cao nhất và đạt 94% sau 6 giờ. Nhóm cũng đã xác định tính chất nhiệt DSC của hai loại mẫu vật liệu tối ưu, kết quả cho thấy mẫu nhựa nền và mẫu composit dùng để bọc chống ăn mòn và tác động cơ học làm việc đến nhiệt độ tối đa 260oC.
Kết quả, nhóm nghiên cứu cũng đã chế tạo được 4 loại mẫu nhựa nền và 4 loại mẫu composit có thành phần các tỷ lệ chất đóng rắn/nhựa/sợi khác nhau và xác định độ bền va đập của mẫu nhựa nền và mẫu composit. Kết quả cho thấy ở mẫu nhựa nền độ bền va đập cao nhất đạt 6,1 Kj/m2 ở tỷ lệ chất đóng rắn Fujicure/epoxy 50/100 PKL và mẫu composit gia cường sợi thuỷ tinh đạt 284,55 Kj/m2 ở tỷ lệ sợi/nhựa 60/40 PKL.
Quy trình bọc đường ống dẫn dầu bằng vật liệu composit gia cường bằng sợi thuỷ tinh và bọc đường ống kim loại có kích thước đăng ký: Ø150 mm, chiều dài 1000 mm, độ dày lớp bọc ≈4 mm cũng đã được nhóm nghiên cứu xây dựng hoàn thiện. 
TS Trung thông tin thêm “Qua quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã xác định tính chất nhiệt DSC của hai loại mẫu vật liệu tối ưu. Mẫu nhựa nền và mẫu composit dùng để bọc chống ăn mòn và tác động cơ học làm việc đến nhiệt độ tối đa 260oC. Ngoài ra, chúng tôi cũng đã xác định được độ bám dính bề mặt và tổng trở điện hoá của hai loại mẫu tối ưu dùng để bọc chống ăn mòn đường ống. Theo đó, mức độ bám dính cũng như khả năng che chắn rất tốt giữa vật liệu composit với bề mặt đường ống trong môi trường ăn mòn NaCl 3%.”
“Nghiên cứu chế tạo vật liệu bọc đường ống dẫn dầu có khả năng chống ăn mòn và tác động cơ học” là hướng nghiên cứu quan trọng và cần thiết, góp phần vào việc phát triển ngành dầu khí ở nước ta. Đây cũng được đánh giá là một đề tài có tính ứng dụng cao, có thể mở rộng hoặc nghiên cứu sâu hơn để có thể ứng dụng được trong thực tiễn.

Bích Phương
lên đầu trang