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石墨烯纳米防腐涂料在油田管道重防腐领域的应用

石墨烯纳米防腐涂料在油田管道重防腐领域的应用

 

  石墨烯又称单层墨,是一?#20013;?#22411;的二维纳米材料,是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。因其特殊纳米结构和优异的物理化学性能,石墨烯在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、防腐、储能和传感器等领域应用前景广阔,被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料?#34180;?#30707;墨烯相关专利开始呈现爆发式增长。总体看来,石墨烯技术开始进入快速成长期,并迅速向技术成熟期跨越。全球石墨烯技术研发布局竞争日趋激烈,各国的技术优势正在逐步形成。

石墨烯出现在实验室中是在2004年,当时,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈;杰姆?#28034;?#26031;特亚;诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片?#29615;?#20026;二。?#27426;?#22320;这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层原子构成的薄片,这就是石墨烯。这以后,制备石墨烯的新方法层出不穷,经过5年的发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此,两人在2010年获得?#24403;?#23572;物理学?#34180;?/span>

     2013年,我?#24378;?#22987;把石墨烯应用在防腐涂料的研发上,因其良好的防腐性能,我?#21069;?#20135;品应用在油田气田的运输管道的防腐?#23567;?#30446;前石墨烯不仅是最坚硬的材料,同时还是防腐涂料领域已知的最薄的一种,一根头发丝的直径约是10万层石墨烯叠加起来的厚度。将它涂在金属表面,可以保护金属不受腐蚀。众所周知,金属腐蚀无法完全避免,因此防止金属腐蚀是一个很严重的全球性问题。一般防腐蚀的方法就是简单的给金属上漆,隔绝金属与空气和水的接触,这种方法只能达到短时间内金属不被腐蚀,需要定期维护,且有?#27426;?#30340;局限性。因为在一些特殊领域,超薄的防腐涂层更有利于产品的使用,比如一些微电子组件,太阳能电池,气体传感器等领域。

油田管道运输作为石油、水、气体等介?#39318;?#23433;全经济的输送方法,已经有了100多年的发展历史。?#27426;?#22312;管道输送的过程中,由于管道所处的内外腐蚀环境往往复杂多变,管道腐蚀问题成为影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素。综合各种腐蚀因素考?#29301;?#30446;前油田管道的腐蚀问题主要集中表现在注水管线、热回水、蒸汽伴热管线、高含水输油管线以及储罐部分、污水处理设备等油田的生产设施,随着我国油田开采时间增加,注水水质?#27426;?#24694;化,以及硫酸盐氧化还原菌逐渐增多,由此所造成油田井下管柱和输油管线及容器严重腐蚀、结垢已成为困扰油气正常开采和输送的“顽症?#34180;?#36817;几年来,许多新型防腐漆应运而生,但大多效果不尽如意,且有的生产操作复杂,产品价格昂贵,有的造成环境污染,无法大面积推广应用。而重防腐涂料常在腐蚀性介质的长期直接浸泡中工作。例如:埋地管道的防腐层常在地下水(淡水或海水)、地下酸、碱或盐的强腐蚀性介质浸泡下工作;同时,还受地下厌氧菌和?#21442;?#26681;茎的?#36136;礎?#21407;油储罐的内防腐则需要在含有酸性介质和大?#20811;?#30340;原油中工作。上述的工作环境比一般的防腐层所处的环境要恶劣的多,这是重防腐的工作性?#31034;?#23450;的,也是一般的防腐技术不能达到的。

而我公司在通过在防腐涂料中添加石墨烯,并把产品配方进行一系列的改进成功研制出了806石墨烯改性纳米防腐涂料,并通过一系列的实验,?#27426;?#21019;新,在20143月份成功的将产品应用在地下输油管道的防腐施工中,通过了甲方的全部?#37327;?#30340;验收条件,获得了客户的好评。

该产品的成功应用,完全离不开石墨烯这一高新新型纳米材料的加入,石墨烯本身具有的一些超强性能在油漆防腐中起到了至关重要的作用。

  石墨烯的小尺寸效应,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?#27426;?#31243;度上阻止和延缓了小分子腐蚀介质浸入金属基体,增强了涂层的物理隔绝作用,增强了涂层的防腐性能

石墨烯呈片状结构,是极其薄的片?#23665;?#26500;,它可以再涂层中程程叠加,形成了致密的物理隔绝层,小分子的腐蚀介质很难通过这层致密的隔绝成,所以掺加了石墨烯的防腐涂料有极强的物理隔绝作用。

     石墨烯的防水性,石墨烯的表面效应使得石墨烯与水的接触角很大,?#36816;?#30340;润湿性很差,水分子很难被石墨烯吸收,当环氧树脂其中加入了石墨烯后,石墨烯会吧水分子阻挡在涂层外,使得水分子接触不到金属基体表面,从而降低了金属表面的腐蚀。

     石墨烯有很强的导电作用,石墨烯的特殊结构使得石墨烯有快速的导电性,电子会通过石墨烯传递到金属涂层上,阴极电子不会直接发生在金属上,而是直接与涂层发生?#20174;Γ?#36825;样就会减慢了氢氧化铁的生成,降低了?#36234;?#23646;的溶解,也?#36234;?#23646;进行了保护,这是利用了石墨烯的导电性?#36234;?#23646;基体进行保护。


  

 


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