فراخوان دست‌یابی به دانش فنی تولید پوشش خطوط لوله مدفون در خاک بر پایه رزین اپوکسی و پلی‌یورتان

به گزارش بازارکار از روابط‌عمومی بنیاد ملی علم ایران (INSF) ؛ براساس برنامه‌ریزی‌های صورت گرفته، بنیاد ملی علم ایران در راستای مأموریت‌گرا‌شدن پژوهش‌ها و حمایت از طرح‌های پژوهشی که به فناوری روز دنیا می‌پردازد و می‌تواند باری از دوش صنعتگران کشور بردارد، فراخوان‌هایی را با عنوان برنامه حمایت از پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان منتشر می‌کند. در این برنامه، نیاز‌های پژوهشی پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان، از طریق سامانه کایپر بنیاد ملی علم ایران به این نهاد اعلام می‌شود و پس از بررسی و داوری‌های لازم، فراخوان پژوهش‌های عمیق و پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان به پژوهشگران و محققان اعلام می‌شود.
فراخوان دست‌یابی به دانش فنی تولید پوشش خطوط لوله مدفون در خاک بر پایه رزین اپوکسی و پلی‌یورتان به عنوان یکی دیگر از فراخوان‌های این برنامه، منتشر می‌شود.
توضیحات فراخوان
پیشینه مسئله تحقیقاتی:
امروزه نیاز به خطوط لوله گاز طبیعی و نفت و توسعه آن ضرورتی جهانی است، شبکه لوله‌های گاز و نفت، وظیفه گردآوری، انتقال و توزیع را بر عهده دارند. از سال ۱۹۷۱، دولت آمریکا شرکت‌های نفت و گاز را ملزم کرده است که کلیه خطوط لوله خود را قبل از نصب در زیر خاک یا آب، با مواد مناسب پوشش دهند. با توجه به توزیع سوخت مایع و گاز تا درب منازل، شبکه گسترده‌ای از آن‌ها وجود دارند که نیاز به نگهداری و بازرسی دائمی‌دارند. بازرسی کلی از خطوط لوله هر پنج‌سال یک‌بار انجام می‌شود تا مشکلات جریان انتقال یا علائم آسیب‌دیدگی ظاهری پیش از بروز جدی، شناسایی و رفع شوند. پوشش‌های محافظ خوردگی و نشت مواد سوختی به دو دسته داخلی و خارجی لوله تقسیم‌بندی می‌شوند؛ در برابر تنوع گسترده در شرایط محیطی، تنش خاک، مواد شیمیایی موجود در خاک و نمک همچنین باکتری، ریشه گیاهان، فاضلاب، مواد شیمیایی و حلال‌های موجود در خاک باید مقاوم باشند. خطوط لوله گاهاً در صحرای داغ، با دمای بیش از ۱۰۰ درجه فارنهایت یا در آلاسکا با دمای ۷۶ درجه قرار می‌گیرند، اجرای زیرزمینی لوله در مناطق همیشه منجمد بسیار دشوار است. در حال حاضر پوشش‌های اپوکسی دو جزئی برای پوشش‌دهی خطوط لوله نفت و گاز مورد توجه هستند.
باتوجه به اهمیت صنعت نفت و گاز در ایران، پیشرفت‌های قابل توجهی در زمینه تولید داخلی پوشش‌های اپوکسی، پلی‌الفینی چندلایه و پلی‌یورتان صورت گرفته است، نسل‌های جدید پوشش پلی‌یورتان مزایای رقابتی منحصر‌به‌فردی ارائه نموده‌اند که توجه ویژه به تولید داخلی آن را مؤکد می‌سازد. از جمله ویژگی‌های قابل توجه این پوشش‌ها، چسبندگی، خواص محیطی و الکتریکی و مقاومت شیمیایی آن‌هاست.
شرح مسئله تحقیقاتی:
پوشش‌های محافظ بر پایه پلیمرها برای نگهداری و حفاظت سازه‌های فلزی در برابر خوردگی محیط‌های خورنده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پوشش‌های کامپوزیتی متشکل از پیگمنت‌ها، فیلرها، رزین‌های پلیمری آلی و معدنی، حلال‌های آلی و همچنین افزودنی‌های خاص می‌باشند. حسب استفاده و کاربرد هر نوع از این پوشش‌ها، مواد تشکیل‌دهنده و ترکیب درصد آن‌ها متفاوت خواهد بود. همچنین اهداف مورد نیازبرای هر پوشش آلی نیز مختلف است. تغییر در نوع اجزای ذکر شده با توجه به مصرف آن‌ها می‌تواند خصوصیات مورد نیاز را تأمین نماید.
استفاده خاص از انواع پیگمنت و فیلر در پوشش آلی با توجه به Pigment Volume Concentration بسیار حائز اهمیت است و تهیه آن‌ها با توجه به کم‌تر یا بیش‌تر بودن مقدار PVC می‌تواند در خواص نفوذپذیری، فیزیکی و مکانیکی و همچنین مقاومت‌های شیمیائی تأثیرگذار باشد. این پوشش‌ها می‌توانند از چند لایه تشکیل شوند. از طرف دیگر، استفاده از رزین‌های پلیمری معدنی یا آلی، اثرات قابل توجهی بر روی کیفیت پوشش آلی می‌گذارد. نوع رزین آلی و مقدار آن بر روی خواص چسبندگی از نوع adhesieve یا cohesive ، خواص رئولوژیکی، یکنواختی ، براقیت و خواص الکتروشیمیائی فیلم تشکیل شده اثر می‌گذارد. همچنین تشکیل فیلم به گونه thermoset یا thermoplastic عملکرد پوشش آلی را بروی کیفیت و عملکرد دچار تغییر می‌نماید. وجود افزودنی‌های مناسب و تأثیرگذار که بتوانند بر روی خواص ظاهری فیلم و واکنش‌پذیری در شبکه‌سازی ساختمان پلیمری و همچنین بهبود روش‌های اعمال موثر واقع شود از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
بنابراین پژوهش و بررسی هر گونه از این پوشش‌ها با توجه به متغیرهای گسترده ای که در برابر محققین وجود دارد، حوزه نسبتاَ وسیعی را برای تحقیقات فراهم می‌آورد تا محققین بتوانند با استفاده از مؤثرترین مواد تشکیل‌دهنده بر اساس تئوری و تجربه، در عمل به دستاوردهای مؤثر و مورد نیاز خود دست پیدا کنند. انتظاراتی که بر این اساس برای یک پوشش حفاظتی متأثر است بایستی بتواند آزمون‌های متفاوتی که برای پوشش آلی در نظر گرفته می‌شود را برآورده نماید.
در تحقیقات و برای رسیدن به اهداف مورد نظر، ممکن است بدلیل گستردگی خصوصیات مورد انتظار از چند لایه پوششی به‌جای یک تک‌لایه استفاده کرد به‌طوری‌که هر یک از لایه‌ها مسئول برآورده کردن تعدادی از خواص مورد انتظار باشند. بنابراین نزدیکترین لایه به سطح سازه فلزی مسئولیت‌های چسبندگی، مقاومت‌های الکتروشیمیائی ویژه و کنترل خوردگی فلز در برابر محیط خورنده را دارا خواهد بود. لایه‌های بعدی شامل عمدتاَ میانی و نهائی نیز خواص دیگر پوشش از جمله barrier ، مقاومت‌های نفوذی، سایش و خواص مطلوب یک دی‌الکتریک را فراهم می‌سازند. لیکن اگر وظیفه تمام خصوصیات مورد انتظار از پوشش آلی به‌عهده یک تک‌لایه سپرده شود کیفیت پوشش می‌بایستی به گونه‌ای باشد که بتواند همه خصوصیات را از جنبه‌های فیزیکی، مکانیکی، الکتروشیمیائی و ظاهری را برآورده نماید. در پوشش‌های مقاوم به خوردگی و در محیط‌های سخت و خاص از نظر خورندگی، توسعه چنین پوششی می‌تواند با چالش‌های فراوانی همراه باشد. معمولاَ انتظارات مورد نظر از هر نوع از پوشش‌های حفاظتی تعریف می‌گردد و عمدتاَ براساس لیست‌های ارائه شده استاندارد تعریف می‌شوند. استانداردهای ایرانی، اروپائی یا مربوطه به سایر کشورهای پیشنهادی می‌توانند معیار تأیید یا عدم تصویب برای انجام پروژه‌های خاص، محسوب شوند. استانداردهای صنایع نفت و گاز نیز از جمله این موارد به شمار می‌آیند.
پوشش‌های موردنظر در این پیشنهاد علمی، بایستی بتوانند ضمن برخورداری از خصوصیات مختلف فیزیکی، مکانیکی و الکتروشیمیائی، از یک تک‌لایه تشکیل شوند. این تک‌لایه‌ها نسبتاَ ضخیم هستند و مستلزم تأیید تمام خصوصیاتی مندرج دراستانداردهای مربوطه است.
این پوشش‌ها براساس استانداردهای BS EN 10290 و نیز IGS-M-TP-020 تعریف می‌شوند و باید بتوانند آزمون‌های این استاندارد را مورد تأیید خود قرار دهند. تک‌لایه دیگر نیز بایستی بتواند استاندارد BS EN 10289 و نیز IGS-M-TP-027 والزامات فنی آن را با توجه به آزمون‌های تعریف شده با موفقیت به انجام برساند.
چالش‌های نیاز فناورانه:
چالش اصلی این پروژه علاوه بر رعایت تمامی آزمون‌های مندرج در استاندارد EN 10290 & IGS-M-TP-020، روش اجرای متفاوت این محصول با توجه به زمان ژل‌شدن بسیار کوتاه آن است. از آنجایی‌که ساختار رزین و‌هاردنر این پوشش‌ها به طور کلی با رزین و‌هاردنر پلی‌یورتان مورد استفاده در سطوح بیرونی ( Outdoor ) متفاوت است، لذا انتخاب گرید مناسب رزین و‌هاردنر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همچنین بررسی سازوکار نوع حفاظت کاتدی مورداستفاده در خطوط لوله مدفون ( Impressed Current ) و تغییرات PH در حد فاصل بین پوشش و Substrate ، مقاومت در برابر جدایش کاتدی را بسیار مهم نشان می‌دهد.
با توجه به کلیه موارد مطرح شده، لازم است از ایده‌های جدید در طراحی فرمولاسیون استفاده شود.
در مورد پوشش اپوکسی، چالش اصلی این پروژه علاوه بر پاس کردن تمامی‌آزمون‌های مندرج در استاندارد, EN10289& IGS-M-TP-027 داشتن حداقل زمان ژل شدن به جهت جلوگیری از نفوذ گرد و خاک و حشرات بر روی فیلم رنگ که باعث ایجاد Holiday می‌شوند و نیز قابلیت عدم شره کردن فیلم رنگ در ضخامت‌های بالا در اعمال می‌باشد.
هر یک از تست‌های مندرج در استاندارد وابسته به خواص فیزیکی، مکانیکی، رئولوژی و الکتروشیمیایی محصولات هستند و لذا استفاده از مواد تشکیل دهنده پوشش صنعتی در کنار ترکیب درصد مناسب برای آنها، حائز اهمیت بوده و در این کار تحقیقاتی مورد توجه قرار می‌گیرند.
شکل ۱. شماتیک فرایند و مراحل انجام پروژه
گام‌های تحقیقاتی و الزامات طرح:
آنالیز معکوس نمونه خارجی (تفکیک جامد / مایع)؛ انتخاب بهترین مواد تولید شده و طراحی آزمون؛ تهیه مواد شیمیایی و ارزیابی خواص فیزیکی / شیمیایی / الکتروشیمیایی / مکانیکی؛ توسعه فرمولاسیون و تست عملکرد (کوتاه‌مدت) با توجه به آزمون‌های مندرج در استانداردهای & IGS-M-TP- 27EN 10289 و & IGS-M-TP-020 EN10290؛ انجام آزمون‌های تایپ تست (بلندمدت)؛ اصلاح فرمولاسیون و بررسی مجدد آزمون‌های Failed شده؛ ساخت نمونه آزمایشگاهی؛ اخذ تأییدیه.
خروجی نهایی تحقیق:
پوشش خطوط لوله مدفون در خاک بر پایه رزین اپوکسی و پلی‌یورتان مطابق با استاندارد‌های EN 10289 & IGS-M-TP-027 و EN 10290 & IGS-M-TP-020.
تسهیم مالکیت فکری:
مالکیت معنوی: بر اساس مفاد قرارداد فی مابین متقاضی و مجری خواهد بود. مالکیت منافع مادی: بر اساس مفاد قرارداد فی مابین متقاضی و مجری خواهد بود.
نحوه پذیرش:
رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود.
ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد. افراد پیشنهاد شده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند. زمان‌بندی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش مورد تقاضا باشد. (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند اما بدیهی است جزئیات اجرایی در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد) تیم پیشنهاددهنده، زیرساخت انجام پژوهش اعم از آزمایشگاه و کارگاه را داشته باشند. پروپوزال طبق فرمت پیشنهادی بنیاد، تهیه و ارسال شده باشد.
هزینه‌های قابل قبول:
حق‌التحقیق نیروی انسانی؛ تست‌ها و آنالیزها؛ خدمات.
حوزه‌های اولویت‌دار
میان گروهی / مهندسی پلیمر / صنایع رنگ
واجدین شرایط
پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیئت علمی یکی از دانشگاه‌ها و موسسات آموزش عالی کشور باشد.
از پروپوزال‌هایی که در قالب رساله دکتری و طرح پسادکتری تعریف شوند، حمایت فوق‌العادهمی‌شود.
پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه کایپر، ارزیابی انجام گرفته و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی دعوت خواهد شد.
تاریخ فراخوان
کلیه افراد واجد شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی تا ۳۰ دی فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر / بخش پژوهشگر و متقاضی / فراخوان پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان برای بنیاد ملی علم ایران ارسال نمایند.‌‌‌‌‌‌‌
مبلغ حمایت
پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر ۲ میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تأمین شود.
کارگروه مسئول
در صورت هرگونه سوال می‌توانید با کارگروه دانش‌بنیان با ایمیل: m.amini@insf.org
و شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۲۱ تماس بگیرید.