اعلام فراخوان «دستیابی به دانش فنی تولید پوشش خطوط لوله مدفون در خاک بر پایه رزین اپوکسی و پلی یورتان»

توضیحات فراخوان

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 دارد که نیاز به نگهداری و بازرسی دائمی دارند. بازرسی کلی از خطوط لوله هر پنج سال 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؛ که 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 ۱۰۰درجه 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 دوجزئی 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.

مشروح مسئله پژوهشی

پوشش‌های محافظ بر پایه پلیمرها برای نگهداری و حفاظت سازه‌های فلزی در برابر خوردگی محیط‌های خورنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. 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 نیاز برای 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 طرفی 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 تشکیل‌شده اثر می‌گذارد. همچنین تشکیل فیلم به گونه thermoset یا thermoplastic عملکرد پوشش آلی را بر کیفیت و عملکرد دچار تغییر می‌نماید. وجود افزودنی‌های مناسب و تأثیرگذار که بتوانند روی خواص ظاهری فیلم و واکنش‌پذیری در شبکه‌سازی ساختمان پلیمری و همچنین بهبود روش‌های اعمال مؤثر واقع شود از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

بنابراین پژوهش و بررسی هر گونه از این پوشش‌ها با توجه به متغیرهای گسترده‌ای که در برابر محققین وجود دارد، حوزه نسبتاَ وسیعی را برای تحقیقات فراهم می‌آورد تا محققین بتوانند با استفاده از مؤثرترین مواد تشکیل‌دهنده براساس 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 می‌بایستی 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 به‌دلیل گستردگی خصوصیات مورد انتظار از چند لایه پوششی به‌جای یک تک لایه استفاده کرد به‌طوری که هر یک از لایه‌ها مسئول برآورده کردن تعدادی از خواص مورد انتظار باشند. بنابراین نزدیکترین لایه به سطح سازه فلزی مسئولیت‌های چسبندگی، مقاومت های 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 بر عهده یک تک لایه سپرده شود کیفیت پوشش می‌بایستی به‌گونه‌ای باشد که بتواند همه خصوصات را از جنبه‌های فیزیکی، مکانیکی، الکتروشیمیائی و ظاهری برآورده نماید. در پوشش‌های مقاوم به خوردگی و در محیط‌های سخت و خاص از نظر خورندگی، تهیه چنین پوششی می‌تواند با چالش‌های فراوانی همراه باشد. معمولاَ انتظارات مورد نظر از هر نوع از پوشش‌های حفاظتی تعریف می‌گردد و بر‌اساس لیست‌های ارائه شده که عمدتاَ براساس لیست‌های ارائه شده استاندارد هستند 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 به‌شمار می‌آیند.

پوشش‌های مورد تحقیق در این پیشنهاد علمی، بایستی بتوانند خصوصیات مختلفی شامل فیزیکی، مکانیکی و الکتروشیمیائی را برآورده نمایند؛ ضمن اینکه از یک تک لایه تشکیل می‌شوند. این تک لایه‌ها نسبتاَ ضخیم است و مستلزم تأیید تمام خصوصیاتی است که دراستانداردهای مربوطه از آن‌ها نام برده شده است.

این پوشش‌ها بر اساس استانداردهای BS EN 10290 و نیز IGS-M-TP-020 تعریف می‌شوند و باید بتوانند آزمون‌های این استاندارد را مورد تأیید خود قرار دهند. تک لایه دیگر نیز بایستی بتواند استاندارد BS EN 10289  و نیز IGS-M-TP-027 و الزامات فنی آن را با توجه به آزمون‌های تعریف شده با موفقیت به انجام برساند.

چالش نیاز فناورانه

چالش اصلی این پروژه علاوه بر قبولی در تمامی آزمون‌های مندرج در استاندارد EN 10290 & IGS-M-TP-020، روش اجرای متفاوت این محصول با توجه به زمان ژل شدن بسیار کوتاه آن است. مخلوط آن‌ها، اعمال در ضخامت‌های بالا و نیز وجود آزمون‌های متفاوت این دسته از محصولات اهمیت آن‌ها را نشان می‌دهد. ازآنجایی‌که ساختار رزین و هاردنر این پوشش‌ها به طور کلی با رزین و هاردنر پلی‌یورتان مورد استفاده در سطوح بیرونی (Outdoor)  متفاوت است، لذا انتخاب گرید مناسب رزین و هاردنر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. همچنین بررسی مکانیسم نوع حفاظت کاتدی مورد استفاده در خطوط لوله ی مدفون  (Impressed Currentو تغییرات PH در حد فاصل بین پوشش وSubstrate ، 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 تمامی آزمون‌های 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 شره‌کردن فیلم رنگ در ضخامت‌های بالا در اعمال می‌باشد.

هر یک از تست‌های مندرج در استاندارد، وابسته به خواص فیزیکی، مکانیکی، ریولوژی و الکتروشیمیائی محصولات است، لذا استفاده از مواد تشکیل‌دهنده 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

1. آنالیز معکوس نمونه خارجی (تفکیک جامد/ مایع)؛
2. انتخاب بهترین مواد تولید شده و طراحی آزمون؛
3. تهیه مواد شیمیایی و ارزیابی خواص فیزیکی/شیمیایی/ الکتروشیمیایی/ مکانیکی؛
4. توسعه فرمولاسیون و تست عملکرد (کوتاه مدت) با توجه به آزمون‌های مندرج در استانداردهای  & IGS-M-TP- 27 EN 10289 و& IGS-M-TP-020  EN10290
5. انجام آزمون‌های تایپ تست (بلند مدت)
6. اصلاح فرمولاسیون و بررسی مجدد آزمون‌های Failed  شده
7. ساخت نمونه آزمایشگاهی
8. أخذ تأییدیه

خروجی پژوهش

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: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای پژوهش سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به‌نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
• مالکیت مادی: با توجه به مدل کسب‌وکار و اجرا و اثبات دستاوردهای حاصل از طرح توسط شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری برای شرکت متقاضی خواهد شد اما مطابق تراضی بین شرکت متقاضی و مجری، قابل اشتراک بین آن‌ها خواهد بود.

نحوه پذیرش

پذیرش طرح‌ها رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود:

1. ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد.
2. افراد پیشنهادشده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند.
3. زمان‌بندی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش موردتقاضا 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)
4. پروپوزال، طبق فرمت پیشنهادی بنیاد، تهیه و از طریق سامانه کایپر ارسال شده باشد.
5. فونت حروف و اعداد فارسی B Nazanin و اندازه قلم 13 و فونت حروف و اعداد انگلیسی، Times New Roman و اندازه قلم 11 باشد.

هزینه‌های قابل قبول

• حق‌التحقیق نیروی انسانی
• تست آنالیز توسط متخصص
• خدمات

حوزه‌های اولویت‌دار

شیمی و پلیمر

واجدین شرایط

پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیئت‌علمی فعال یکی از دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزش عالی کشور باشد. پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه، ارزیابی انجام گرفته و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی دعوت خواهد شد.

فایل‌های پیوست

فرم درخواست پیشنهاده (پروپوزال)

تاریخ فراخوان

کلیه افراد واجد شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی تا ۲۰ دی فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال نمایند.

مبلغ حمایت

پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر ۲/۵ میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تأمین شود.

شیوه ثبت نام و ارسال درخواست

پژوهشگران گرامی جهت ثبت‌نام می‌توانند به سامانه کایپر مراجعه و از طریق بخش متقاضیان/ پژوهشگران اقدام نمایند. درصورتی‌که در این سامانه پروفایل مشخصات فردی ندارید، ابتدا ثبت‌نام نموده و سپس به‌وسیله نام کاربری (Email) و رمز عبور اعطا شده وارد سامانه شوید. پس از ورود در بخش ارسال طرح جدید می‌توانید از کارتابل پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان اقدام به ارسال طرح نمایید. 

مسئول پاسخگویی

در صورت داشتن هرگونه سوال می‌توانید با کارگروه دانش‌بنیان با ایمیل  amini.m@insf.org و شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۵۰ )آقای جندیلی) تماس بگیرید.