专家认为聚合物是更好保护管道的关键

理查德·麦克唐纳，美国记者

(P&GJ) — 涂料行业的领导者表示，最近开发了许多创新产品和服务，可增强腐蚀控制并提供更好的管道涂料。此外，多项技术正在接受测试，实验室和现场的研究项目也正在进行中。

工人们在工厂检查新涂层。

“已经开发的一些产品是远程监控，为危险和非危险区域的资产、管道和储罐上安装的防腐蚀系统提供实时 24 小时监控，”Kimberly-Joy Harris 博士说， EnLink Midstream 管道完整性和腐蚀经理以及材料保护和性能协会 (AMPP) 董事会副主席。

她指出，“Power BI 数据库技术最近被用于实时监控多个系统，并提供有关防腐蚀和涂层评估进展的 KPI [关键绩效指标]。”

哈里斯在能源领域拥有 30 多年的专业知识，专门从事增强资产完整性和可持续性、效率和创新的项目的领导和咨询。她拥有两个硕士学位，一个是德克萨斯大学奥斯汀分校的能源转型硕士学位，另一个是科罗拉多基督教大学的组织领导硕士学位。

哈里斯表示，正在测试几种创新产品，以确定它们是否可以增强腐蚀控制并提供更好的管道涂层。其中包括“……先进的远程无人机监控、在某些情况下将取代传统管道系统的智能管道技术，以及用于腐蚀控制的远程监控技术，用于通过网络监控埋地泄漏检测传感器系统。”

金伯利·乔伊·哈里斯

她指出，“……纳米涂层技术系统的自清洁、自修复能力不断受到测试/评估。”

许多正在进行的研究项目涉及以管道为重点的技术。她引用的其中一项涉及数字孪生，即使用机器学习和虚拟建模来复制管道系统。

她解释说，这项技术“可以获取腐蚀防护数据[内部/外部腐蚀防护数据和各种类型的涂层]，并确定系统沿线的威胁重点区域，以确保正确放置监测设备以及涂层类型的适用性”。

此外，Harris 表示，针对防腐蚀监测和涂层评估的在线检测工具技术以及 Power BI 技术的持续发展也在不断进行研究。

涂层创新

MacDermid Enthone Industrial Solutions 是积极参与提供管道用涂层的公司之一，该公司是一家用于管道腐蚀防护的化学镀镍 (EN) 开发商。 EN 涂层是高度耐腐蚀且几乎无孔的屏障。

“几十年来，这些涂层一直用于保护这个高要求市场中的专用部件，”该公司化学镀镍全球产品线经理 Ambrose Schaffer 说道。 “这项令人兴奋的技术的最新进展表明化学镀镍通常具有卓越的化学惰性，特别是在与石化产品相关的腐蚀性环境中。”

安布罗斯·谢弗

他说，高 P（磷）化学镀镍（重量比 [w/w] P >10.5%）是管道和相关部件应用的首选合金。

“下一代合金在高磷基体中以相对较低的浓度（即 1-2% w/w）加入额外的合金成分，以显着降低孔隙率并改善沉积物的非晶态性质，”Schaffer 说。 “这使得涂层的耐腐蚀性能显着增强。”

合金性能

不同类型的合金可以被认为是用于管道的高性能合金。

QuesTek Innovations 高级材料设计工程师 Gary Whelan 表示：“一般来说，有一系列合金可用于运输碳氢化合物，具体取决于碳氢化合物的腐蚀性。” “如果碳氢化合物相对无腐蚀性，则可以使用简单的碳钢，随着腐蚀性的增加，您可能需要添加更多的铬，倾向于使用不锈钢，不锈钢本身更昂贵，但性能也更高。”

他补充说，对于高腐蚀性碳氢化合物，我们可能会考虑镍合金，在石油和天然气行业中有时将其称为耐腐蚀合金。

加里·惠兰

Whelan 拥有使用集成计算材料工程 (ICME) 来模拟各种材料类别的金属合金（包括钢、铝、镍和钛）的工艺-结构-性能关系的经验。他的研究主要集中在基于物理的模拟和机器学习应用于金属部件的疲劳，重点是增材制造。

最近开发的创新产品可增强腐蚀控制并提供更好的管道涂层，其中包括专注于 ICME 的产品。ICME 是一种在过去 10 至 20 年间开发的方法，利用基于物理的建模和模拟来预测过程结构。材料中的属性关系。

“这种方法对于开发涂层技术很有用，但更重要的是，它对于开发高性能合金很有用，这在许多情况下颠覆了管道等挑战性环境中对涂层的需求，”惠兰说。

ICME 已用于开发高强度耐腐蚀合金，适用于许多应用，包括石油和天然气行业的应用。最近，QuesTek 在一款名为 ICMD 的软件工具中使用了这种方法，这是一个用户友好的、基于网络的环境，供工程师用来解决材料挑战。

惠兰指出，关于增强腐蚀控制和管道涂层的方法以及各种合金元素对金属合金的整体耐腐蚀性和晶界凝聚力的影响的进一步研究正在进行中。

“特别是对于后者，密度泛函理论（DFT）模拟和原子探针实验可以预测和测量合金元素在金属合金中晶界的偏析，”惠兰说，以及“预测这些元素的影响当晶界以高密度存在时，晶界的内聚力受到影响。”

他将这些努力描述为山顶上的一个球。

从动力学上来说，球位于山底更有利于球滚下山；然而，如果你让山坡变得不那么陡峭，让它变得粘稠，或者沿着山坡添加障碍物来阻止球，那么你就可以防止球滚下山。

“在腐蚀开裂的情况下，氢想要使自由表面脱离晶界，这意味着晶粒分离，这是整体材料开裂的一种形式，”他说。

氢使晶粒更容易分离的倾向使材料变脆。目前的研究重点是为这一过程增加障碍，通过将金属与占据晶界处所有斑点的元素进行合金化，并充当内聚力将晶界固定在一起。

他补充说，目前的研究重点是了解每种元素在钢、镍和铝等常见材料中的表现，以便我们能够更好地设计耐腐蚀裂纹的新合金。

石墨烯驱动

石墨烯是一种纯碳粉末，是增强管道涂层的关键。 （照片：HydroGraph 清洁能源。）

石墨烯可能成为增强管道强度的主要选择，它一直是许多行业研究的焦点。

“石墨烯是一种粉末，”HydroGraph Clean Power 首席科学官 Ranjith Divigalpitiya 博士说。 “它是最纯净形式的碳。”

他补充说，大约 20 年前发现的石墨烯在某些情况下可以提高管道涂层的强度。具体来说，通过在环氧涂料中添加石墨烯可以减轻水分和土壤的影响。

该公司表示，从堪萨斯州立大学获得的独家许可使其能够通过专利爆炸工艺生产石墨烯和氢气。 HydroGraph 生产的石墨烯在堪萨斯州曼哈顿生产。

“我们看到其他人正在研究通过在涂料中添加添加剂来强化钢材的方法，”迪维加尔皮蒂亚说。 “尚未联系我们研究石墨烯在管道涂层中的使用。如果客户有需求，我们会很感兴趣。”

HydroGraph 生产的石墨烯目前正用于其他用途，其中一些会影响石油和天然气行业。

例如，他说，石墨烯可以添加到润滑液中的油和油脂中，从而可以延长使用这些润滑剂的设备的使用寿命。

HydroGraph 树脂和复合材料业务开发总监 Randall Zajac 表示：“添加到另一种聚合物中的石墨烯量相对较少。” “石墨烯是一种纳米添加剂。它尺寸小，并且在聚合物中用作添加物的百分比也很小。一般范围是添加到环氧涂料中 0.1% 到 3%。”

该公司目前正在测试石墨烯在能源、通信和国防装置和设备中的多种用途，并补充说，石墨烯与储能设备的聚合物一起使用时可以提高机械强度。

“很多人正在研究聚合物，以增强管道等物品的涂层，”迪维加尔皮蒂亚说。 “我们对这项技术抱有很大的希望。”