(1. Въведение
Океанът, който представлява около 71 процента от площта на земната повърхност, съдържа изобилие от ресурси. Това се превърна в една от посоките на усилията на хората от много години да развиват и използват океана и да превърнат океана в източник на нашето огромно богатство. Въпреки това, морската вода е корозивна поради съдържанието на сол от приблизително 3,5 процента. В допълнение, известно биологично замърсяване в океана също ускорява корозията на морската вода.
Титанът е материал с отлични физични свойства и стабилни химични свойства. Титанът и неговите сплави имат висока якост, малко специфично тегло и са устойчиви на корозия в морската вода и морската атмосфера, което може да отговори добре на изискванията на приложенията на хората в морското инженерство. След години на упорита работа на хора в титанова индустрия и изследователи на океански инженерни приложения, титанът се използва широко в областта на разработването на нефт и газ в морето, строителството на морски пристанища, крайбрежни електроцентрали, обезсоляване на морска вода, кораби, морски риболов и морска топлинна енергия преобразуване. Сега титанът за морското инженерство се превърна в една от основните области на гражданското приложение на титан.
(II) Състояние на приложението
2.1 Разработка на нефт и газ в морски райони
Петролът е жизнената сила на икономиката на една страна. Смята се, че световните възстановими запаси от нефт са 300 милиарда тона, от които запасите от нефт на морското дъно са около 130 милиарда тона. Разработването на подводен петрол започва в началото на 20 век. Неговото развитие премина през процеса от офшорно до далечно море, от плитко море до дълбоко море. Ограничени от техническите условия и материалното развитие, първоначално можеха да се експлоатират само находища на нефт и природен газ, простиращи се директно от брега до плиткото море. От 80-те години на миналия век, стимулирани от енергийната криза и технологичния прогрес, офшорното проучване и разработване на петрол се развива бързо, а офшорното разработване на петрол бързо напредва към континенталния шелф, като постепенно формира нов сектор на офшорната петролна индустрия. Офшорната сондажна платформа е работната база за проучване и експлоатация на подводен нефт и газ и маркира нивото на технологията за разработка на подводен нефт и газ. Офшорното оборудване за добив на нефт включва главно платформи за добив на нефт и спомагателно оборудване, като охладители за суров нефт, нефтени тръби, помпи, клапани, съединения и приспособления. Тези устройства са в контакт със сулфид, амоняк, хлор и други среди в морска вода и суров нефт. Поради отличната корозионна устойчивост на титана в тези среди, Съединените щати използваха произведени от титан колони за офшорни петролни платформи в своите петролни полета в началото на 70-те години и използваха титан за производството на тръбни топлообменници и пластинчати топлообменници. Нагревател. Титановият кожухово-тръбен топлообменник използва морска вода като охлаждаща среда за охлаждане на сместа пара/масло с висока температура, изпомпвана от нефтения кладенец. Титаниевият пластинчат топлообменник също използва морска вода като охлаждаща среда за охлаждане на прясната вода, която охлажда суровия нефт в топлообменника от въглеродна стомана. Съединените щати използват около 100 титаниеви топлообменника на нефтени платформи в Северно море. Твърди се, че титаниевият компонент, поръчан от Hunting Oilfield Services в Абърдийн, Шотландия, Обединеното кралство, е първият в света титаниев щранг с високо налягане за проекта Heidrum на Conoco в Норвегия.
Титановата сондажна тръба от петролна титанова сплав има дълъг експлоатационен живот, теглото й е само половината от това на неръждаемата стомана, но гъвкавостта й при използване е два пъти по-голяма от тази на неръждаемата стомана, а експлоатационният й живот е 10 пъти по-голям от тази на стоманата. Тези отлични свойства правят титана отличен материал за пробиване на трудни почти кръгли дълбоки кладенци. Комбинираните сондажни инструменти, включително титаниеви сондажни тръби, могат значително да намалят времето за пробиване и общите разходи за пробиване. През 2000 г. GrantPrideco, RTI Energy Systems и Torch Drilling Services в Съединените щати за първи път използват титаниеви сондажни тръби за индустриални приложения. Титаниева сондажна тръба, произведена и доставена от GrantPrideco и RTI Energy Systems, също включва стоманени инструментални съединения от GrantPrideco Anti-Fatigue. Съединенията са леки, гъвкави при употреба и правят титаниевите сондажни тръби здрави и здрави.
Тръбопроводната система за морска вода е незаменима част от подводната експлоатация на нефт. Тъй като титанът има висока устойчивост на корозия към морска вода, експлоатационният му живот е 10 пъти по-дълъг от този на стоманената система. Следователно цената на титановата тръбопроводна система е рентабилна в сравнение с Cu-Ni системата. на. Active Metals of America и Precision Tube Technology съвместно създадоха компания за технологии за титаниеви тръби за производство на тръба от титанова сплав с голям диаметър. Сплавта, използвана в тази тръба, е Ti-3Al-2.5V сплав, диаметърът е 650 mm, дебелината на стената е 22-25 mm, а дължината е 350 m. Друга компания в Съединените щати използва безшевни тръби от титанова сплав с дължина 15 m, външен диаметър 600 mm и дебелина на стената 25 mm, за да направи почти 500 m дълга щрангова тръба чрез екструзия, която е била използвана в офшорна сондажна платформа. Твърди се, че теглото на щранг тръбата може да бъде намалено наполовина, което може значително да намали цената на баласта, освен това има висока якост на счупване и дълъг живот на умора.
Според докладите с данни в проекта за разработване на петролни находища в Северно море в Съединените щати количеството титан, използвано в устройството за плаващо тяло на кораба и неподвижното устройство на морското дъно, се е увеличило в сравнение с предишното. Търсенето на титанови материали за 24 устройства с плаващо тяло и 64 подводни неподвижни устройства е: 50-100t за предпазни устройства за безопасност, 50-100t за свързващи устройства, 400-1000t за общо повдигащо оборудване и 1400-4200t за сондажни тръби. Корозията на структурните части, причинена от биологично замърсяване на офшорните платформи за проучване на нефт, е доста сериозна. Компания в Съединените щати използва дълги обвивки, изработени от титанови тръби на минните платформи, за да защити частите на платформата.
През последните няколко години се наблюдава значително увеличение на употребата на компоненти от титанови сплави при нефтени сондажи и офшорни производствени операции. Компонентите от титанова сплав позволяват сондажите за нефт да имат достъп до по-дълбоки води и по-дълбоки кладенци, включително по-високи температури и силно корозивни (т.е. солени) производствени среди.
За този тип приложение сплавта на основата на титаниева пръчка TC4 (Ti-6Al-4V) е най-подходящата и с най-ниска цена по отношение на цялостната производителност. Тръбопроводната система за морска вода е незаменима част от подводната експлоатация на нефт. Тъй като титанът има висока устойчивост на корозия към морска вода, експлоатационният му живот е 10 пъти по-дълъг от този на стоманената система. Следователно цената на титановата тръбопроводна система е по-рентабилна от тази на системата Cu-Ni. на. Active Metals of America и Precision Tube Technology съвместно създадоха компания за технологии за титаниеви тръби за производство на тръба от титанова сплав с голям диаметър. Сплавта, използвана за тази тръба, е сплав TA18 (Ti-3Al-2.5V) с диаметър 650 mm, дебелина на стената 22-25 mm, дължина 350 m и тръба с тегло 80-90t, която се планира да се използва за подводно проучване на нефт. Друга компания в Съединените щати използва безшевни тръби от титанова сплав с дължина 15 m, външен диаметър 600 mm и дебелина на стената 25 mm, за да направи почти 500 m дълга щрангова тръба чрез екструзия, която е била използвана в офшорна сондажна платформа. Твърди се, че теглото на щранг тръбата може да бъде намалено наполовина, което може значително да намали цената на баласта, освен това има висока якост на счупване и дълъг живот на умора.
Практиката е доказала, че сплавта Ti-6Al-4V (Gr.5_TC4) е най-добрият материал за пробиване на тръби. Като приложения за пробиване границата на провлачване и якостта на умора са най-важни. Следователно, две сплави Gr.5 с особено ниски интерстициални елементи са подходящи за За по-критични динамични повдигащи устройства. Когато работната температура надвиши 75 ~ 80 градуса, за да се предотврати корозия на пукнатини или корозия под напрежение, се използва сплав Gr29, съдържаща рутений.
Най-често използваните компоненти включват офшорни сондажни подемници, сондажни тръби, конични напрегнати съединения (TSJ) и хибридни подемници от титан/стомана.
Малки титанови компоненти като титанови помпи, клапани, съединения, крепежни елементи, скоби и резервни части са широко използвани на платформи за сондиране на петрол. Титановите сплави също се използват широко в черупките на инструментите за регистриране на нефт в морето в чужбина.
2.2 Пристанищни сгради
Титанът има оксиден филм с дебелина не повече от 10nm на повърхността. Той е много стабилен в корозивни среди и има отлична устойчивост на корозия във въздуха, морската вода и морската среда. В момента е най-подходящата суровина за различни морски среди. Япония енергично извърши морско развитие, като например моста от Хонсу до Шикоку, моста над Токийския залив, летището Кансай и плаващата база за съхранение на нефт. Тестът за експозиция, проведен от Министерството на строителството и Клуба за желязо и стомана на Япония на повърхността на океана на река Ойгава и докладите от разследването на различни тестове за експозиция на антикорозия, проведени от Министерството на транспорта и Асоциацията за стоманени тръбопроводи на плаващия босаки пясъчната естакада също показа, че титанът е най-подходящият материал. В допълнение към отличните си антикорозионни свойства, титанът има и предимствата на много малко разтворени йони в околната среда на морската вода, липса на токсичност и няма нужда да се тревожите за замърсяване на околната среда. Япония също е построила супер голяма плаваща морска структура, използвайки композитни материали от титан и стомана в морската вода; при изграждането на магистралата, обхващаща Токийския залив, титаниеви материали са използвани като устойчив на пръски торс на стълбовете на моста, а композитните материали от титан и стомана на всеки мостов стълб са. Сумата е 0,9 тона. Големите плаващи морски структури, които вече се използват или са планирани, включват летища, пристанищни логистични бази, спортни съоръжения и др.
2.3 Крайбрежни електроцентрали
Цялостното използване на морската вода е един от важните проекти в морското инженерство. Кондензаторът на бреговата електроцентрала е устройство, което използва голямо количество морска вода. Титанът, използван в крайбрежните електроцентрали, е главно титан, използван в кондензатори. Тъй като кондензаторът използва морска вода като охлаждаща вода, а морската вода съдържа голямо количество кален пясък, суспензия, морски организми и различни корозивни вещества, ситуацията е по-сериозна в прясната саламура, където морската вода и речната вода се редуват. Традиционните кондензатори използват тръби от медна сплав, които често са сериозно повредени поради различна корозия в морската вода. Титанът има добра устойчивост на корозия в морска вода, особено в замърсена морска вода, и неговата устойчивост на високоскоростна ерозия е особено изключителна.
2.4 Устройство за обезсоляване на морска вода
„Водата е източник на живот“. В момента недостигът на вода се е превърнал в проблем, измъчващ света. Около 25 процента от населението на света не разполага с подходящи източници на питейна вода. Сухоземните реки и подпочвените водни ресурси в света далеч не отговарят на нуждите на индустриалното развитие. Следователно обезсоляването на морската вода ще бъде ефективен метод за човешките същества за решаване на сладководни ресурси в бъдеще.
От гледна точка на развитието на обезсоляването на морска вода у нас и в чужбина, има основно два метода: дестилация и обратна осмоза. Първият е да нагрее морската вода, за да я изпари, и след това да кондензира парата, за да получи прясна вода. Последният е да нагнети морската вода, така че прясната вода в нея да премине през специална мембрана и да задържи солта, за да се получи прясна вода. Ранните устройства за обезсоляване на морска вода са използвали медни сплави, въглеродна стомана и други материали. Тъй като тези материали не са устойчиви на корозия от морска вода и имат ниска производствена ефективност, те бързо бяха заменени от титан с отлична устойчивост на корозия в морска вода. При обезсоляването на морска вода основното приложение на титан е тръбата за пренос на топлина на нагревателя на инсталацията за обезсоляване. Основните производители на инсталации за обезсоляване са САЩ и Япония. До 2004 г. в света имаше повече от 15 000 инсталации за обезсоляване, построени или в процес на изграждане, с дневна производителност от около 32 милиона тона прясна вода. Японската компания построи 10 дестилационни агрегата за Саудитска Арабия с дневна производителност от 30,000 тона прясна вода, използвайки 3200 тона титанови тръби и средна дневна производителност от 10,000 тона, изискваща 107 тона титан.
Тиендзин, Шандонг и други места в моята страна са построили или изграждат инсталации за обезсоляване на морска вода. Например предварителният план за обезсоляване на морска вода в Тиендзин е да се произвеждат 500000 тона прясна вода на ден до 2007 г. и 700000 тона до 2010 г. Изчислено е, че около 250 тона титан ще се използва в проекти за обезсоляване на морска вода в Тиендзин и Шандонг.
2.5 Кораби
Титанът и неговите сплави са устойчиви на корозия в морска вода и морска атмосфера и се считат за добри корабни материали поради лекото им специфично тегло, висока якост, устойчивост на удар, немагнитно предаване на звук и малък коефициент на разширение. През последните години приложението на титан в корабите привлече много внимание. Военноморските сили и корабостроителната индустрия на различни страни също отдават голямо значение на прилагането на титан върху кораби и са разработили много видове морски титанови сплави. Титанът и неговите сплави се използват широко в кораби, като конструкции на корпуси, кораби за дълбоководни изследвания и корпуси под налягане на подводници, тръби, клапани, кормила, скоби на валове, аксесоари, витла и тласкащи устройства в силовите задвижвания Валове, топлообменници, охладители, корпус сонарни обвивки и др.
Първото приложение на титан върху корпуса на кораб беше подводницата от клас алфа на бившия Съветски съюз. Впоследствие титанът се използва в изкуствени или безпилотни подводници за дълбоководни изследвания и дълбоководни помощни подводници. Индустриалният чист титан се използва за общи структурни части, а сплавта Ti-6Al-4V се използва за съдове под налягане. Според докладите използването на титан в структурата на корпуса може не само да намали теглото на самия корпус, да увеличи ефективното тегло на товара, но също така да намали поддръжката и да удължи експлоатационния живот на кораба. Алуминиевата сплав, меката стомана и други структурни материали на корпуса обикновено изискват поддръжка в рамките на 10 години, докато титаниевите материали почти не се нуждаят от поддръжка и ремонт и техният живот може да бъде удължен от обичайните 20 години до 30 до 40 години.
Проучванията на Япония върху титанови сплави за кораби за дълбоководни изследвания са плодотворни. Почти всички камери под налягане "Deep-Sea 6500", които могат да поемат 3 оператора, използват титанови сплави. Това е резултат от дългосрочни усилия на Mitsubishi Heavy Industries Kobe Shipyard. Подводниците използват голямо количество титан. Например ядрена подводница с дълбочина на гмуркане 900 м използва до 3500 тона титан.
2.6 Морски риболов
Според докладите, японската рибна индустрия се е променила от риболов към рибовъдство и изкуствено са култивирани риба лъв, камбала, змиорка и др. В технологията за изкуствено развъждане широко се използват титаниеви метални мрежи и титаниеви тръбни топлообменници за поддържане на определена температура на морската вода. Изкуствената култура на групер е реализирана в крайбрежните райони на Фуджиан в моята страна и използваната кошница за култури от титаниева плоча донесе отлични ползи за културата на групер.
2.7 Преобразуване на топлинната енергия на океана
В океана има огромна енергия, като енергията на приливите и отливите, енергията на вълните, енергията на температурната разлика, енергията на океанските течения и енергията на разликата в солта и така нататък. С нарастващия недостиг на енергия в света, хората ще се интересуват повече от развитието и използването на океанската енергия. Проучени и разработени са проекти за производство на термоелектрическа и приливна енергия. Принципът на генериране на термоелектрическа енергия е да се използва морската вода с висока температура на повърхността на океана за изпаряване на амоняк или фреон, за да задвижи турбината да се върти и генерира електричество, и след това да се използва морската вода с ниска температура в дълбокия океан за охлаждане на изпарения амоняк или фреон за образуване на система за топлинен двигател с непрекъснат цикъл.
Основното оборудване за производство на термоелектрическа енергия са изпарители, кондензатори, смукателни тръби за морска вода, контури и т.н., които изискват не само устойчивост на корозия, но и устойчивост на корозия на амоняк и флуор. Титанът и неговите сплави не само имат добра устойчивост на корозия в морската вода, но също така са устойчиви на корозия от амоняк и флуор, така че титанът е най-идеалният материал.
Титанови тръбни изпарители и кондензатори се използват в топлоелектрически централи в САЩ и Япония и са постигнати добри резултати.
(iii) Перспективи
Като нововъзникващ граждански пазар на титан, морското инженерство се разви бързо през последните години. С по-нататъшното влошаване на световната енергийна криза, всички страни по света ще инвестират много работна сила и материални ресурси за експлоатация на петролни ресурси на морското дъно и други минерални ресурси; в тенденцията на глобален недостиг на прясна вода всички крайбрежни страни ще използват морска вода за производство на прясна вода; Все по-ожесточената конкуренция на военноморска техника на различни военни сили е неделима от титана и материалите от титанови сплави. Следователно приложението на титан и неговите сплави в морското инженерство ще става все по-широко. Очаква се титанът за морското инженерство да се превърне в по-голям пазар на приложения за титанови материали.
Свържете се с нас за повече информация. Благодаря ти
Никол
Компания: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Държава: Китай
Добавяне: Baoti Road, Jintai, Baoji City, Shaanxi, Китай
Cel: плюс 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Уебсайт: www.jm-titanium.com
