(1. Introducere
Oceanul, care reprezintă aproximativ 71% din suprafața pământului, conține resurse abundente. A devenit una dintre direcțiile eforturilor oamenilor de mulți ani de a dezvolta și utiliza oceanul și de a face din ocean sursa uriașei noastre bogății. Cu toate acestea, apa de mare este corozivă datorită conținutului de sare de aproximativ 3,5 la sută. În plus, o anumită poluare biologică a oceanului accelerează și coroziunea apei de mare.
Titanul este un material cu proprietăți fizice excelente și proprietăți chimice stabile. Titanul și aliajele sale au rezistență ridicată, greutate specifică mică și sunt rezistente la coroziunea apei de mare și la coroziunea atmosferei marine, ceea ce poate îndeplini bine cerințele aplicațiilor oamenilor în inginerie marină. După ani de muncă grea din partea oamenilor din industria titanului și a cercetătorilor de aplicații în inginerie oceanică, titanul a fost utilizat pe scară largă în domeniile dezvoltării petrolului și gazelor offshore, construcției de porturi maritime, centralelor electrice de coastă, desalinării apei de mare, navelor, pescuitului maritim și energiei termice maritime. conversie. Acum, titanul pentru inginerie marină a devenit unul dintre principalele domenii de aplicare a titanului civil.
(II) Starea cererii
2.1 Dezvoltarea petrolului și gazelor offshore
Petrolul este elementul vital al economiei unei țări. Se estimează că rezervele de petrol recuperabile ale lumii sunt de 300 de miliarde de tone, dintre care rezervele de petrol de pe fundul mării sunt de aproximativ 130 de miliarde de tone. Dezvoltarea petrolului submarin a început la începutul secolului al XX-lea. Dezvoltarea sa a trecut prin procesul de la larg la mare îndepărtată, de la mare de mică adâncime la mare adâncime. Restricționat de condițiile tehnice și de dezvoltarea materială, inițial au putut fi exploatate numai zăcămintele de petrol și gaze naturale care se extind direct de la coastă până la marea de mică adâncime. Începând cu anii 1980, stimulate de criza energetică și de progresul tehnologic, explorarea și dezvoltarea petrolului offshore s-au dezvoltat rapid, iar dezvoltarea petrolului offshore a avansat rapid la platforma continentală, formând treptat un nou sector al industriei petroliere offshore. Platforma de foraj offshore este baza de lucru pentru explorarea și exploatarea petrolului și gazelor submarine și marchează nivelul tehnologiei de dezvoltare a petrolului și gazelor submarine. Echipamentele de producție de petrol offshore includ în principal platforme de producție de petrol și echipamente auxiliare, cum ar fi răcitoarele de țiței, tubulaturi de ulei, pompe, supape, îmbinări și dispozitive de fixare. Aceste dispozitive sunt în contact cu sulfura, amoniacul, clorul și alte medii din apa de mare și petrolul brut. Datorită rezistenței excelente la coroziune a titanului din aceste medii, Statele Unite au folosit stâlpi de platforme petroliere offshore fabricate din titan în câmpurile sale petroliere la începutul anilor 1970 și au folosit titan pentru a face schimbătoare de căldură cu tuburi și schimbătoare de căldură cu plăci. Încălzitor. Schimbătorul de căldură cu carcasă și tub din titan folosește apa de mare ca mediu de răcire pentru a răci amestecul de abur/ulei la temperatură înaltă pompat din puțul de petrol. Schimbătorul de căldură cu plăci de titan folosește, de asemenea, apa de mare ca mediu de răcire pentru a răci apa dulce care răcește țițeiul din schimbătorul de căldură din oțel carbon. Statele Unite folosesc aproximativ 100 de schimbătoare de căldură din titan pe platformele petroliere din Marea Nordului. Se spune că componenta de titan comandată de Hunting Oilfield Services din Aberdeen, Scoția, Marea Britanie, este primul arbore de înaltă presiune din titan pentru proiectul Conoco Heidrum din Norvegia.
Țeava de foraj de titan din aliaj de petrol și titan are o durată de viață lungă, greutatea sa este doar jumătate din cea a oțelului inoxidabil, dar flexibilitatea sa de utilizare este de două ori mai mare decât cea a oțelului inoxidabil, iar durata sa de viață este de 10 ori mai mare decât cea a oțelului. Aceste proprietăți excelente fac din titan un material excelent pentru forarea puțurilor dificile, aproape circulare, adânci. Uneltele de foraj combinate, inclusiv țevile de foraj din titan, pot reduce foarte mult timpul de foraj și pot reduce costurile totale de foraj. În 2000, GrantPrideco, RTI Energy Systems și Torch Drilling Services din Statele Unite au folosit pentru prima dată țevi de foraj din titan pentru aplicații industriale. Țeava de foraj din titan, produsă și furnizată de GrantPrideco și RTI Energy Systems, are, de asemenea, îmbinări pentru scule din oțel de la GrantPrideco Anti-Fatigue. Îmbinările sunt ușoare, flexibile în utilizare și fac țevile de foraj din titan robuste și puternice.
Sistemul de conducte de apă de mare este o parte indispensabilă a exploatării petrolului submarin. Deoarece titanul are o rezistență ridicată la coroziune la apa de mare, durata sa de viață este de 10 ori mai mare decât cea a sistemului din oțel. Prin urmare, costul sistemului de conducte din titan este rentabil în comparație cu sistemul Cu-Ni. de. Active Metals of America și Precision Tube Technology au înființat împreună o companie Titanium Tube Technology pentru a produce un tub din aliaj de titan cu diametru mare. Aliajul folosit în această țeavă este aliaj Ti-3Al{-2.5V, diametrul este de 650 mm, grosimea peretelui este de 22-25 mm și lungimea este de 350 m. O altă companie din Statele Unite a folosit țevi din aliaj de titan fără sudură cu o lungime de 15 m, un diametru exterior de 600 mm și o grosime a peretelui de 25 mm pentru a realiza prin extrudare o țeavă de ridicare de aproape 500 m lungime, care a fost folosită într-o platformă de foraj offshore. Se spune că greutatea tubului de ridicare poate fi redusă la jumătate, ceea ce poate reduce foarte mult costul balastului, în plus, are, de asemenea, rezistență ridicată la rupere și viață lungă la oboseală.
Potrivit rapoartelor de date, în proiectul de dezvoltare a câmpului petrolier din Marea Nordului din Statele Unite, cantitatea de titan folosită în dispozitivul cu corp plutitor de pe navă și dispozitivul fix de pe fundul mării a crescut comparativ cu cel precedent. Cererea de materiale de titan pentru 24 de dispozitive cu corp plutitor și 64 de dispozitive fixe submarine este: 50-100t pentru dispozitive de protecție de siguranță, 50-100t pentru dispozitive de conectare, 400-1000t pentru echipamente generale de ridicare și 1400-4200t pentru țevi de foraj. Coroziunea pieselor structurale cauzată de murdăria biologică a platformelor de explorare petrolieră offshore este destul de gravă. O companie din Statele Unite folosește carcase lungi din țevi de titan pe platformele miniere pentru a proteja piesele de pe platformă.
În ultimii câțiva ani, s-a înregistrat o creștere semnificativă a utilizării componentelor din aliaje de titan în operațiunile de foraj petrolier și de producție offshore. Componentele din aliaj de titan permit forării petroliere să acceseze ape mai adânci și puțuri mai adânci, inclusiv temperaturi mai ridicate și medii de producție foarte corozive (adică sărate).
Pentru acest tip de aplicație, aliajul pe bază de tijă de titan TC4 (Ti-6Al{-4V) este cel mai potrivit și cel mai mic cost în ceea ce privește performanța cuprinzătoare. Sistemul de conducte de apă de mare este o parte indispensabilă a exploatării petrolului submarin. Deoarece titanul are o rezistență ridicată la coroziune la apa de mare, durata sa de viață este de 10 ori mai mare decât cea a sistemului din oțel. Prin urmare, costul sistemului de conducte de titan este mai rentabil decât cel al sistemului Cu-Ni. de. Active Metals of America și Precision Tube Technology au înființat împreună o companie Titanium Tube Technology pentru a produce un tub din aliaj de titan cu diametru mare. Aliajul folosit pentru această țeavă este aliajul TA18 (Ti-3Al{{{-2.5V), cu un diametru de 650 mm, o grosime a peretelui de 22-25 mm, o lungime de 350 m și un conductă cu greutatea de 80-90t, care este planificată să fie utilizată pentru explorarea petrolului submarin . O altă companie din Statele Unite a folosit țevi din aliaj de titan fără sudură cu o lungime de 15 m, un diametru exterior de 600 mm și o grosime a peretelui de 25 mm pentru a realiza prin extrudare o țeavă de ridicare de aproape 500 m lungime, care a fost folosită într-o platformă de foraj offshore. Se spune că greutatea tubului de ridicare poate fi redusă la jumătate, ceea ce poate reduce foarte mult costul balastului, în plus, are, de asemenea, rezistență ridicată la rupere și viață lungă la oboseală.
Practica a demonstrat că aliajul Ti-6Al{-4V (Gr.5_TC4) este cel mai bun material pentru găurirea țevilor. Ca aplicații de foraj, limita de curgere și rezistența la oboseală sunt cele mai importante. Prin urmare, două aliaje Gr.5 cu elemente interstițiale deosebit de scăzute sunt potrivite pentru dispozitive de ridicare dinamice mai critice. Când temperatura de funcționare depășește 75 ~ 80 de grade, pentru a preveni coroziunea în crăpături sau coroziunea prin presiune, se utilizează un aliaj Gr29 care conține ruteniu.
Cele mai frecvent utilizate componente includ palanele de foraj offshore, țevile de foraj, îmbinările conice de tensiune (TSJ) și palanele hibride din titan/oțel.
Componentele mici din titan, cum ar fi pompele, supapele, îmbinările, elementele de fixare, clemele și piesele de schimb din titan, au fost utilizate pe scară largă pe platformele de foraj petrolier. Aliajele de titan sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă pe carcasele instrumentelor de explorare petrolieră offshore în străinătate.
2.2 Clădiri portuare
Titanul are o peliculă de oxid cu o grosime de cel mult 10nm la suprafață. Este foarte stabil în medii corozive și are o rezistență excelentă la coroziune la aer, apa de mare și mediile marine. În prezent este cea mai potrivită materie primă pentru diverse medii marine. Japonia a desfășurat viguros dezvoltarea marine, cum ar fi podul de la Honsu la Shikoku, podul peste Golful Tokyo, aeroportul Kansai și baza plutitoare de stocare a petrolului. Testul de expunere efectuat de Ministerul Construcțiilor și Clubul Fierului și Oțelului din Japonia pe suprafața oceanului râului Oigawa și rapoartele de investigare a diferitelor teste de expunere anticorozive efectuate de Ministerul Transporturilor și Asociația de pile de țevi de oțel pe plutitorul Bosaki stacada de nisip a arătat, de asemenea, că titanul este cel mai potrivit material. Pe lângă proprietățile sale anticorozive excelente, titanul are, de asemenea, avantajele foarte puține ioni dizolvați în mediul cu apă de mare, nicio toxicitate și nu trebuie să vă faceți griji cu privire la poluarea mediului. Japonia a construit, de asemenea, o structură marină plutitoare super-mare, folosind materiale compozite titan-oțel în scufundarea apei de mare; în construcția autostrăzii care întinde Golful Tokyo, materialele de titan au fost folosite ca trunchi rezistent la stropire a pilonilor podului, iar materialele compozite titan-oțel ale fiecărui dig de pod sunt Cantitatea de 0,9 t. Structurile maritime plutitoare mari deja utilizate sau planificate includ aeroporturi, baze logistice portuare, facilități sportive și multe altele.
2.3 Centrale electrice de coastă
Utilizarea cuprinzătoare a apei de mare este unul dintre proiectele importante în inginerie marină. Condensatorul centralei de coastă este un dispozitiv care utilizează o cantitate mare de apă de mare. Titanul utilizat în centralele electrice de coastă este în principal titan utilizat în condensatoare. Deoarece condensatorul folosește apă de mare ca apă de răcire, iar apa de mare conține o cantitate mare de nisip de noroi, materii în suspensie, organisme marine și diverse substanțe corozive, situația este mai gravă în saramură proaspătă, unde apa de mare și apa râului alternează. Condensatoarele tradiționale folosesc tuburi din aliaj de cupru, care sunt adesea grav deteriorate din cauza diferitelor coroziuni din apa de mare. Titanul are o rezistență bună la coroziune în apa de mare, în special în apa de mare poluată, iar rezistența sa la coroziune la eroziune de mare viteză este deosebit de remarcabilă.
2.4 Dispozitiv de desalinizare a apei de mare
„Apa este sursa vieții”. În prezent, deficitul de apă a devenit o problemă care afectează lumea. Aproximativ 25% din populația lumii nu are surse adecvate de apă potabilă. Râurile terestre și resursele de apă subterană ale lumii sunt departe de a satisface nevoile dezvoltării industriale. Prin urmare, desalinizarea apei de mare va fi o metodă eficientă pentru ca oamenii să rezolve resursele de apă dulce în viitor.
Din perspectiva dezvoltării desalinării apei de mare în țară și în străinătate, există în principal două metode: distilare și osmoză inversă. Primul este să încălziți apa de mare pentru a o vaporiza și apoi să condensați aburul pentru a obține apă proaspătă. Acesta din urmă este să presurizeze apa de mare, astfel încât apa dulce din ea să treacă printr-o membrană specială și să rețină sarea pentru a obține apă proaspătă. Dispozitivele timpurii de desalinizare a apei de mare foloseau aliaje de cupru, oțel carbon și alte materiale. Deoarece aceste materiale nu sunt rezistente la coroziunea apei de mare și au o eficiență scăzută de producție, ele au fost rapid înlocuite cu titan cu rezistență excelentă la coroziunea apei de mare. În desalinizarea apei de mare, principala aplicație a titanului este tubul de transfer de căldură al încălzitorului instalației de desalinizare. Principalii producători de instalații de desalinizare sunt Statele Unite și Japonia. Până în 2004, în lume erau construite sau în construcție peste 15000 fabrici de desalinizare, cu o producție zilnică de aproximativ 32 de milioane de tone de apă dulce. Compania japoneză a construit 10 unități de distilare pentru Arabia Saudită cu o producție zilnică de 30,000 tone de apă dulce, folosind 3.200 de tone de tuburi de titan și o producție zilnică medie de 10,000 tone, necesitând 107 tone de titan.
Tianjin, Shandong și alte locuri din țara mea au construit sau construiesc instalații de desalinizare a apei de mare. De exemplu, planul preliminar pentru desalinizarea apei de mare în Tianjin este de a produce 500,000 tone de apă dulce pe zi până în 2007 și 700,000 tone până în 2010. Se estimează că aproximativ 250 de tone de titan va fi folosit în proiecte de desalinizare a apei de mare din Tianjin și Shandong.
2.5 Nave
Titanul și aliajele sale sunt rezistente la coroziune în apa de mare și atmosferele marine și sunt considerate a fi materiale bune pentru nave datorită gravitației specifice la lumină, rezistenței ridicate, rezistenței la impact, nemagnetice, transmisiei sunetului și coeficientului mic de expansiune. În ultimii ani, aplicarea titanului în nave a atras multă atenție. Marinele și industriile de construcții navale din diferite țări acordă, de asemenea, o mare importanță aplicării titanului pe nave și au dezvoltat multe tipuri de aliaje marine de titan. Titanul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în nave, cum ar fi structurile carenei, navele de inspecție de adâncime și corpurile submarine sub presiune, țevile, supapele, cârmele, suporturile arborelui, accesoriile, elicele și propulsoarele în propulsoare Arborii, schimbătoarele de căldură, răcitoarele, corpul giulgii sonar și multe altele.
Prima aplicare a titanului pe carena unei nave a fost submarinul de clasă alfa din fosta Uniune Sovietică. Ulterior, titanul a fost folosit în submarinele de cercetare în adâncime artificială sau fără pilot și de asistență la adâncime. Titanul pur industrial este utilizat pentru piesele structurale generale, iar aliajul Ti-6Al{-4V este utilizat pentru recipientele sub presiune. Potrivit rapoartelor, utilizarea titanului în structura carenei poate nu numai să reducă greutatea carenei în sine, să crească greutatea efectivă a sarcinii, dar și să reducă întreținerea și să prelungească durata de viață a navei. Aliajul de aluminiu, oțelul moale și alte materiale structurale ale carcasei necesită, în general, întreținere în termen de 10 ani, în timp ce materialele din titan cu greu necesită întreținere și reparații, iar durata de viață a acestora poate fi prelungită de la 20 de ani obișnuiți la 30 până la 40 de ani.
Cercetările Japoniei privind aliajele de titan pentru navele de cercetare de adâncime au fost fructuoase. Aproape toate camerele de presiune „Deep-Sea 6500” care pot găzdui 3 operatori folosesc aliaje de titan. Acesta este rezultatul eforturilor pe termen lung de la Mitsubishi Heavy Industries Kobe Shipyard. Submarinele folosesc o cantitate mare de titan. De exemplu, un submarin nuclear cu o adâncime de scufundare de 900 m utilizează până la 3500 t de titan.
2.6 Pescuitul marin
Potrivit rapoartelor, industria piscicolă japoneză s-a schimbat de la pescuit la piscicultură, iar peștele-leu, lipa, anghilă etc. au fost cultivate artificial. În tehnologia de reproducere artificială, plasele metalice de titan și schimbătorul de căldură cu tub de titan pentru a menține o anumită temperatură a apei de mare sunt utilizate pe scară largă. Cultura artificială a grupului a fost realizată în zonele de coastă din Fujian din țara mea, iar coșul de cultură tip placă de titan folosit a adus beneficii excelente culturii de grouper.
2.7 Conversia energiei termice oceanice
Există o energie uriașă în ocean, cum ar fi energia mareelor, energia valurilor, energia diferențelor de temperatură, energia curentului oceanic și energia diferenței de sare și așa mai departe. Odată cu deficitul tot mai mare de energie în lume, oamenii vor fi mai interesați de dezvoltarea și utilizarea energiei oceanice. Au fost cercetate și dezvoltate proiecte de generare a energiei termoelectrice și mareale. Principiul generării de energie termoelectrică este de a folosi apa de mare cu temperatură ridicată de pe suprafața oceanului pentru a vaporiza amoniacul sau freonul pentru a conduce turbina să se rotească și să genereze electricitate și apoi să folosiți apa de mare la temperatură joasă din adâncul oceanului pentru a răci amoniacul vaporizat. sau freon pentru a forma un sistem de motor termic cu ciclu continuu.
Principalele echipamente pentru generarea energiei termoelectrice sunt evaporatoarele, condensatoarele, conductele de aspirare a apei de mare, buclele etc., care necesită nu numai rezistență la coroziune, ci și rezistență la coroziune la amoniac și fluor. Titanul și aliajele sale nu numai că au o rezistență bună la coroziune în apă de mare, ci și la coroziune cu amoniac și fluor, astfel încât titanul este cel mai ideal material.
Evaporatoarele și condensatoarele cu tuburi de titan sunt utilizate în centralele termoelectrice din Statele Unite și Japonia și s-au obținut rezultate bune.
(iii) Perspective
Ca o piață civilă emergentă a titanului, ingineria marină s-a dezvoltat rapid în ultimii ani. Odată cu agravarea în continuare a crizei energetice mondiale, toate țările din lume vor investi multă forță de muncă și resurse materiale pentru a exploata resursele petroliere de pe fundul mării și alte resurse minerale; în tendința de deficit global de apă dulce, toate țările de coastă vor folosi apa de mare pentru a produce apă dulce; Concurența din ce în ce mai acerbă a echipamentelor navale ale diferitelor puteri militare este inseparabilă de titan și materiale din aliaje de titan. Prin urmare, aplicarea titanului și a aliajelor sale în inginerie marină va deveni din ce în ce mai extinsă. Este de așteptat ca titanul pentru inginerie marină să devină o piață de aplicații mai mare pentru materialele din titan.
Contactați-ne pentru mai multe informații. Mulțumesc
Nicole
Companie: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Țara: China
Adăugați: drumul Baoti, Jintai, orașul Baoji, Shaanxi, China
Cel: plus 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Site: www.jm-titanium.com
