鈦及合金材料在海洋中應(yīng)用的背景

眾所周知，海洋的面積占據(jù)了地球70%的面積，海洋中蘊(yùn)藏著豐富的資源，包括我們?nèi)粘Ｊ秤玫暮Ｑ篝~類，工業(yè)用油氣資源，海水潮汐交替蘊(yùn)含的能量利用，還有許多待探測(cè)的深海未知區(qū)域的生物、資源。能夠高效地利用好海洋，這將是人類的財(cái)富。但是在海洋開發(fā)探索過程中，海水的高含鹽量、生物污染、腐蝕性等問題，給地球上的我們也造成了不小困擾，鈦及鈦合金材料的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用前景凸顯出來。

鈦是一種物理性能優(yōu)良、化學(xué)性能穩(wěn)定的材料。鈦及其合金強(qiáng)度高、比重小,耐海水腐蝕和海洋氣氛腐蝕,可以很好地滿足人們?cè)诤Ｑ蠊こ谭矫鎽?yīng)用的要求。經(jīng)過鈦業(yè)界人士和海洋工程應(yīng)用研究人員多年的努力,鈦已經(jīng)在海洋油氣開發(fā)、海港建筑、沿海發(fā)電站、海水淡化、船舶、海洋漁業(yè)及海洋熱能轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在,海洋工程用鈦已成為鈦民用應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。

鈦及鈦合金在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

海洋油氣開發(fā)

石油是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。據(jù)估計(jì),世界可開采的石油資源儲(chǔ)量為3000億噸,其中海底石油儲(chǔ)量約為1300億噸。海底石油的開發(fā),開始于20世紀(jì)初。它的發(fā)展經(jīng)歷了從近海到遠(yuǎn)海、從淺海到深海的過程。受技術(shù)條件和材料發(fā)展的限制,初只能開采從海岸直接向淺海延伸的石油、天然氣礦藏。20世紀(jì)80年代以來,在能源危機(jī)和技術(shù)進(jìn)步的刺激下,近海石油勘探與開發(fā)飛速發(fā)展,海洋石油開發(fā)迅速向大陸架挺進(jìn),逐漸形成了嶄新的近海石油工業(yè)部門。海上鉆井平臺(tái)是實(shí)施海底油氣勘探和開采的工作基地,它標(biāo)志著海底油氣開發(fā)技術(shù)的水平。海上石油開采設(shè)備主要包括采油平臺(tái)和附屬設(shè)備,附屬設(shè)備有原油冷卻器、升油管、泵、閥、接頭和夾具等。這些設(shè)備均與海水及原油中的硫化物、氨、氯等介質(zhì)接觸。由于鈦在這些介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性,所以美國(guó)在上世紀(jì)70年代初就在其油田中使用了鈦制造的近海石油平臺(tái)支柱,同時(shí)用鈦制造了列管式換熱器和板式換熱器。鈦列管式換熱器利用海水作為冷卻介質(zhì),把從油井里抽出的高溫汽/油混合物冷卻。鈦板式換熱器也是利用海水作為冷卻介質(zhì),把碳鋼換熱器內(nèi)冷卻原油的淡水冷卻。美國(guó)在北海油田鉆井平臺(tái)上大約使用了100個(gè)鈦熱交換器。位于英國(guó)蘇格蘭阿伯丁的亨廷油田服務(wù)公司訂購(gòu)的鈦制部件據(jù)說是世界上**個(gè)鈦制高壓立管式豎井,用于美國(guó)大陸石油公司(Conoco)挪威的Heidrum工程項(xiàng)目中。

石油鈦合金鈦鉆探管的使用壽命較長(zhǎng),其重量?jī)H為不銹鋼的一半,而使用靈活性卻是不銹鋼的二倍,使用壽命為鋼的10倍。這些優(yōu)異的性能使得鈦成為一種用于鉆探難度較大的近圓形、且深度深的油井的極佳材料。包含有鈦鉆探管的組合鉆具可以極大地減少鉆探時(shí)間、降低鉆探總成本。美國(guó)的GrantPrideco公司、RTI能源系統(tǒng)公司及Torch鉆探服務(wù)公司在2000年**將鈦鉆探管用于工業(yè)應(yīng)用。GrantPrideco公司和RTI能源系統(tǒng)公司共同生產(chǎn)和供應(yīng)的鈦鉆探管還?