(1. Einleitung
Der Ozean, der etwa 71 Prozent der Erdoberfläche ausmacht, enthält reichlich Ressourcen. Es ist seit vielen Jahren eine der Richtungen der Bemühungen der Menschen geworden, den Ozean zu entwickeln und zu nutzen und den Ozean zur Quelle unseres riesigen Reichtums zu machen. Allerdings ist Meerwasser aufgrund seines Salzgehalts von etwa 3,5 Prozent ätzend. Darüber hinaus beschleunigt auch eine gewisse biologische Verschmutzung im Meer die Korrosion des Meerwassers.
Titan ist ein Material mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften und stabilen chemischen Eigenschaften. Titan und seine Legierungen haben eine hohe Festigkeit, ein geringes spezifisches Gewicht und sind beständig gegen Meerwasserkorrosion und Korrosion in der Meeresatmosphäre, was die Anforderungen der Anwendungen von Menschen in der Schiffstechnik gut erfüllen kann. Nach jahrelanger harter Arbeit von Menschen in der Titanindustrie und Meerestechnik-Anwendungsforschern wurde Titan in den Bereichen Offshore-Öl- und Gasentwicklung, Seehafenbau, Küstenkraftwerke, Meerwasserentsalzung, Schiffe, Meeresfischerei und Meereswärmeenergie weit verbreitet Wandlung. Mittlerweile ist Titan für die Schiffstechnik zu einem der Hauptgebiete der zivilen Anwendung von Titan geworden.
(II) Bewerbungsstatus
2.1 Offshore-Öl- und Gaserschließung
Öl ist das Lebenselixier der Wirtschaft eines Landes. Es wird geschätzt, dass die förderbaren Ölreserven der Welt 300 Milliarden Tonnen betragen, von denen die Ölreserven des Meeresbodens etwa 130 Milliarden Tonnen ausmachen. Die Entwicklung von Unterwasseröl begann im frühen 20. Jahrhundert. Seine Entwicklung hat den Prozess von der Hochsee zur Hochsee, von der Flachsee zur Tiefsee durchlaufen. Eingeschränkt durch technische Gegebenheiten und stoffliche Erschließung konnten zunächst nur Öl- und Erdgasvorkommen ausgebeutet werden, die sich direkt von der Küste bis ins Flachmeer erstrecken. Seit den 1980er Jahren, angeregt durch die Energiekrise und den technologischen Fortschritt, haben sich die Offshore-Erdölexploration und -erschließung schnell entwickelt, und die Offshore-Erdölerschließung ist schnell auf den Festlandsockel vorgedrungen und hat allmählich einen neuen Sektor der Offshore-Ölindustrie gebildet. Die Offshore-Bohrplattform ist die Arbeitsbasis für die Exploration und Förderung von Unterwasseröl und -gas und markiert das Niveau der Unterwasseröl- und -gaserschließungstechnologie. Ausrüstung für die Offshore-Ölförderung umfasst hauptsächlich Ölförderplattformen und Hilfsausrüstungen wie Rohölkühler, Ölsteigleitungen, Pumpen, Ventile, Verbindungen und Vorrichtungen. Diese Geräte kommen in Kontakt mit Sulfid, Ammoniak, Chlor und anderen Medien in Meerwasser und Rohöl. Aufgrund der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit von Titan in diesen Medien verwendeten die Vereinigten Staaten in den frühen 1970er Jahren in ihren Ölfeldern aus Titan hergestellte Offshore-Ölplattformsäulen und verwendeten Titan zur Herstellung von Rohrwärmetauschern und Plattenwärmetauschern. Heizung. Der Rohrbündelwärmetauscher aus Titan verwendet Meerwasser als Kühlmedium, um das aus der Ölquelle gepumpte Hochtemperatur-Dampf/Öl-Gemisch zu kühlen. Der Titan-Plattenwärmetauscher verwendet auch Meerwasser als Kühlmedium, um das Frischwasser zu kühlen, das das Rohöl im Kohlenstoffstahl-Wärmetauscher kühlt. Die Vereinigten Staaten verwenden etwa 100 Titan-Wärmetauscher auf Bohrinseln in der Nordsee. Die von Hunting Oilfield Services in Aberdeen, Schottland, Großbritannien, bestellte Titankomponente soll der weltweit erste Titan-Hochdrucksteigschacht für das Heidrum-Projekt von Conoco in Norwegen sein.
Das Titanbohrrohr aus Erdöl-Titanlegierung hat eine lange Lebensdauer, sein Gewicht ist nur halb so hoch wie das von Edelstahl, aber seine Einsatzflexibilität ist doppelt so hoch wie die von Edelstahl und seine Lebensdauer ist zehnmal so hoch wie die von Stahl. Diese hervorragenden Eigenschaften machen Titan zu einem hervorragenden Material zum Bohren schwieriger, nahezu kreisförmiger, tiefer Bohrlöcher. Kombinierte Bohrwerkzeuge einschließlich Titan-Bohrgestänge können die Bohrzeit erheblich verkürzen und die Gesamtbohrkosten senken. Im Jahr 2000 setzten GrantPrideco, RTI Energy Systems und Torch Drilling Services in den USA erstmals Bohrgestänge aus Titan für industrielle Anwendungen ein. Titan-Bohrgestänge, hergestellt und geliefert von GrantPrideco und RTI Energy Systems, verfügen auch über Stahlwerkzeugverbindungen von GrantPrideco Anti-Fatigue. Die Gelenke sind leicht, flexibel in der Anwendung und machen Titan-Bohrrohre robust und stark.
Das Meerwasserpipelinesystem ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Unterwasserölförderung. Da Titan eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Meerwasser aufweist, beträgt seine Lebensdauer das 10-fache der Lebensdauer von Stahlsystemen. Daher sind die Kosten des Titan-Rohrleitungssystems im Vergleich zum Cu-Ni-System kostengünstig. von. Active Metals of America und Precision Tube Technology haben gemeinsam eine Titanium Tube Technology Company gegründet, um ein Rohr aus einer Titanlegierung mit großem Durchmesser herzustellen. Die in diesem Rohr verwendete Legierung ist Ti-3Al-2.5V-Legierung, der Durchmesser beträgt 650 mm, die Wandstärke beträgt 22-25 mm und die Länge beträgt 350 m. Ein anderes Unternehmen in den Vereinigten Staaten verwendete nahtlose Rohre aus einer Titanlegierung mit einer Länge von 15 m, einem Außendurchmesser von 600 mm und einer Wandstärke von 25 mm, um ein fast 500 m langes Steigrohr durch Extrusion herzustellen, das in einer Offshore-Bohrplattform verwendet wurde. Es wird gesagt, dass das Gewicht des Steigrohrs um die Hälfte reduziert werden kann, was die Ballastkosten erheblich senken kann, außerdem hat es eine hohe Bruchzähigkeit und eine lange Lebensdauer.
Laut Datenberichten hat sich beim Nordsee-Ölfeld-Erschließungsprojekt in den Vereinigten Staaten die Menge an Titan, die in der Schwimmkörpervorrichtung auf dem Schiff und der feststehenden Vorrichtung auf dem Meeresboden verwendet wird, im Vergleich zum vorherigen erhöht. Die Nachfrage nach Titanmaterialien für 24 Schwimmkörpergeräte und 64 feste Unterwassergeräte beträgt: 50-100t für Sicherheitsschutzgeräte, 50-100t für Verbindungsgeräte, 400-1000t für allgemeine Hebeausrüstung und 1400-4200t für Bohrgestänge. Die Korrosion von Konstruktionsteilen, die durch biologisches Fouling von Offshore-Ölexplorationsplattformen verursacht wird, ist ziemlich schwerwiegend. Ein Unternehmen in den USA verwendet auf den Bergbauplattformen lange Gehäuse aus Titanrohren, um die Teile auf der Plattform zu schützen.
In den letzten Jahren hat die Verwendung von Komponenten aus Titanlegierungen bei Ölbohrungen und Offshore-Produktionsbetrieben deutlich zugenommen. Titanlegierungskomponenten ermöglichen Ölbohrungen den Zugang zu tieferen Gewässern und tieferen Bohrlöchern, einschließlich höherer Temperaturen und stark korrosiver (dh salzhaltiger) Produktionsumgebungen.
Für diese Art von Anwendung ist TC4-Titanstab (Ti-6Al-4V)-basierte Legierung die am besten geeignete und kostengünstigste im Hinblick auf umfassende Leistung. Das Meerwasserpipelinesystem ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Unterwasserölförderung. Da Titan eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Meerwasser aufweist, beträgt seine Lebensdauer das 10-fache der Lebensdauer von Stahlsystemen. Daher sind die Kosten des Titan-Rohrleitungssystems kostengünstiger als die des Cu-Ni-Systems. von. Active Metals of America und Precision Tube Technology haben gemeinsam eine Titanium Tube Technology Company gegründet, um ein Rohr aus einer Titanlegierung mit großem Durchmesser herzustellen. Die für dieses Rohr verwendete Legierung ist die Legierung TA18 (Ti-3Al-2.5V) mit einem Durchmesser von 650 mm, einer Wandstärke von 22-25 mm, einer Länge von 350 m und a Rohr mit einem Gewicht von 80-90 t, das für die Ölexploration unter Wasser vorgesehen ist . Ein anderes Unternehmen in den Vereinigten Staaten verwendete nahtlose Rohre aus einer Titanlegierung mit einer Länge von 15 m, einem Außendurchmesser von 600 mm und einer Wandstärke von 25 mm, um ein fast 500 m langes Steigrohr durch Extrusion herzustellen, das in einer Offshore-Bohrplattform verwendet wurde. Es wird gesagt, dass das Gewicht des Steigrohrs um die Hälfte reduziert werden kann, was die Ballastkosten erheblich senken kann, außerdem hat es eine hohe Bruchzähigkeit und eine lange Lebensdauer.
Die Praxis hat bewiesen, dass die Legierung Ti-6Al-4V (Gr.5_TC4) das beste Material für Bohrrohre ist. Als Bohranwendungen sind Streckgrenze und Ermüdungsfestigkeit am wichtigsten. Daher eignen sich zwei Gr.5-Legierungen mit besonders niedrigen interstitiellen Elementen für kritischere dynamische Hebevorrichtungen. Wenn die Betriebstemperatur 75 ~ 80 Grad übersteigt, wird eine rutheniumhaltige Gr29-Legierung verwendet, um Spaltkorrosion oder Spannungskorrosion zu verhindern.
Zu den am häufigsten verwendeten Komponenten gehören Offshore-Bohraufzüge, Bohrgestänge, konische Spannungsgelenke (TSJs) und Titan/Stahl-Hybridaufzüge.
Kleine Titankomponenten wie Titanpumpen, Ventile, Gelenke, Befestigungselemente, Klemmen und Ersatzteile werden häufig auf Ölbohrplattformen verwendet. Titanlegierungen werden auch häufig für die Hüllen von Offshore-Ölexplorationsinstrumenten im Ausland verwendet.
2.2 Hafengebäude
Titan hat einen Oxidfilm mit einer Dicke von nicht mehr als 10nm auf der Oberfläche. Es ist sehr stabil in korrosiven Umgebungen und hat eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Luft, Meerwasser und Meeresumgebungen. Es ist derzeit der am besten geeignete Rohstoff für verschiedene Meeresumgebungen. Japan hat die Meeresentwicklung energisch vorangetrieben, wie die Brücke von Honsu nach Shikoku, die Brücke über die Bucht von Tokio, den Flughafen Kansai und die schwimmende Öllagerbasis. Der Expositionstest, der vom japanischen Bauministerium und dem Iron and Steel Club auf der Meeresoberfläche des Oigawa-Flusses durchgeführt wurde, und die Untersuchungsberichte verschiedener Korrosionsschutz-Expositionstests, die vom Verkehrsministerium und der Steel Pipe Pile Association auf dem schwimmenden Bosaki durchgeführt wurden Sand Bock zeigte auch, dass Titan das am besten geeignete Material ist. Zusätzlich zu seinen hervorragenden Korrosionsschutzeigenschaften hat Titan auch die Vorteile von sehr wenigen gelösten Ionen in der Meerwasserumgebung, keine Toxizität und keine Sorge um die Umweltverschmutzung. Japan hat auch eine supergroße schwimmende Meeresstruktur gebaut, bei der Titan-Stahl-Verbundmaterialien in der Meerwasserpest verwendet wurden. Beim Bau der die Bucht von Tokio überspannenden Autobahn wurden Titanmaterialien als spritzwassergeschützter Oberkörper der Brückenpfeiler verwendet, und die Titan-Stahl-Verbundwerkstoffe jedes Brückenpfeilers sind Die Menge beträgt 0,9 t. Zu den bereits genutzten oder geplanten großen schwimmenden Meeresstrukturen gehören Flughäfen, Hafenlogistikstützpunkte, Sportanlagen und mehr.
2.3 Küstenkraftwerke
Die umfassende Nutzung von Meerwasser ist eines der wichtigen Projekte in der Schiffstechnik. Der Kondensator des Küstenkraftwerks ist ein Gerät, das eine große Menge Meerwasser verbraucht. Das in Küstenkraftwerken verwendete Titan ist hauptsächlich Titan, das in Kondensatoren verwendet wird. Da der Kondensator Meerwasser als Kühlwasser verwendet und das Meerwasser eine große Menge Schlamm, Sand, Schwebstoffe, Meeresorganismen und verschiedene korrosive Substanzen enthält, ist die Situation in der frischen Sole ernster, wo sich Meerwasser und Flusswasser abwechseln. Herkömmliche Kondensatoren verwenden Kupferlegierungsrohre, die oft durch verschiedene Korrosion im Meerwasser schwer beschädigt werden. Titan hat eine gute Korrosionsbeständigkeit in Meerwasser, insbesondere in verschmutztem Meerwasser, und seine Hochgeschwindigkeits-Erosionsbeständigkeit ist besonders herausragend.
2.4 Gerät zur Meerwasserentsalzung
„Wasser ist die Quelle des Lebens“. Derzeit ist Wasserknappheit zu einem Problem geworden, das die Welt plagt. Etwa 25 Prozent der Weltbevölkerung haben keine ausreichenden Trinkwasserquellen. Die terrestrischen Flüsse und Grundwasserressourcen der Welt sind weit davon entfernt, den Anforderungen der industriellen Entwicklung gerecht zu werden. Daher wird die Entsalzung von Meerwasser in Zukunft eine effektive Methode für den Menschen sein, um Süßwasserressourcen zu lösen.
Aus Sicht der Entwicklung der Meerwasserentsalzung im In- und Ausland gibt es hauptsächlich zwei Verfahren: Destillation und Umkehrosmose. Ersteres besteht darin, Meerwasser zu erhitzen, um es zu verdampfen, und dann den Dampf zu kondensieren, um Frischwasser zu erhalten. Letzteres dient dazu, Meerwasser unter Druck zu setzen, damit das darin enthaltene Süßwasser durch eine spezielle Membran fließt und das Salz zurückhält, um Süßwasser zu erhalten. Die frühen Meerwasserentsalzungsgeräte verwendeten Kupferlegierungen, Kohlenstoffstahl und andere Materialien. Da diese Materialien nicht gegen Meerwasserkorrosion beständig sind und eine geringe Produktionseffizienz aufweisen, wurden sie schnell durch Titan mit ausgezeichneter Meerwasserkorrosionsbeständigkeit ersetzt. Bei der Meerwasserentsalzung ist die Hauptanwendung von Titan das Heizungswärmeübertragungsrohr der Entsalzungsanlage. Die größten Produzenten von Entsalzungsanlagen sind die Vereinigten Staaten und Japan. Bis 2004 waren weltweit mehr als 15.000 Entsalzungsanlagen gebaut oder im Bau, mit einer täglichen Produktion von etwa 32 Millionen Tonnen Frischwasser. Das japanische Unternehmen baute 10 Destillationsanlagen für Saudi-Arabien mit einer Tagesleistung von 30,000 Tonnen Frischwasser, wobei 3.200 Tonnen Titanrohre und eine durchschnittliche Tagesleistung von 10,000 Tonnen benötigt wurden 107 Tonnen Titan.
Tianjin, Shandong und andere Orte meines Landes haben Meerwasserentsalzungsanlagen gebaut oder bauen sie gerade. Beispielsweise sieht der vorläufige Plan für die Meerwasserentsalzung in Tianjin vor, bis 2007 500.000 Tonnen Süßwasser pro Tag und bis 2010 700.000 Tonnen Süßwasser zu produzieren. Es wird geschätzt, dass etwa 250 Tonnen Titan wird in Meerwasserentsalzungsprojekten in Tianjin und Shandong eingesetzt.
2.5 Schiffe
Titan und seine Legierungen sind in Meerwasser und Meeresatmosphären korrosionsbeständig und gelten aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts, ihrer hohen Festigkeit, Schlagfestigkeit, Nichtmagnetisierung, Schallübertragung und ihres kleinen Ausdehnungskoeffizienten als gute Schiffsmaterialien. In den letzten Jahren hat die Anwendung von Titan in Schiffen viel Aufmerksamkeit erregt. Auch die Marine und die Schiffbauindustrie verschiedener Länder messen der Anwendung von Titan auf Schiffen große Bedeutung bei und haben viele Sorten von Titanlegierungen für die Schifffahrt entwickelt. Titan und seine Legierungen sind weit verbreitet in Schiffen, wie Rumpfstrukturen, Tiefseevermessungsschiffen und U-Boot-Druckrümpfen, Rohren, Ventilen, Rudern, Wellenhalterungen, Zubehör, Propellern und Strahlrudern in Kraftantrieben, Wellen, Wärmetauschern, Kühlern, Schiffskörpern Sonarabdeckungen und mehr.
Die erste Anwendung von Titan auf einem Schiffsrumpf war das U-Boot der Alpha-Klasse der ehemaligen Sowjetunion. Anschließend wurde Titan in künstlichen oder unbemannten Tiefseeforschungs- und Tiefseeunterstützungs-U-Booten verwendet. Industrielles Reintitan wird für allgemeine Strukturteile verwendet, und eine Ti-6Al-4}-Legierung wird für Druckbehälter verwendet. Berichten zufolge kann die Verwendung von Titan in der Rumpfstruktur nicht nur das Gewicht des Rumpfes selbst reduzieren, das effektive Ladegewicht erhöhen, sondern auch den Wartungsaufwand reduzieren und die Lebensdauer des Schiffes verlängern. Aluminiumlegierungen, Weichstahl und andere Rumpfbaumaterialien erfordern im Allgemeinen eine Wartung innerhalb von 10 Jahren, während Titanmaterialien kaum Wartung und Reparaturen erfordern und ihre Lebensdauer von den üblichen 20 Jahren auf 30 bis 40 Jahre verlängert werden kann.
Japans Forschung zu Titanlegierungen für Tiefsee-Vermessungsschiffe war erfolgreich. Fast alle Druckkammern der „Deep-Sea 6500“, die Platz für 3 Bediener bieten, verwenden Titanlegierungen. Dies ist das Ergebnis langjähriger Bemühungen der Mitsubishi Heavy Industries Kobe Shipyard. U-Boote verwenden eine große Menge Titan. Beispielsweise verbraucht ein Atom-U-Boot mit einer Tauchtiefe von 900 m bis zu 3500 t Titan.
2.6 Meeresfischerei
Berichten zufolge hat sich die japanische Fischereiindustrie von der Fischerei auf die Fischzucht umgestellt, und Rotfeuerfische, Flunder, Aale usw. wurden künstlich gezüchtet. In der künstlichen Zuchttechnologie werden Titanmetallgewebe und Titanrohrwärmetauscher zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Meerwassertemperatur häufig verwendet. Die künstliche Zucht von Zackenbarschen wurde in den Küstengebieten von Fujian in meinem Land verwirklicht, und der verwendete Kulturkorb vom Titanplattentyp hat der Zackenbarschkultur hervorragende Vorteile gebracht.
2.7 Umwandlung von Meereswärmeenergie
Es gibt riesige Energie im Ozean, wie Gezeitenenergie, Wellenenergie, Temperaturdifferenzenergie, Meeresströmungsenergie und Salzdifferenzenergie und so weiter. Mit der zunehmenden Energieknappheit in der Welt werden sich die Menschen mehr für die Entwicklung und Nutzung der Meeresenergie interessieren. Projekte zur Erzeugung von thermoelektrischer und Gezeitenkraft wurden erforscht und entwickelt. Das Prinzip der thermoelektrischen Stromerzeugung besteht darin, das Meerwasser mit hoher Temperatur an der Meeresoberfläche zu verwenden, um Ammoniak oder Freon zu verdampfen, um die Turbine zum Rotieren und zur Stromerzeugung anzutreiben, und dann das Meerwasser mit niedriger Temperatur in der Tiefsee zu verwenden, um das verdampfte Ammoniak zu kühlen oder Freon, um ein Wärmekraftmaschinensystem mit kontinuierlichem Zyklus zu bilden.
Die Hauptausrüstung für die thermoelektrische Stromerzeugung sind Verdampfer, Kondensatoren, Meerwasser-Saugrohre, Schleifen usw., die nicht nur Korrosionsbeständigkeit, sondern auch Ammoniak- und Fluorkorrosionsbeständigkeit erfordern. Titan und seine Legierungen haben nicht nur eine gute Meerwasserkorrosionsbeständigkeit, es ist auch beständig gegen Korrosion durch Ammoniak und Fluor, daher ist Titan das ideale Material.
Titanrohrverdampfer und -kondensatoren werden in thermoelektrischen Kraftwerken in den Vereinigten Staaten und Japan eingesetzt, und es wurden gute Ergebnisse erzielt.
(iii) Aussichten
Als aufstrebender ziviler Markt für Titan hat sich die Schiffstechnik in den letzten Jahren rasant entwickelt. Mit der weiteren Verschärfung der weltweiten Energiekrise werden alle Länder der Welt viel Arbeitskraft und materielle Ressourcen investieren, um die Ölvorkommen am Meeresboden und andere Bodenschätze auszubeuten; im Trend der weltweiten Süßwasserknappheit werden alle Küstenländer Meerwasser zur Süßwassergewinnung nutzen; Der immer härter werdende Wettbewerb der Marineausrüstung verschiedener Militärmächte ist untrennbar mit Titan und Titanlegierungsmaterialien verbunden. Daher wird die Anwendung von Titan und seinen Legierungen in der Schiffstechnik immer umfassender werden. Es wird erwartet, dass Titan für die Schiffstechnik zu einem größeren Anwendungsmarkt für Titanmaterialien wird.
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