鈦及合金材料在海洋中應用的背景

眾所周知，海洋的面積占據了地球70%的面積，海洋中蘊藏著豐富的資源，包括我們日常食用的海洋魚類，工業用油氣資源，海水潮汐交替蘊含的能量利用，還有許多待探測的深海未知區域的生物、資源。能夠高效地利用好海洋，這將是人類的財富。但是在海洋開發探索過程中，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勢特點在海洋領域的應用前景凸顯出來。

鈦是一種物理性能優良、化學性能穩定的材料。鈦及其合金強度高、比重小,耐海水腐蝕和海洋氣氛腐蝕,可以很好地滿足人們在海洋工程方面應用的要求。經過鈦業界人士和海洋工程應用研究人員多年的努力,鈦已經在海洋油氣開發、海港建筑、沿海發電站、海水淡化、船舶、海洋漁業及海洋熱能轉換等領域取得了廣泛的應用。現在,海洋工程用鈦已成為鈦民用應用的主要領域之一。

鈦及鈦合金在海洋領域的應用現狀

海洋油氣開發

石油是一個國家的經濟命脈。據估計,世界可開采的石油資源儲量為3000億噸,其中海底石油儲量約為1300億噸。海底石油的開發,開始于20世紀初。它的發展經歷了從近海到遠海、從淺海到深海的過程。受技術條件和材料發展的限制,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80年代以來,在能源危機和技術進步的刺激下,近海石油勘探與開發飛速發展,海洋石油開發迅速向大陸架挺進,逐漸形成了嶄新的近海石油工業部門。海上鉆井平臺是實施海底油氣勘探和開采的工作基地,它標志著海底油氣開發技術的水平。海上石油開采設備主要包括采油平臺和附屬設備,附屬設備有原油冷卻器、升油管、泵、閥、接頭和夾具等。這些設備均與海水及原油中的硫化物、氨、氯等介質接觸。由于鈦在這些介質中具有優異的耐蝕性,所以美國在上世紀70年代初就在其油田中使用了鈦制造的近海石油平臺支柱,同時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,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,把碳鋼換熱器內冷卻原油的淡水冷卻。美國在北海油田鉆井平臺上大約使用了100個鈦熱交換器。位于英國蘇格蘭阿伯丁的亨廷油田服務公司訂購的鈦制部件據說是世界上**個鈦制高壓立管式豎井,用于美國大陸石油公司(Conoco)挪威的Heidrum工程項目中。

石油鈦合金鈦鉆探管的使用壽命較長,其重量僅為不銹鋼的一半,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間、降低鉆探總成本。美國的GrantPrideco公司、RTI能源系統公司及Torch鉆探服務公司在2000年**將鈦鉆探管用于工業應用。GrantPrideco公司和RTI能源系統公司共同生產和供應的鈦鉆探管還?