(1 المقدمة
يحتوي المحيط ، الذي يمثل حوالي 71 في المائة من مساحة سطح الأرض ، على موارد وفيرة. لقد أصبح أحد اتجاهات جهود الناس لسنوات عديدة لتطوير واستخدام المحيطات وجعل المحيط مصدر ثروتنا الضخمة. ومع ذلك ، فإن مياه البحر تآكل بسبب محتواها من الملح بنسبة 3.5 في المائة تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بعض التلوث البيولوجي في المحيطات يؤدي أيضًا إلى تسريع تآكل مياه البحر.
التيتانيوم مادة ذات خصائص فيزيائية ممتازة وخصائص كيميائية مستقرة. يتميز التيتانيوم وسبائكه بقوة عالية وثقل نوعي صغير ومقاوم لتآكل مياه البحر وتآكل الغلاف الجوي البحري ، والذي يمكن أن يلبي بشكل جيد متطلبات تطبيقات الناس في الهندسة البحرية. بعد سنوات من العمل الجاد من قبل الأشخاص في صناعة التيتانيوم والباحثين في تطبيقات هندسة المحيطات ، تم استخدام التيتانيوم على نطاق واسع في مجالات تطوير النفط والغاز البحري ، وبناء الموانئ البحرية ، ومحطات الطاقة الساحلية ، وتحلية مياه البحر ، والسفن ، ومصايد الأسماك البحرية ، والطاقة الحرارية البحرية تحويلات. الآن ، أصبح التيتانيوم للهندسة البحرية أحد المجالات الرئيسية للتطبيق المدني للتيتانيوم.
(II) حالة التطبيق
2.1 تطوير النفط والغاز البحري
النفط هو شريان الحياة لاقتصاد الدولة. تشير التقديرات إلى أن احتياطيات النفط القابلة للاستخراج في العالم تبلغ 300 مليار طن ، منها احتياطي النفط في قاع البحار حوالي 130 مليار طن. بدأ تطوير زيت الغواصة في أوائل القرن العشرين. لقد مر تطويرها من خلال العملية من البحر إلى البحر البعيد ، من البحر الضحل إلى أعماق البحار. مقيدة بالشروط الفنية والتطور المادي ، في البداية يمكن فقط استغلال رواسب النفط والغاز الطبيعي الممتدة مباشرة من الساحل إلى البحر الضحل. منذ الثمانينيات ، مدفوعة بأزمة الطاقة والتقدم التكنولوجي ، تطورت عمليات التنقيب عن النفط البحري وتطويره بسرعة ، وتطور تطوير النفط البحري بسرعة إلى الجرف القاري ، مشكلاً بالتدريج قطاعًا جديدًا لصناعة النفط البحرية. منصة الحفر البحرية هي قاعدة العمل لاستكشاف واستغلال النفط والغاز تحت سطح البحر ، وهي تمثل مستوى تكنولوجيا تطوير النفط والغاز تحت سطح البحر. تشتمل معدات إنتاج النفط البحري بشكل أساسي على منصات إنتاج النفط والمعدات المساعدة ، مثل مبردات الزيت الخام ، ورافعات الزيت ، والمضخات ، والصمامات ، والمفاصل والتركيبات. تتلامس هذه الأجهزة مع الكبريتيد والأمونيا والكلور والوسائط الأخرى في مياه البحر والنفط الخام. نظرًا لمقاومة التيتانيوم الممتازة للتآكل في هذه الوسائط ، استخدمت الولايات المتحدة أعمدة منصة النفط البحرية المصنوعة من التيتانيوم في حقولها النفطية في أوائل السبعينيات ، واستخدمت التيتانيوم لصنع مبادلات حرارية للأنابيب ومبادلات حرارية للوحة. سخان. يستخدم المبادل الحراري لقشرة وأنبوب التيتانيوم مياه البحر كوسيط تبريد لتبريد خليط البخار / الزيت عالي الحرارة الذي يتم ضخه من بئر الزيت. يستخدم المبادل الحراري للوحة التيتانيوم أيضًا مياه البحر كوسيط تبريد لتبريد المياه العذبة التي تبرد الزيت الخام في المبادل الحراري المصنوع من الصلب الكربوني. تستخدم الولايات المتحدة حوالي 100 مبادل حراري من التيتانيوم في منصات النفط في بحر الشمال. يُقال إن مكون التيتانيوم الذي طلبته شركة Hunting Oilfield Services في أبردين ، اسكتلندا ، المملكة المتحدة ، هو أول عمود رفع من التيتانيوم عالي الضغط في العالم لمشروع Heidrum في Conoco في النرويج.
تتميز أنابيب حفر التيتانيوم المصنوعة من سبائك التيتانيوم بعمر خدمة طويل ، ووزنها نصف وزن الفولاذ المقاوم للصدأ فقط ، ولكن مرونة استخدامه ضعف تلك الموجودة في الفولاذ المقاوم للصدأ ، وعمرها التشغيلي هو 10 أضعاف عمر الفولاذ. هذه الخصائص الممتازة تجعل التيتانيوم مادة ممتازة لحفر الآبار العميقة وشبه الدائرية الصعبة. يمكن لأدوات الحفر المختلطة بما في ذلك أنابيب حفر التيتانيوم أن تقلل إلى حد كبير من وقت الحفر وتقليل تكاليف الحفر الإجمالية. في عام 2000 ، استخدمت GrantPrideco و RTI Energy Systems و Torch Drilling Services في الولايات المتحدة لأول مرة أنابيب حفر التيتانيوم للتطبيقات الصناعية. أنابيب حفر التيتانيوم ، التي تنتجها وتزودها GrantPrideco و RTI Energy Systems ، تتميز أيضًا بوصلات الأدوات الفولاذية من GrantPrideco Anti-Fatigue. الوصلات خفيفة الوزن ومرنة في الاستخدام وتجعل أنابيب حفر التيتانيوم متينة وقوية.
يعد نظام خطوط أنابيب مياه البحر جزءًا لا غنى عنه في استغلال النفط تحت سطح البحر. نظرًا لأن التيتانيوم يتمتع بمقاومة عالية للتآكل لمياه البحر ، فإن مدة خدمته تبلغ 10 أضعاف عمر نظام الفولاذ. لذلك ، فإن تكلفة نظام خطوط أنابيب التيتانيوم فعالة من حيث التكلفة مقارنة بنظام Cu-Ni. من. قامت شركة Active Metals of America و Precision Tube Technology بشكل مشترك بتأسيس شركة Titanium Tube Technology لإنتاج أنابيب سبائك التيتانيوم ذات القطر الكبير. السبائك المستخدمة في هذا الأنبوب هي سبائك Ti -3 Al {4}}. 5V ، القطر 650mm ، سمك الجدار 22-25 mm ، والطول 350m. استخدمت شركة أخرى في الولايات المتحدة أنابيب غير ملحومة من سبائك التيتانيوم بطول 15 مترًا وقطر خارجي 600 ملم وسمك جدار 25 ملم لصنع أنبوب رفع بطول 500 متر تقريبًا عن طريق البثق ، والذي تم استخدامه في منصة الحفر البحرية. يقال أنه يمكن تقليل وزن الأنبوب الصاعد بمقدار النصف ، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكلفة الصابورة ، بالإضافة إلى أنه يتميز أيضًا بصلابة عالية للكسر وعمر إجهاد طويل.
وفقًا لتقارير البيانات ، في مشروع تطوير حقل نفط بحر الشمال في الولايات المتحدة ، زادت كمية التيتانيوم المستخدم في جهاز الجسم العائم على السفينة والجهاز الثابت في قاع البحر مقارنة بالسابق. الطلب على مواد التيتانيوم لـ 24 جهازًا عائمًا للجسم و 64 جهازًا ثابتًا تحت سطح البحر هو: 50-100 لأجهزة حماية السلامة ، 50-100 لأجهزة التوصيل ، 400-1000 لمعدات الرفع العامة ، و 1400-4200 لأنابيب الحفر. يعتبر تآكل الأجزاء الهيكلية الناجم عن التلوث البيولوجي لمنصات التنقيب عن النفط البحرية أمرًا خطيرًا للغاية. تستخدم شركة في الولايات المتحدة أغلفة طويلة مصنوعة من أنابيب التيتانيوم على منصات التعدين لحماية الأجزاء الموجودة على المنصة.
شهدت السنوات القليلة الماضية زيادة ملحوظة في استخدام مكونات سبائك التيتانيوم في عمليات التنقيب عن النفط والإنتاج البحري. تسمح مكونات سبائك التيتانيوم للتنقيب عن النفط بالوصول إلى المياه العميقة والآبار العميقة ، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة وبيئات الإنتاج شديدة التآكل (أي الملوحة).
بالنسبة لهذا النوع من التطبيقات ، تعتبر سبيكة TC4 المصنوعة من التيتانيوم (Ti -6 Al -4 V) هي الأنسب والأقل تكلفة من حيث الأداء الشامل. يعد نظام خطوط أنابيب مياه البحر جزءًا لا غنى عنه في استغلال النفط تحت سطح البحر. نظرًا لأن التيتانيوم يتمتع بمقاومة عالية للتآكل لمياه البحر ، فإن مدة خدمته تبلغ 10 أضعاف عمر نظام الفولاذ. لذلك ، فإن تكلفة نظام خطوط أنابيب التيتانيوم أكثر فعالية من حيث التكلفة من تكلفة نظام Cu-Ni. من. قامت شركة Active Metals of America و Precision Tube Technology بشكل مشترك بتأسيس شركة Titanium Tube Technology لإنتاج أنابيب سبائك التيتانيوم ذات القطر الكبير. السبائك المستخدمة في هذا الأنبوب هي سبيكة TA18 (Ti -3 Al -2. 5V) بقطر 650 مم وسمك جدار 22-25 مم وطول 350 م و وزن الأنابيب 80-90 طن ، والمخطط لاستخدامه في التنقيب عن النفط تحت سطح البحر. استخدمت شركة أخرى في الولايات المتحدة أنابيب غير ملحومة من سبائك التيتانيوم بطول 15 مترًا وقطر خارجي 600 ملم وسمك جدار 25 ملم لصنع أنبوب رفع بطول 500 متر تقريبًا عن طريق البثق ، والذي تم استخدامه في منصة الحفر البحرية. يقال أنه يمكن تقليل وزن الأنبوب الصاعد بمقدار النصف ، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكلفة الصابورة ، بالإضافة إلى أنه يتميز أيضًا بصلابة عالية للكسر وعمر إجهاد طويل.
أثبتت الممارسة أن سبيكة Ti -6 Al -4 V (Gr. 5_ TC4) هي أفضل مادة لأنابيب الحفر. كتطبيقات الحفر ، تعتبر قوة الخضوع وقوة التعب هي الأكثر أهمية. لذلك ، فإن سبائك Gr.5 ذات العناصر الخلالية المنخفضة بشكل خاص مناسبة لأجهزة الرفع الديناميكية الأكثر أهمية. عندما تتجاوز درجة حرارة التشغيل 75 ~ 80 درجة ، يتم استخدام سبيكة Gr29 المحتوية على الروثينيوم لمنع تآكل الشقوق أو التآكل الناتج عن الإجهاد.
تشمل المكونات الأكثر استخدامًا رافعات الحفر البحرية وأنابيب الحفر ومفاصل الضغط المخروطية (TSJs) والرافعات الهجينة المصنوعة من التيتانيوم / الصلب.
تم استخدام مكونات التيتانيوم الصغيرة مثل مضخات التيتانيوم ، والصمامات ، والمفاصل ، والمشابك ، والمشابك وقطع الغيار على نطاق واسع في منصات التنقيب عن النفط. تستخدم سبائك التيتانيوم أيضًا على نطاق واسع في قذائف أدوات التنقيب عن النفط في الخارج في الخارج.
2.2 مباني الميناء
التيتانيوم يحتوي على طبقة أكسيد لا يزيد سمكها عن 1 0 نانومتر على السطح. إنه مستقر للغاية في البيئات المسببة للتآكل ولديه مقاومة ممتازة للتآكل للهواء ومياه البحر والبيئات البحرية. إنها حاليًا أنسب المواد الخام للبيئات البحرية المختلفة. نفذت اليابان بنشاط عمليات التطوير البحري ، مثل الجسر الممتد من هونسو إلى شيكوكو ، والجسر عبر خليج طوكيو ، ومطار كانساي ، وقاعدة تخزين النفط العائمة. اختبار التعرض الذي أجرته وزارة الإنشاءات ونادي الحديد والصلب الياباني على سطح المحيط لنهر أويجاوا وتقارير التحقيق لمختلف اختبارات التعرض المضادة للتآكل التي أجرتها وزارة النقل ورابطة ركائز الأنابيب الفولاذية على بوساكي العائم أظهر حامل الرمل أيضًا أن التيتانيوم هو المادة الأكثر ملاءمة. بالإضافة إلى خصائصه الممتازة المضادة للتآكل ، يتمتع التيتانيوم أيضًا بمزايا عدد قليل جدًا من الأيونات المذابة في بيئة مياه البحر ، ولا توجد سمية ، ولا داعي للقلق بشأن تلويث البيئة. قامت اليابان أيضًا ببناء هيكل بحري عائم كبير جدًا ، باستخدام مواد مركبة من التيتانيوم والصلب في نظف مياه البحر ؛ في بناء خليج طوكيو الممتد على الطريق السريع ، تم استخدام مواد التيتانيوم كجذع مقاوم للرذاذ لأرصفة الجسر ، والمواد المركبة المصنوعة من التيتانيوم والفولاذ لكل رصيف جسر هي 0.9 طن. تشمل الهياكل البحرية العائمة الكبيرة المستخدمة بالفعل أو المخطط لها المطارات وقواعد لوجستية الموانئ والمرافق الرياضية والمزيد.
2.3 محطات الطاقة الساحلية
يعد الاستخدام الشامل لمياه البحر أحد المشاريع المهمة في الهندسة البحرية. مكثف محطة الطاقة الساحلية هو جهاز يستخدم كمية كبيرة من مياه البحر. التيتانيوم المستخدم في محطات الطاقة الساحلية هو التيتانيوم المستخدم في المكثفات. نظرًا لأن المكثف يستخدم مياه البحر كمياه تبريد ، وتحتوي مياه البحر على كمية كبيرة من الرمل الطيني ، والمواد المعلقة ، والكائنات البحرية والعديد من المواد المسببة للتآكل ، فإن الوضع يكون أكثر خطورة في المياه المالحة العذبة حيث تتناوب مياه البحر ومياه النهر. تستخدم المكثفات التقليدية أنابيب سبائك النحاس ، والتي غالبًا ما تتضرر بشدة بسبب التآكل المتنوع في مياه البحر. يتمتع التيتانيوم بمقاومة جيدة للتآكل في مياه البحر ، وخاصة مياه البحر الملوثة ، ومقاومته للتآكل عالية السرعة متميزة بشكل خاص.
2.4 جهاز تحلية مياه البحر
"الماء هو مصدر الحياة". في الوقت الحالي ، أصبحت ندرة المياه مشكلة يعاني منها العالم. حوالي 25 في المائة من سكان العالم ليس لديهم مصادر كافية لمياه الشرب. الأنهار الأرضية وموارد المياه الجوفية في العالم بعيدة كل البعد عن تلبية احتياجات التنمية الصناعية. لذلك ، ستكون تحلية مياه البحر وسيلة فعالة للبشر لحل موارد المياه العذبة في المستقبل.
من منظور تطوير تحلية مياه البحر في الداخل والخارج ، هناك طريقتان رئيسيتان: التقطير والتناضح العكسي. الأول هو تسخين مياه البحر لتبخيرها ، ثم تكثيف البخار للحصول على المياه العذبة. هذا الأخير هو ضغط مياه البحر ، بحيث تمر المياه العذبة فيها عبر غشاء خاص وتحتفظ بالملح للحصول على المياه العذبة. استخدمت أجهزة تحلية مياه البحر المبكرة سبائك النحاس والفولاذ الكربوني ومواد أخرى. نظرًا لأن هذه المواد ليست مقاومة لتآكل مياه البحر ولها كفاءة إنتاج منخفضة ، فقد تم استبدالها بسرعة بالتيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل في مياه البحر. في تحلية مياه البحر ، فإن التطبيق الرئيسي للتيتانيوم هو أنبوب نقل حرارة السخان لمحطة تحلية المياه. المنتجان الرئيسيان لمحطات تحلية المياه هما الولايات المتحدة واليابان. بحلول عام 2004 ، كان هناك أكثر من 15 ، 000 محطة تحلية تم بناؤها أو قيد الإنشاء في العالم ، بإنتاج يومي يبلغ حوالي 32 مليون طن من المياه العذبة. قامت الشركة اليابانية ببناء 10 وحدات تقطير للمملكة العربية السعودية بإنتاج يومي يبلغ 30 ، 000 طنًا من المياه العذبة ، باستخدام 3200 طن من أنابيب التيتانيوم ، ومتوسط إنتاج يومي يبلغ 10 ، 000 أطنان ، وهو ما يتطلب 107 أطنان من التيتانيوم.
قامت تيانجين وشاندونغ في بلدي وأماكن أخرى ببناء أو بناء محطات لتحلية مياه البحر. على سبيل المثال ، تتمثل الخطة الأولية لتحلية مياه البحر في تيانجين في إنتاج 500 و 000 طن من المياه العذبة يوميًا بحلول عام 2007 و 700 طن 000 بحلول عام 2010. ويقدر أن حوالي 250 طنًا من التيتانيوم سيتم استخدامها في مشاريع تحلية مياه البحر في تيانجين وشاندونغ.
2.5 السفن
التيتانيوم وسبائكه مقاومة للتآكل في مياه البحر والأجواء البحرية ، وتعتبر من المواد الجيدة للسفن بسبب جاذبيتها النوعية الخفيفة ، وقوتها العالية ، ومقاومة الصدمات ، وغير المغناطيسية ، ونقل الصوت ، ومعامل التمدد الصغير. في السنوات الأخيرة ، جذب تطبيق التيتانيوم في السفن الكثير من الاهتمام. تعلق الصناعات البحرية وبناء السفن في مختلف البلدان أيضًا أهمية كبيرة على تطبيق التيتانيوم على السفن ، وقد طورت العديد من درجات سبائك التيتانيوم البحرية. يستخدم التيتانيوم وسبائكه على نطاق واسع في السفن ، مثل هياكل الهيكل ، وأوعية المسح في أعماق البحار ، وأجسام ضغط الغواصات ، والأنابيب ، والصمامات ، والدفات ، وأقواس العمود ، والملحقات ، والمراوح ، والدوافع في مهاوي محركات الطاقة ، والمبادلات الحرارية ، والمبردات ، والبدن أكفان السونار ، وأكثر من ذلك.
كان أول تطبيق للتيتانيوم على بدن السفينة هو الغواصة من فئة ألفا للاتحاد السوفيتي السابق. بعد ذلك ، تم استخدام التيتانيوم في أبحاث أعماق البحار الاصطناعية أو غير المأهولة وغواصات المساعدة في أعماق البحار. يتم استخدام التيتانيوم النقي الصناعي للأجزاء الهيكلية العامة ، وسبائك Ti -6 Al -4 V لأوعية الضغط. وفقًا للتقارير ، فإن استخدام التيتانيوم في هيكل الهيكل لا يمكن أن يقلل فقط من وزن الهيكل نفسه ، ويزيد من وزن الحمولة الفعال ، بل يقلل أيضًا من الصيانة ويطيل عمر خدمة السفينة. تتطلب سبائك الألومنيوم والفولاذ الطري والمواد الهيكلية الأخرى للهيكل بشكل عام صيانة في غضون 10 سنوات ، بينما لا تتطلب مواد التيتانيوم صيانة وإصلاحات ، ويمكن إطالة عمرها الافتراضي من 20 عامًا المعتادة إلى 30 إلى 40 عامًا.
كانت أبحاث اليابان حول سبائك التيتانيوم لسفن المسح في أعماق البحار مثمرة. تستخدم جميع غرف الضغط "Deep-Sea 6500" التي يمكنها استيعاب 3 مشغلين تقريبًا سبائك التيتانيوم. هذا هو نتيجة الجهود طويلة المدى في حوض بناء السفن التابع لشركة Mitsubishi للصناعات الثقيلة في كوبي. تستخدم الغواصات كمية كبيرة من التيتانيوم. على سبيل المثال ، تستخدم غواصة نووية بعمق 900 متر ما يصل إلى 3500 طن من التيتانيوم.
2.6 مصايد الأسماك البحرية
وفقًا للتقارير ، فقد تغيرت صناعة المصايد اليابانية من صيد الأسماك إلى استزراع الأسماك ، كما تم استزراع أسماك الأسد ، والسمك المفلطح ، وثعبان البحر ، وما إلى ذلك بشكل اصطناعي. في تكنولوجيا التربية الاصطناعية ، تستخدم على نطاق واسع شبكة معدنية من التيتانيوم ومبادل حراري لأنبوب التيتانيوم للحفاظ على درجة حرارة معينة لمياه البحر. لقد تم تحقيق الاستزراع الاصطناعي للهامور في المناطق الساحلية من فوجيان في بلدي ، وقد جلبت سلة الاستزراع من نوع لوحة التيتانيوم فوائد ممتازة لاستزراع الهامور.
2.7 تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات
هناك طاقة هائلة في المحيط ، مثل طاقة المد والجزر وطاقة الأمواج وطاقة فرق درجة الحرارة وطاقة تيار المحيط وطاقة فرق الملح وما إلى ذلك. مع النقص المتزايد في الطاقة في العالم ، سيكون الناس أكثر اهتمامًا بتطوير واستخدام طاقة المحيطات. تم بحث وتطوير مشاريع توليد الطاقة الكهروحرارية والمد والجزر. مبدأ توليد الطاقة الكهروحرارية هو استخدام مياه البحر ذات درجة الحرارة العالية على سطح المحيط لتبخير الأمونيا أو الفريون لدفع التوربين للدوران وتوليد الكهرباء ، ثم استخدام مياه البحر ذات درجة الحرارة المنخفضة في أعماق المحيط لتبريد الأمونيا المتبخرة أو الفريون لتشكيل نظام محرك حراري ذو دورة مستمرة.
المعدات الرئيسية لتوليد الطاقة الحرارية هي المبخرات والمكثفات وأنابيب شفط مياه البحر والحلقات وما إلى ذلك ، والتي لا تتطلب فقط مقاومة التآكل ، ولكن أيضًا مقاومة الأمونيا والفلور للتآكل. لا يتمتع التيتانيوم وسبائكه بمقاومة جيدة للتآكل في مياه البحر فحسب ، بل إنه أيضًا مقاوم للتآكل بفعل الأمونيا والفلور ، لذا فإن التيتانيوم هو المادة الأكثر مثالية.
تُستخدم مبخرات ومكثفات أنبوب التيتانيوم في محطات الطاقة الكهروحرارية في الولايات المتحدة واليابان ، وقد تم تحقيق نتائج جيدة.
(3) الآفاق
كسوق مدني ناشئ للتيتانيوم ، تطورت الهندسة البحرية بسرعة في السنوات الأخيرة. مع تفاقم أزمة الطاقة العالمية ، سوف تستثمر جميع دول العالم الكثير من القوى العاملة والموارد المادية لاستغلال الموارد النفطية في قاع البحار والموارد المعدنية الأخرى ؛ في اتجاه النقص العالمي في المياه العذبة ، ستستخدم جميع البلدان الساحلية مياه البحر لإنتاج المياه العذبة ؛ المنافسة الشرسة المتزايدة للمعدات البحرية للقوى العسكرية المختلفة لا تنفصل عن مواد التيتانيوم وسبائك التيتانيوم. لذلك ، فإن تطبيق التيتانيوم وسبائكه في الهندسة البحرية سيصبح أكثر وأكثر شمولاً. من المتوقع أن يصبح التيتانيوم للهندسة البحرية سوق تطبيقات أكبر لمواد التيتانيوم.
اتصل بنا للحصول على مزيد من المعلومات. شكرًا لك
نيكول
الشركة: Baoji Jimiyun Dynamic Co.، Ltd
Cuntry: الصين
إضافة: طريق باوتي ، جينتاى ، مدينة باوجى ، شنشى ، الصين
Cel: بالإضافة إلى 86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
الموقع: www.jm-titanium.com
