Титан для оффшорного и морского применения

Во всех областях техники, особенно в морском и шельфовом секторах, проектировщики, производители и конечные пользователи готовы, чем когда-либо прежде, рассматривать титан для постоянно расширяющегося спектра применений. Сегодня, когда несколько тысяч тонн титана находятся в эксплуатации на море, старые – и ложные – представления о стоимости, доступности и производстве с меньшей вероятностью, чем когда-либо, наносят вред инженерам, которые ясно видят все превосходные преимущества, которые титан приносит в морскую и морскую промышленность. оффшорные операции. Титан не является «экзотическим» металлом, он относительно недорог и широко доступен. Большое количество поставщиков и производителей регулярно поставляют компоненты и оборудование по ценам, которые подчеркивают, что этот металл легче и дешевле изготавливать и сваривать, чем большинство легированных сталей и никелевых сплавов. Дело в том, что для применения в морской воде не существует другого материала, который мог бы с экономической или технической точки зрения сравниться с титаном по своим характеристикам.

Титан так же прочен, как сталь, но на 45% легче. Высокая прочность, низкая плотность и коррозионная стойкость титана положительно влияют на снижение затрат. Снижение веса имеет большое значение для морских платформ. Уменьшение веса верхней части на одну тонну позволяет сэкономить более 100 фунтов стерлингов000, 1 миллион норвежских крон, на стали на подводной оболочке. Весь поднятый вес на полупогружных платформах, включая платформы с натяжными опорами (TLP), одинаково важен: снижение подвесного веса может сопровождаться уменьшением в 3–5 раз веса конструкции платформы, плавучести и системы швартовки. На быстрых паромах снижение веса является решающим фактором, способствующим увеличению полезной нагрузки и скорости при снижении расхода топлива.

Титан не требует допусков на коррозию, поэтому оборудование может быть спроектировано так, чтобы оно удовлетворяло минимальным требованиям к механической прочности и удобству обращения. Выдающаяся коррозионная стойкость титана даже в сильно загрязненной морской воде, добываемых на море жидкостях и почти во всех недобытых жидкостях обусловлена ​​стабильной, прочной и постоянной оксидной пленкой металла. В проточной или статической морской воде при температуре до 130 градусов титановые поверхности невосприимчивы к коррозии и противостоят эрозии в условиях, которые вызывают быстрое разрушение других обычно используемых металлов и сплавов. Титан невосприимчив к щелевой коррозии при температуре не менее 70 градусов в морской воде, а для некоторых нержавеющих сталей температура ограничена 10 градусами.

Уроки прошлых дорогостоящих ошибок, допущенных при выборе менее пригодных к эксплуатации сплавов для защиты от коррозии, хорошо усвоены. Стоимость замены на море в несколько раз превышает стоимость аналогичного наземного объекта. Аналогичным образом, штрафы постоянно увеличиваются на военных и коммерческих судах за отказ оборудования и незапланированные простои.

Спецификация титана с самого начала в сочетании с экономически эффективным проектированием, изготовлением, установкой и использованием является фундаментальным элементом безопасной и надежной работы. Это справедливо как для кораблей и других судов, где высокая доступность и снижение затрат на техническое обслуживание являются важными требованиями, так и для морских установок, срок службы которых запланирован до 70 лет. Титан часто будет конкурентоспособным по себестоимости, но гарантированно обеспечит самую низкую стоимость владения и всегда будет победителем в конкурсе по стоимости жизненного цикла.

Коррозионные характеристики титановых сплавов в природной и загрязненной морской воде по сравнению с другими сплавами

1. Зависит от уровня загрязнения/химического состава морской воды.
2. Классы 7,11,12, 16,17,20,21,24, 28,29, устойчивые к температуре не менее 200 градусов.
3. Стандартная степень 5 имеет конечную чувствительность, степень 23 (ELI) имеет улучшенные значения K1SCC.

ТИТАН МОРСКОЙ – ТЕКУЩИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Количество и разнообразие применений титана и титановых сплавов на шельфе продолжает расти. По сравнению с несколькими сотнями килограммов в системах хлорирования и теплообменниках двадцать лет назад, общий объем потребления сейчас приближается к трем тысячам тонн, главным образом в виде морской воды, систем управления технологическими жидкостями и теплообменников. Эти основные приложения дополняются широким спектром различных задач, многие из которых имеют решающее значение для работы и безопасности платформы.

Морские инженеры, обеспокоенные продолжающимися отказами нержавеющей стали и сплавов на основе меди, предназначенных для использования в морской воде, все чаще обращаются к титану. Титан доступен по конкурентоспособным и стабильным ценам, и наблюдается рост опыта и возможностей обрабатывающей промышленности по поставке широкого спектра титановой продукции, особенно труб, фитингов и систем, необходимых для морской и морской промышленности. В странах ЕС уже давно существует зрелая группа производителей титана, обслуживающая европейские химические, нефтехимические и энергетические предприятия, а также растущий рынок морских приложений. С 1990 года около пятнадцати норвежских производителей развили способность поставлять титан, и им потребовалось лишь относительно короткое время, чтобы овладеть всеми аспектами механической обработки, гибки и сварки. Освоение технологии холодной гибки тонкостенных титановых труб обеспечило прорыв в общей конкурентоспособности титановых систем.

Некоторые морские применения титана

Благодаря высокой прочности, высокой вязкости и исключительной стойкости к эрозии/коррозии титан в настоящее время также используется для:

• Подводные шаровые краны
• Пожарные насосы
• Теплообменники
• Материалы корпуса глубоководных аппаратов.
• Водометные двигательные установки
• Гребные валы и гребные винты
• Облицовки выхлопной трубы
• Морская броня
• Подводные манипуляторы
• Высокопрочные крепления
• Оборудование для яхт
• Судовые системы охлаждения и трубопроводов
• Многие другие компоненты в конструкциях кораблей.

Первое полностью титановое рыболовное судно было спущено на воду в Японии в 1998 году. При весе 4,6 тонны судно длиной 12,5 м (41 фут) может двигаться со скоростью 30 узлов с улучшенной топливной экономичностью. Экономия эксплуатационных расходов включает отсутствие необходимости покраски корпуса и более легкое удаление биообрастаний. Прогрессирующая деградация корпусов лодок из стекловолокна из-за многократного загрязнения и чистки является постоянным наказанием для японского прибрежного рыболовного флота.

СИСТЕМЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Рядовые трубопроводы, конические напряженные соединения, технологические трубы и облицовки, выкидные линии и аналогичные системы высокого давления используются в тех случаях, когда требования к сроку службы увеличиваются, а требования к эксплуатации и безопасности становятся более строгими, и титан может превзойти стальные и несвязанные гибкие трубы. концепция использования титана в таких целях не нова.

Полномасштабное коническое напряженное соединение было поставлено в Мексиканский залив для компании Placid Oil на месторождении Грин-Каньон в 1987 году. Соединение было извлечено в 1989 году. Несмотря на краткость этого периода службы, установка не испытывала недостатка в самых жестких условиях испытаний. , подвергшийся 100-летней волновой нагрузке из-за возникновения петлевых течений в Персидском заливе, которые сохранялись более двух недель в 1988 году. Соединение из титанового сплава сохранилось без каких-либо повреждений, а после периода хранения было отремонтировано и установлено на море для Ensearch ( Гарден Бэнкс) в июле 1995 года. Всего для месторождения Орикс Нептун было доставлено пятнадцать конических напряженных соединений Ti-6Al-4V.
Титановые конические соединения напряжения (TSJ) обычно имеют длину от половины до одной трети, четверть веса и дешевле, чем их функциональные аналоги из стали.

Титан предпочтительнее более тяжелых и дорогостоящих несклеенных гибких труб, где:

• Весовая нагрузка на судно или платформу имеет решающее значение.
• Давление и температура на производственной стороне<125°C
• Трубы большего диаметра
• Ограничения обрушения на глубокой воде
• Надежность работы и длительный срок службы имеют решающее значение.

Титан предпочтительнее более тяжелых, жестких и менее устойчивых к коррозии стальных труб, где:

• Движение судна сильное, а состояние моря тяжелое.
• Усталость и напряжения изгиба являются потенциальной проблемой.
• Вихревая вибрационная усталость является потенциальной проблемой.
• Весовая нагрузка на судно или платформу имеет решающее значение.
• На мелководье стальные стояки подвергаются высоким изгибным нагрузкам.
• Образуются коррозийные, горячие рассолы и кислые жидкости.

Продолжающиеся открытия глубоководных морских месторождений нефти и газа требуют все большего внимания к разработке долгосрочных технических и экономически эффективных решений в области материалов для стояков. Интерес сосредоточен на титане из-за его благоприятного соотношения прочности и веса, гибкости и низкой плотности. Титан не будет влиять, взаимодействовать или загрязнять естественную морскую среду.

Минимизация веса становится все более важной проблемой для плавучих платформ по мере увеличения глубины воды. Разработка композитных райзеров с использованием титанового вкладыша уменьшенной толщины в сочетании с волокнистым армированием знаменует собой шаг к дальнейшему снижению веса по сравнению со всеми металлическими системами.

Первый в мире стояк из титанового сплава (Ti-6Al-4V ELI – класс ASTM 23) представляет собой буровой стояк длиной 400 метров на платформе натяжных опор Heidrun. Титан обеспечивает существенное снижение веса надстройки, снижение требований к натяжению и устранение элементов плавучести, а также дорогих и громоздких гибких соединений, которые традиционно используются в стальных буровых райзерах. Марка 23 также является номинированным сплавом для свободно висящей подвесной комбинированной колонны для отвода газа диаметром 711 мм (диаметр 28 дюймов и длиной 670 м (2200 футов) и стояка для запуска скребков с поверхности для платформы Асгард. Повышение температуры и давления (буровой стояк Хайдрун рассчитан на до 31 МПа (4500 фунтов на квадратный дюйм)), а ожидание того, что добытые газ и нефть станут «кислыми» в долгосрочной перспективе, делают титан очень привлекательным вариантом.Существующие несвязанные гибкие трубы не могут выдерживать прогнозируемые более высокие температуры продукта или термоциклирование. Ассортимент титановых сплавов включает возможность выдерживать температуру продукта, превышающую 200 градусов, и термоциклирование не является проблемой.

Возможность переработки использованных стояков с относительно высокой степенью восстановления в конце запланированного срока службы является еще одним бонусом в благоприятном уравнении стоимости жизненного цикла титана.