Introduction

Représente environ 71% de la superficie de la Terre et est riche en ressources marines. La mer, l'utilisation de l'océan, a permis à la mer de devenir une source de grande richesse pour nous, elle est devenue l'une des orientations des efforts depuis de nombreuses années. Mais l’eau de mer est corrosive car elle contient environ 3.5 pour cent de sel. De plus, certaines pollutions biologiques des océans accélèrent la corrosion.

Représente environ 71% de la superficie de la Terre et est riche en ressources marines. La mer, l'utilisation de l'océan, a permis à la mer de devenir une source de grande richesse pour nous, elle est devenue l'une des orientations des efforts depuis de nombreuses années. Mais l’eau de mer est corrosive car elle contient environ 3.5 pour cent de sel. De plus, certaines pollutions biologiques des océans accélèrent la corrosion.

Le titane est un type de matériau doté de bonnes propriétés physiques et de propriétés chimiques stables. Le titane et ses alliages ont une résistance élevée et une faible densité, et résistent à la corrosion par l'eau de mer et à la corrosion par l'atmosphère océanique. Après des années d'efforts du personnel de l'industrie du titane et des chercheurs en applications d'ingénierie marine, le titane a été largement utilisé dans les domaines du développement pétrolier et gazier offshore, de la construction portuaire, des centrales électriques côtières, du dessalement de l'eau de mer, des navires, de la pêche maritime et de la conversion de l'énergie thermique marine. De nos jours, le titane pour l’ingénierie océanique est devenu l’un des principaux domaines d’application civile du titane.

État de la candidature

1.Le développement du pétrole et du gaz marin

Le pétrole est la bouée de sauvetage économique d’un pays. On estime que le monde possède 300 milliards de tonnes de réserves de pétrole récupérables, dont environ 130 milliards de tonnes de réserves sous-marines. L’exploitation du pétrole sous-marin a commencé au début du XXe siècle. Son développement s'est déroulé de l'offshore à la haute mer, du processus en eaux peu profondes aux eaux profondes. Limité par les conditions techniques et le développement des matériaux, initialement uniquement l'exploitation minière directement de la côte jusqu'aux gisements de pétrole et de gaz des mers peu profondes. Depuis les années 20, sous l'impulsion de la crise énergétique et du progrès technologique, l'exploration et l'exploitation pétrolières offshore se sont développées rapidement, et l'exploitation pétrolière offshore a progressé rapidement jusqu'au plateau continental, formant progressivement un tout nouveau secteur de l'industrie pétrolière offshore. La plate-forme de forage offshore est la base de travail pour l'exploration et l'exploitation du pétrole et du gaz des fonds marins. L'équipement d'exploitation pétrolière offshore comprend principalement la plate-forme de production pétrolière et les équipements auxiliaires, qui comprennent un refroidisseur de pétrole brut, une colonne montante de pétrole, une pompe, une vanne, un joint et un accessoire, etc. Ces dispositifs sont en contact avec du sulfure, de l'ammoniac, du chlore et d'autres milieux présents dans l'eau de mer et le brut. huile. En raison de l'excellente résistance à la corrosion du titane dans ces milieux, les États-Unis ont utilisé des piliers de plate-forme pétrolière offshore en titane dans leurs champs pétrolifères au début des années 1980 et ont utilisé du titane pour fabriquer des échangeurs de chaleur tubulaires et à plaques. Les échangeurs de chaleur à tubes de titane utilisent l’eau de mer comme moyen de refroidissement pour refroidir le mélange vapeur/huile à haute température pompé du puits. L'échangeur de chaleur à plaques en titane UTILISE également l'eau de mer comme moyen de refroidissement pour refroidir l'eau douce du pétrole brut dans l'échangeur de chaleur en acier au carbone. Les États-Unis utilisent environ 1970 échangeurs de chaleur en titane sur les plates-formes pétrolières de la mer du Nord. Les composants en titane commandés par Huntin Oilfield Services à Aberdeen, en Écosse, seraient le premier tube vertical en titane haute pression au monde pour le projet Heidrum en Norvège de la société pétrolière continentale (Conoco).

Le pétro tige de forage en titane a une longue durée de vie. Son poids n'est que la moitié de celui de l'acier inoxydable, mais sa flexibilité est deux fois supérieure à celle de l'acier inoxydable et sa durée de vie est 10 fois supérieure à celle de l'acier. Ces excellentes propriétés font du titane un excellent matériau pour le forage de puits profonds, quasi circulaires et difficiles. Contenant une combinaison d'outils de forage de tiges de forage en titane peut réduire considérablement le temps de forage et réduire les coûts de forage. Les sociétés américaines GrantPrideco, RTI Energy Systems et Torch Drilling Services ont utilisé pour la première fois des tiges de forage en titane pour des applications industrielles en 2000. GrantPrideco et RTI Energy Systems produisent et fournissent des tiges de forage en titane avec des joints d'outils en acier résistant à la fatigue GrantPrideco. Ce joint est léger, flexible et peut rendre les tiges de forage en titane solides et résistantes.

L'eau est un élément nécessaire du système d'oléoduc sous-marin, en raison de la présence de titane dans l'eau de mer avec une résistance élevée à la corrosion, sa durée de vie de l'acier est 10 fois supérieure, par conséquent, le coût du tuyau en titane par rapport au système Cu Ni est économique. American Active Metal Corporation et Precision Tube Technology Corporation ont créé une société de technologie de tubes en titane pour produire un tube en alliage de titane de grand diamètre. Cet alliage est utilisé par l'alliage Ti - 3-2.5 V, le diamètre est de 650 mm, l'épaisseur est de 22 ~ 25 mm, la longueur de 350 m, 80 ~ 90 t, un plan de canalisation pour le forage pétrolier offshore. Une autre société américaine a extrudé près de 500 mégaoctets de tubes sans soudure en alliage de titane – 15 mètres de longueur, 600 mm de diamètre et 25 mm d’épaisseur de paroi – dans un puits qui a été utilisé sur une plate-forme offshore. On prétend que le poids du tube de puits peut être réduit de moitié, ce qui réduit considérablement le coût du ballast. De plus, il présente une ténacité élevée et une longue durée de vie en fatigue.

Selon les rapports, la quantité de titane utilisée dans les dispositifs à corps flottants et les accessoires sous-marins dans le cadre du projet de développement du champ pétrolifère américain en mer du Nord a augmenté. Les exigences en matière de titane pour 24 dispositifs à corps flottants à bord des navires et 64 dispositifs de fixation sous-marins sont : dispositif de protection de sécurité 50 ~ 100 t, dispositif de connexion 50 ~ 100 t, équipement de levage général 400 ~ 1000 1400 t, tiges de forage 4200 XNUMX ~ XNUMX XNUMX t. La corrosion des pièces structurelles causée par la contamination biologique des plates-formes pétrolières offshore est si grave qu'une entreprise américaine a utilisé des manchons longs en tubes de titane pour protéger les parties des plates-formes.

Au cours des dernières années, l’utilisation de composants en alliage de titane dans les opérations de forage pétrolier et de production offshore a considérablement augmenté. Les pièces en alliage de titane peuvent permettre de forer dans des eaux plus profondes et plus le puits est profond, y compris à des températures plus élevées et dans un environnement de production à corrosion sévère (salée).

Pour ce type d'applications, parmi les performances globales, l'alliage de tiges de titane TC4 (Ti - 6, 4 V) est le plus applicable et le moins cher. Le système de canalisations d’eau de mer est un élément indispensable de l’exploitation pétrolière des fonds marins. En raison de la haute résistance à la corrosion du titane à l’eau de mer, sa durée de vie est 10 fois supérieure à celle d’un système en acier. Par conséquent, le coût du système de tuyauterie en titane est rentable par rapport au système cu-ni. American Active Metal Corporation et Precision Tube Technology Corporation ont créé une société de technologie de tubes en titane pour produire un tube en alliage de titane de grand diamètre. Cet alliage est utilisé par les alliages TA18 (Ti - 3 al - 2.5 - V), le diamètre est de 650 mm, l'épaisseur est de 22 ~ 25 mm, la longueur de 350 m, 80 ~ 90 t, un plan de tuyauterie pour le forage pétrolier offshore. Une autre société américaine a extrudé près de 500 mégaoctets de tubes sans soudure en alliage de titane – 15 mètres de longueur, 600 mm de diamètre et 25 mm d’épaisseur de paroi – dans un puits qui a été utilisé sur une plate-forme offshore. On prétend que le poids du tube de puits peut être réduit de moitié, ce qui réduit considérablement le coût du ballast. De plus, il présente une ténacité élevée et une longue durée de vie en fatigue.

La pratique a prouvé que l'alliage Ti 6 al 4 v (Gr. 5 _tc4) est le meilleur matériau, les tiges de forage comme applications de forage, la limite d'élasticité et la résistance à la fatigue sont l'une des plus importantes, par conséquent, deux types d'éléments spéciaux à faible jeu de Gr . L'alliage 5 convient au dispositif de levage dynamique le plus critique. Les alliages Gr29 contenant du ruthénium sont utilisés pour prévenir la corrosion caverneuse ou la corrosion sous contrainte à des températures supérieures à 75 ~ 80 ℃. Les composants les plus couramment utilisés comprennent le treuil de forage offshore, la tige de forage, le joint de contrainte conique (TSJ) et le treuil hybride titane/acier.

Les pompes, vannes, joints, fixations, accessoires et pièces de rechange en titane ainsi que d'autres petites pièces en titane ont été largement utilisés dans les plates-formes de production pétrolière. L'alliage de titane est également largement utilisé sur la coque des instruments d'exploration pétrolière offshore étrangers.

2. Bâtiments portuaires

Le matériau en titane a une couche d'épaisseur de film d'oxyde ne dépassant pas 10 nm sur sa surface, qui est très stable dans un environnement corrosif et présente une excellente résistance à la corrosion de l'air, de l'eau de mer et de l'environnement marin. C’est actuellement la matière première la plus adaptée à tous types d’environnements marins. Le Japon a vigoureusement mené des projets de développement maritime, tels que le pont reliant le Japon à Shikoku, la baie de Tokyo de l'autre côté de la route, l'aéroport du Kansai, la base flottante de stockage de pétrole, etc. Le matériau le plus approprié a été trouvé dans les tests d'exposition menés par le ministère de la construction et le club de l'acier du Japon sur la surface de l'océan de Big Igawa, ainsi que dans les rapports d'enquête sur divers tests anticorrosion et d'exposition menés par le ministère des transports et le association de pieux de tuyaux en acier sur le pont côtier du château des vagues. En plus d'excellentes propriétés anticorrosives, le titane présente également les avantages de peu d'ions dissous dans l'eau de mer, d'absence de toxicité et d'absence de soucis de pollution de l'environnement. Le Japon a également construit une très grande structure marine flottante, utilisant des matériaux composites en acier au titane dans la zone d'érosion ; Les couples résistants aux éclaboussures des piliers en titane, dont chacun a une teneur en titane de 0.9 t, ont été utilisés dans la construction du pont traversant l'autoroute dans la baie de Tokyo. Les grands bâtiments océaniques flottants déjà utilisés ou prévus comprennent des aéroports, des bases logistiques portuaires, des installations sportives et bien plus encore.

3.Centrales électriques côtières

L'utilisation globale de l'eau de mer est l'un des projets les plus importants de l'ingénierie maritime. Le titane utilisé dans les centrales électriques côtières est principalement utilisé dans les condenseurs. Étant donné que l'eau de refroidissement du condenseur est composée d'eau de mer, l'eau de mer contient de grandes quantités de limon, de matières en suspension, de créatures marines et toutes sortes de matières corrosives, dans l'eau salée pâle de la mer et les changements de rivière sont plus graves. Le condenseur traditionnel est constitué d'un tube en alliage de cuivre, qui est souvent gravement endommagé en raison de diverses corrosions dans l'eau de mer. Le titane présente une bonne résistance à la corrosion dans l’eau de mer, en particulier dans l’eau de mer polluée.

4. Usine de dessalement

L'eau est la source de la vie. À l’heure actuelle, le manque de ressources en eau est devenu un problème qui touche le monde entier. Environ 25 pour cent de la population mondiale ne dispose pas d’eau potable en quantité suffisante. Les rivières terrestres et les ressources en eaux souterraines du monde sont loin de répondre aux besoins du développement industriel. Par conséquent, le dessalement de l’eau de mer sera une méthode efficace pour résoudre les problèmes de ressources en eau douce à l’avenir.

Depuis le développement du dessalement de l'eau de mer au pays et à l'étranger, il existe principalement deux méthodes : la distillation et l'osmose inverse. Le premier chauffe l’eau de mer pour la vaporiser et condense la vapeur pour obtenir de l’eau douce. Dans ce dernier cas, l'eau de mer est mise sous pression de sorte que son eau douce soit piégée par le sel à travers une membrane spéciale. Les premières usines de dessalement utilisaient des alliages de cuivre, de l'acier au carbone et d'autres matériaux, car ces matériaux ne sont pas résistants à la corrosion par l'eau de mer et ont une faible efficacité de production, rapidement remplacés par l'excellente résistance à la corrosion de l'eau de mer du titane. La principale application du titane dans le dessalement de l’eau de mer est le caloduc du réchauffeur. Les principaux producteurs d'usines de dessalement sont les États-Unis et le Japon. En 2004, le monde a été construit et en construction dispositif de dessalement compte plus de 15000 32 unités, Nissan eau douce environ 30000 millions de tonnes. Les entreprises japonaises construisent un dispositif de distillation d'eau douce de 10 3200 tonnes pour les 10000 ensembles saoudiens, en utilisant des tuyaux en titane de 107 XNUMX tonnes, le dispositif moyen de XNUMX XNUMX tonnes de Nissan nécessite XNUMX tonnes de titane.

Les villes chinoises de Tianjin, du Shandong et d'autres villes ont construit ou sont en cours de construction des usines de dessalement. Par exemple, le plan initial de dessalement à Tianjin est de produire 500,000 2007 tonnes d'eau douce par jour d'ici 700,000 et 2010 250 tonnes d'ici XNUMX. Environ XNUMX tonnes de titane devraient être utilisées dans des projets de dessalement à Tianjin et au ShanDong.

5. Le navire

Le titane et ses alliages sont résistants à la corrosion dans l'eau de mer et l'atmosphère marine, avec une densité légère, une résistance élevée, une résistance aux chocs, aucun magnétisme, une transmission sonore et un faible coefficient de dilatation, et sont considérés comme de bons matériaux marins. Ces dernières années, l’application du titane dans les navires a suscité beaucoup d’attention. De nombreuses marines et industries de construction navale attachent une grande importance à l’application du titane dans les navires et développent de nombreux types d’alliages de titane pour navires. Le titane et ses alliages sont largement utilisés dans les navires, tels que les pièces structurelles de coque, les navires d'étude en haute mer et les coques, tuyaux, vannes, gouvernails, supports d'arbre, accessoires, hélices et arbres d'hélice résistants à la pression des sous-marins dans les dispositifs d'entraînement électrique, les échangeurs de chaleur. , refroidisseurs, capots de sonar de coque, etc.

La première utilisation du titane dans la coque d'un navire a été celle d'un sous-marin de classe α de l'Union soviétique. Le titane a ensuite été utilisé dans les sous-marins de recherche en haute mer et d’assistance en haute mer, avec ou sans équipage. Titane pur industriel pour les pièces structurelles générales et alliage ti-6al-4v pour les récipients sous pression. Selon les rapports de données, le titane pour la structure de la coque peut non seulement réduire le poids de la coque elle-même et augmenter le poids de charge effectif, mais également réduire la maintenance et prolonger la durée de vie du navire. L'alliage d'aluminium, l'acier doux et d'autres matériaux structurels de coque, généralement 10 ans à entretenir, et le titane n'ont presque pas besoin d'être réparés, la durée de vie peut également être prolongée d'environ 20 ans à 30 à 40 ans.

Le titane et ses alliages sont résistants à la corrosion dans l'eau de mer et l'atmosphère marine, avec une densité légère, une résistance élevée, une résistance aux chocs, aucun magnétisme, une transmission sonore et un faible coefficient de dilatation, et sont considérés comme de bons matériaux marins. Ces dernières années, l’application du titane dans les navires a suscité beaucoup d’attention. De nombreuses marines et industries de construction navale attachent une grande importance à l’application du titane dans les navires et développent de nombreux types d’alliages de titane pour navires. Le titane et ses alliages sont largement utilisés dans les navires, tels que les pièces structurelles de coque, les navires d'étude en haute mer et les coques, tuyaux, vannes, gouvernails, supports d'arbre, accessoires, hélices et arbres d'hélice résistants à la pression des sous-marins dans les dispositifs d'entraînement électrique, les échangeurs de chaleur. , refroidisseurs, capots de sonar de coque, etc.

La première utilisation du titane dans la coque d’un navire a été celle du sous-marin de classe Alpha de l’Union soviétique. Le titane a ensuite été utilisé dans les sous-marins de recherche en haute mer et d’assistance en haute mer, avec ou sans équipage. Titane pur industriel pour les pièces structurelles générales et alliage ti-6al-4v pour les récipients sous pression. Selon les rapports de données, le titane pour la structure de la coque peut non seulement réduire le poids de la coque elle-même et augmenter le poids de charge effectif, mais également réduire la maintenance et prolonger la durée de vie du navire. L'alliage d'aluminium, l'acier doux et d'autres matériaux structurels de coque, généralement 10 ans à entretenir, et le titane n'ont presque pas besoin d'être réparés, la durée de vie peut également être prolongée d'environ 20 ans à 30 à 40 ans.

La recherche sur l'alliage de titane de Japan Marine est fructueuse dans les études en haute mer, dans la profondeur "6500" peut accueillir trois opérateurs dans la tension de tenue de l'entrepôt, presque tous utilisent le matériau en alliage de titane. C'est le résultat du temps passé par le directeur de l'usine de construction navale de Kobe à essayer de mitsubishi l'industrie lourde. Les sous-marins utilisent une grande quantité de titane. Par exemple, un sous-marin nucléaire d’une profondeur de 900 m peut utiliser jusqu’à 3,500 XNUMX t.

6. Pêcheries maritimes

Selon certaines informations, l'industrie de la pêche au Japon est passée de la pêche à l'élevage de poissons, les poissons-lions, les limandes et les anguilles étant élevés artificiellement. Les échangeurs de chaleur à mailles et tubes en titane qui maintiennent une certaine température de l'eau de mer sont largement utilisés dans la culture artificielle. La culture artificielle du mérou a été réalisée dans les zones côtières du Fujian, en Chine.

7.Conversion de l’énergie thermique des océans

L’océan contient d’énormes quantités d’énergie, comme l’énergie marémotrice, l’énergie des vagues, l’énergie de différence de température, l’énergie des courants océaniques, l’énergie de différence de sel, etc. Avec la pénurie croissante d’énergie dans le monde, les gens seront davantage intéressés par l’exploitation et l’utilisation de l’énergie marine. Des projets d’énergie thermique et marémotrice ont été étudiés et développés. La production d'énergie thermoélectrique est basée sur le principe selon lequel l'ammoniac ou le fréon seront vaporisés par l'eau de mer avec une température de surface de l'océan plus élevée pour faire tourner les turbines et produire de l'électricité, puis l'ammoniac ou le fréon vaporisés seront refroidis par l'eau de mer à basse température dans les profondeurs de l'océan pour former un cycle continu de système de moteur thermique.

Le principal équipement de production d'énergie par différence de température est l'évaporateur, la paille de condensat et d'eau de mer, la boucle, etc., l'exigence de l'équipement non seulement en matière de résistance à la corrosion, mais également à la corrosion par l'ammoniac et le fluor, le titane et son alliage ont non seulement une bonne résistance à la corrosion à l'eau de mer, mais aussi à la corrosion par l'ammoniac et le fluor, le titane est donc le matériau le plus idéal.

Des évaporateurs et condenseurs à tubes en titane ont été utilisés dans des centrales thermoélectriques aux États-Unis et au Japon, et de bons résultats ont été obtenus.

Perspectives

En tant que marché civil émergent du titane, l’ingénierie marine s’est développée rapidement ces dernières années. Avec l'intensification de la crise énergétique mondiale, les pays du monde entier investiront beaucoup de main-d'œuvre et de ressources matérielles pour explorer les ressources pétrolières des fonds marins et d'autres ressources minérales ; Face à la tendance mondiale à la pénurie croissante d'eau douce, divers pays côtiers utiliseront l'eau de mer pour produire de l'eau douce. De plus, la concurrence en matière d'équipement naval de chaque puissance militaire est de plus en plus féroce et ainsi de suite, celles-ci ne peuvent se passer du titane et des alliages de titane. Le titane et ses alliages seront donc de plus en plus utilisés dans l’ingénierie maritime. On s’attend à ce que le titane utilisé dans l’ingénierie océanique devienne un important marché d’application du titane.