Титанові матеріали в морському будівництві: класи, дизайн і виготовлення

Чому Titanium підходить для офшорних і морських послуг

Офшорна техніка потребує матеріалів, які витримують безперервний контакт з морською водою, циклічне хвильове та поточне навантаження та великі інтервали між перевірками. Титан краще відповідає цим вимогам, ніж більшість конструкційних металів. Його щільність становить приблизно 4,51 г/см3, що приблизно на 57% менше густини сталі, а його питома міцність є найвищою серед звичайних конструкційних металів. У порівнянні з вуглецевою сталлю, нержавіючої сталлю, міддю та алюмінієм, титан поєднує низьку щільність, високу міцність і видатну корозійну стійкість в одному матеріалі.

Титан також протистоїть ерозії морською водою, не-магнітний, не стає крихким при низькій температурі навколишнього середовища, і його можна формувати, відливати та зварювати за допомогою встановлених процесів. Ці властивості пояснюють, чому титанове обладнання тепер з’являється в глибоководних-системах видобутку нафти та газу, підводних апаратах, підводних конструкціях та інших морських платформах, де вага та надійність є вирішальними.

Де титанове обладнання використовується в морі

Труби морської води, стояки та теплообмінні труби на морських платформах

Контури опріснення й охолодження, які безперервно обробляють воду,-що містить хлорид

Посудини під тиском і технологічне обладнання для морських нафтогазових систем

Підводні структурні компоненти, кріплення та з’єднувачі

Занурювані корпуси під тиском, корпуси гідролокаторів і прилади

Баластні, дренажні та протипожежні системи, в яких морська вода є робочим середовищем

Титан не призначений для екзотичних проектів. Скрізь, де сталевий або мідний сплав потребує частої заміни, покриття або катодного захисту, титанова альтернатива часто окупається через уникнення технічного обслуговування та коротші зупинки.

П’ять інженерних завдань, які потрібно планувати

Офшорна титанова робота стикається з труднощами в п’яти місцях: виробництво матеріалів, дизайн продукту, виробництво продукту, довгострокова-оцінка застосування та спосіб оцінювання вибору матеріалу.

виробництво.Титан плавиться приблизно при 1668 градусах Цельсія, сильно протистоїть деформації в гарячому стані та має вузьке вікно термічної обробки. Потрібна велика потужність вакуумного плавлення, чи то вакуумно-дуговий переплав, чи піч з холодним подом з електронним променем, разом із важким обладнанням для формування, таким як ковальські преси, прокатні стани та екструдери, особливо для великих, високо-продуктивних продуктів. Одиничні інвестиції у виробництво титану дуже високі, а використання обладнання становить лише незначну частину того, що досягається зі сталлю порівнянних характеристик, що є основною причиною вищої вартості тонни.

Дизайн.Титан має високу міцність на вигин і коефіцієнт міцності зварного шва вище 0,9, але його модуль пружності, теплопровідність і коефіцієнт демпфування низькі. Щілинна корозія, гальванічна корозія та воднева крихкість можуть виникнути за певних умов. Тому доцільно використовувати спеціалізовані коди проектування та технічні специфікації для коефіцієнта безпеки, допуску на корозію, протипожежного захисту, структурної форми та деталей зварного шва, а служби, що піддаються вібрації, потребують анти{3}}захистів від вібрації.

Виробництво.Низький модуль означає виражену пружинну віддачу при холодному формуванні, низька теплопровідність концентрує тепло на розрізі або зварному шві, а поверхня легко стирається та дряпається. Процедури формування, термічної обробки та механічної обробки мають бути розроблені та кваліфіковані для титану замість того, щоб скопіювати їх зі сталі, що потребує часу та дисципліни.

Оцінка заявки.Оскільки титанове обладнання поводиться як напів-постійний актив, цикл його оцінки дуже довгий. Одне покоління інженерів рідко стежить за одним блоком від введення в експлуатацію до виходу на пенсію, тому вичерпний і об’єктивний зворотній зв’язок накопичується повільно.

Вибір мислення.Титан залишається приблизно в п’ять-десять разів дорожчим за корпусну сталь, і за обмежених капітальних бюджетів-одноразові інвестиції важко виправдати лише першими витратами. Технічна та економічна перевага титану реалізується протягом усього терміну служби обладнання завдяки довгостроковій-вигоді, а не ціні придбання.

Вибір рангу для морського обов'язку

Вибір класу залежить від стійкості до корозії, а потім від вимог до міцності. У наведеній нижче таблиці підсумовано класи, які найчастіше вказуються для морської води та технологічних послуг.

Пластини та листи зазвичай поставляються відповідно до ASTM B265, а труби – відповідно до ASTM B338, з GB/T 3621 і GB/T 3624 як відповідними китайськими специфікаціями для титанових пластин і трубок. Покупці повинні підтвердити, що замовлений сорт, стан і маршрут перевірки відповідають стандарту, зазначеному в замовленні на купівлю.

Вартість-життєвого циклу та рішення про вибір

Закупівельна ціна титанової системи з морською водою зазвичай вища, ніж пофарбована вуглецева сталь або мідно-нікелева альтернатива, але вона усуває регулярні витрати: відсутність перефарбування, набагато менше замін, менша кількість робіт з технічного обслуговування, менший час простою виробництва та, у багатьох випадках, тонші стінки та легші опорні конструкції. Оцінка двох варіантів за той самий період обслуговування, а не за перший рахунок-фактуру, робить порівняння значущим. У офшорних проектах, де доступ сам по собі дорогий, скорочення втручання часто є найбільшою економією.

Часті запитання

З: Який сорт титану найбільш поширений для морських трубопроводів морської води?
Комерційно чистий титан класу 2 є звичайною відправною точкою, оскільки він поєднує в собі хорошу корозійну стійкість у морській воді з хорошою формоздатністю та зварюваністю, тоді як клас 12 вибирається, коли розсіл більш агресивний або температура вища.

З: Чи підходить титан для глибоководної-служби за низьких температур?
так Титан не виявляє холодної крихкості, як деякі феритні сталі, а деякі сплави зберігають хорошу пластичність і міцність при зниженні температури, тому титан використовується для занурювальних корпусів і кріогенних контейнерів.

Питання: Чому обладнання з титану дорожче за обладнання зі сталі?
Маршрут плавлення та формування є набагато більш капіталомістким, вікно термічної обробки вузьке, а пропускна здатність на одиницю обладнання значно нижча, тому вартість за тонну залишається високою, навіть незважаючи на те, що сам матеріал у великій кількості.

З: Чи можна зварювати титан на заводі?
Можна, але розплавлений і гарячий метал потрібно захистити від повітря, вологи та забруднення залізом, оскільки кисень, азот, водень і поверхневе залізо-захоплюють крихкість з’єднання та знижують його стійкість до корозії.

З: Чи кородує титан у морській воді взагалі?
Загальна корозія дуже низька, і пасивна плівка самостійно відновлюється в аерованій морській воді, але щілинна корозія, гальванічний зв’язок з менш благородними металами та воднева крихкість все ще можуть виникнути за певних умов, тому деталі конструкції мають значення.

З: Як фінансово обґрунтувати титановий офшорний проект?
Порівнюйте витрати за-цілий термін експлуатації протягом запланованого терміну служби, включаючи витрати на технічне обслуговування, заміну, час простою та доступ, замість того, щоб порівнювати ціну матеріалу за тонну на момент придбання.