Titaani offshore- ja merisovelluksiin

Kaikilla tekniikan aloilla, erityisesti merenkulku- ja offshore-sektoreilla, suunnittelijat, valmistajat ja loppukäyttäjät ovat valmiimpia kuin koskaan ennen harkitsemaan titaania jatkuvasti laajenevassa käyttökohteessa. Nykyään, kun offshore-käytössä on useita tuhansia tonneja titaania, vanhat – ja väärät – käsitykset kustannuksista, saatavuudesta ja valmistuksesta ovat vähemmän todennäköisiä kuin koskaan ennen insinöörejä, jotka näkevät selkeästi kaikki ne erinomaiset edut, joita titaani tuo merelle ja merelle. offshore-toimintaa. Titaani ei ole "eksoottinen" metalli, se on suhteellisen edullinen ja laajalti saatavilla. Monet tavarantoimittajat ja valmistajat toimittavat säännöllisesti komponentteja ja laitteita hinnoilla, jotka korostavat, että metalli on helpompi ja halvempi valmistaa ja hitsata kuin useimmat seosteräkset ja nikkeliseokset. Tosiasia on, että merivesisovelluksissa ei ole muuta materiaalia, joka voisi taloudellisesti tai teknisesti lähestyä titaanin tarjoamaa suorituskykyä.

Titaani on yhtä vahvaa kuin teräs, mutta silti 45 % kevyempi. Titaanin korkea lujuus, alhainen tiheys ja korroosionkestävyys vaikuttavat positiivisesti kustannusten alenemiseen. Painonsäästö on erittäin tärkeää offshore-alustoille. Yhden tonnin yläosan painonpudotus säästää yli 100 ¬¬100,000 miljoona Norjan kruunua merenalaisen takin teräksestä. Kaikki puoliksi upotettavat alustat, mukaan lukien TLP:t, ovat yhtä kriittisiä, ja ripustuspainoa voidaan vähentää 3–5-kertaisella painonpudotuksella alustan rakenteessa, kellunta- ja kiinnitysjärjestelmässä. Nopeilla lautoilla painonpudotus on kriittinen tekijä, joka lisää hyötykuormaa ja nopeutta pienemmällä polttoaineenkulutuksella.

Titaani ei vaadi korroosionvaraa, joten laitteet voidaan suunnitella täyttämään mekaanisen lujuuden ja käsittelyn vähimmäisvaatimukset. Titaanin erinomainen korroosionkestävyys jopa erittäin saastuneessa merivedessä, offshore-tuotetuissa nesteissä ja muutamaa lukuun ottamatta tuottamattomissa nesteissä johtuu metallin vakaasta, sitkeästä ja pysyvästä oksidikalvosta. Virtaavassa tai staattisessa merivedessä jopa 130 asteen lämpötilassa titaanipinnat ovat immuuneja korroosiolle ja kestävät eroosiota olosuhteissa, jotka aiheuttavat muiden yleisesti käytettyjen metallien ja metalliseosten nopeaa huononemista. Titaani on immuuni rakokorroosiolle vähintään 70 asteeseen asti merivedessä, joissa jotkin ruostumattomat teräkset ovat rajoitettuja 10 asteeseen.

Oppitunnit aiemmista kalliista virheistä, jotka on tehty valittaessa vähemmän huollettavia metalliseoksia korroosionkestäviin tehtäviin, on otettu hyvin opiksi. Offshore-laitoksen vaihtokustannukset ovat useita kertoja verrattuna vastaaviin onshore-laitteistoihin. Samoin sotilas- ja kaupallisten alusten rangaistukset kovenevat jatkuvasti laitevioista ja odottamattomista käyttökatkoksista.

Titaanin määrittely alusta alkaen yhdistettynä kustannustehokkaaseen suunnitteluun, valmistukseen, asennukseen ja käyttöön ovat turvallisen ja luotettavan suorituskyvyn peruselementtejä. Tämä pätee niin laivoihin ja muihin aluksiin, joissa korkea käytettävyys ja alhaisemmat ylläpitokustannukset ovat olennainen vaatimus, kuin offshore-asennuksia, joiden käyttöiän on suunniteltu jopa 70 vuotta. Titaani on usein kilpailukykyinen ensimmäisellä hinnalla, mutta antaa luotettavasti alhaisimmat omistuskustannukset ja voittaa aina elinkaarikustannuskilpailun.

Titaaniseosten korroosiokyky luonnollisessa ja saastuneessa merivedessä suhteessa muihin seoksiin

1. Riippuu pilaantumisasteesta/meriveden kemiasta
2. Luokat 7, 11, 12, 16, 17, 20, 21, 24, 28, 29 kestävät vähintään 200 astetta
3. Standard Grade 5:llä on rajallinen herkkyys, Grade 23:lla (ELI) on parantuneet K1SCC-arvot

TITANIUM OFFSHORE – NYKYISET SOVELLUKSET

Titaanin ja titaaniseosten offshore-sovellusten määrä ja valikoima lisääntyy edelleen. Kahdenkymmenen vuoden takaisesta kloorausjärjestelmissä ja lämmönvaihtimissa vain muutamasta sadosta kilosta kokonaiskulutus lähestyy kolmea tuhatta tonnia pääasiassa meriveden ja prosessinesteiden hallintajärjestelminä ja lämmönvaihtimina. Näitä suuria sovelluksia täydentävät monenlaiset sekalaiset tehtävät, joista monet ovat kriittisiä alustan toiminnan ja turvallisuuden kannalta.

Merivesikäyttöön tarkoitettujen ruostumattoman teräksen ja kuparipohjaisten metalliseosten jatkuvista vioista huolestuneita offshore-insinöörit ovat valinneet yhä enemmän titaania. Titaania on saatavilla kilpailukykyiseen ja vakaaseen hintaan, ja valmistusteollisuuden kokemus ja kyky toimittaa laajaa valikoimaa titaanituotteita, erityisesti putkia ja liittimiä ja järjestelmiä, joita meri- ja offshore-teollisuus tarvitsee, on tukenut. EY-maissa on jo pitkään ollut kypsä joukko titaanivalmistajia, jotka palvelevat Euroopan kemian-, petrokemian- ja voimalaitoksia sekä kasvavia offshore-sovellusten markkinoita. Vuodesta 1990 lähtien noin viisitoista norjalaista valmistajaa on kehittänyt kyvyn toimittaa titaania, ja kestää vain suhteellisen lyhyen ajan päästäkseen ammattitaitoon kaikilla koneistuksen, taivutuksen ja hitsauksen osa-alueilla. ohutseinäisten titaaniputkistojen kylmätaivutuksen kehittäminen on tuonut läpimurron titaanijärjestelmien yleisessä kilpailukyvyssä.

Valitut titaanin offshore-sovellukset

Korkean lujuuden, lujuuden ja poikkeuksellisen eroosion/korroosionkestävyyden vuoksi titaania käytetään tällä hetkellä myös:

• Vedenalaiset palloventtiilit
• Palopumput
• Lämmönvaihtimet
• Runkomateriaalit syvänmeren sukellusveneisiin
• Vesisuihkupropulsiojärjestelmät
• Potkuriakselit ja potkurit
• Pakoputken vuoraukset
• Laivaston panssari
• Vedenalaiset manipulaattorit
• Vahvat kiinnikkeet
• Huviveneiden varusteet
• Jäähdytys- ja putkistojärjestelmien laiva
• Monet muut komponentit laivasuunnittelussa.

Ensimmäinen täysin titaanista valmistettu kalastusvene laskettiin vesille Japanissa vuonna 1998. 4,6 tonnia painava 12,5 metriä pitkä alus voi matkustaa 30 solmun nopeudella ja parantaa polttoainetehokkuutta. Käyttökustannussäästöt sisältävät rungon maalauksen välttämättömyyden ja helpomman biolikaantumisen poiston. Lasikuituveneen runkojen asteittainen hajoaminen toistuvan likaantumisen ja puhdistuksen seurauksena on jatkuva rangaistus Japanin rannikkokalastuslaivastolle.

KORKEAPAINEJÄRJESTELMÄT

Nostoputket, kartiomaiset jännitysliitokset, tuotantoputket ja vuoraukset, virtauslinjat ja vastaavat korkeapainejärjestelmät tarjoavat sovelluksia, joissa käyttöikävaatimusten pidentyessä ja käyttö- ja turvallisuusvaatimusten tiukentuessa titaani voi ylittää teräksen ja sidomattoman joustavan putken. ajatus titaanin käytöstä tällaisissa sovelluksissa ei ole uusi.

Täysi mittakaavainen kartiojännitysliitos toimitettiin Meksikonlahdelle Placid Oil -öljyä varten Green Canyon -kentällä vuonna 1987. Liitos haettiin vuonna 1989. Huolimatta tämän käyttöjakson lyhyydestä, asennuksesta ei puuttunut mitään ankarimmista testiolosuhteista. , joka on alttiina 100 vuoden aaltokuormitukselle Persianlahden silmukkavirtojen esiintymisen vuoksi, jotka jatkuivat yli kaksi viikkoa vuonna 1988. Titaaniseoksesta valmistettu liitos säilyi vahingoittumattomana millään tavalla, ja varastointijakson jälkeen se kunnostettiin ja asennettiin merelle Ensearchille ( Garden Banks) heinäkuussa 1995. Yhteensä viisitoista Ti{5}}Al-4V kartiomaista jännitysliitosta on toimitettu Oryx Neptune -kenttään.
Titaani kartiojännitysliitokset (TSJ) ovat tyypillisesti puoli-kolmasosa pituudeltaan, neljännes painavampia ja halvempia kuin toiminnalliset teräksiset vastineensa.

Titaania suositaan raskaamman ja kalliimman joustavan putken sijaan, kun:

• Aluksen tai laiturin painokuormitus on kriittinen
• Tuotantopuolen paine ja lämpötila<125°C
• Suuremmat putken halkaisijat
• Puristumisrajoitukset syvässä vedessä
• Suorituskyvyn luotettavuus ja pitkä käyttöikä ovat kriittisiä.

Titaania suositaan raskaampien, jäykempien ja vähemmän korroosiota kestävien teräsputkien sijaan, kun:

• Alusten liikkeet ovat suuria ja meren tila vakava
• Väsyminen ja taivutusjännitykset ovat mahdollinen ongelma
• Pyörteen aiheuttama tärinäväsymys on mahdollinen ongelma
• Aluksen tai laiturin painokuormitus on kriittinen
• Matala vesi kuormittaa teräksisiä nousuputkia suurella taivutuskuormalla
• Syntyy syövyttäviä, kuumaa suolaliuosta ja happamia nesteitä.

Jatkuvat syvänmeren öljy- ja kaasukenttien löydöt korostavat entistä enemmän pitkän aikavälin teknisen ja kustannustehokkaan ratkaisun kehittämistä nousuputkien materiaaleille. Kiinnostus on keskittynyt titaaniin sen edullisen lujuuden painosuhteen, joustavuuden ja alhaisen tiheyden vuoksi. Titaani ei vaikuta luonnolliseen meriympäristöön, ole vuorovaikutuksessa sen kanssa tai saastuta sitä.

Painon minimoiminen on yhä kriittisempi kysymys kelluville alustoille veden syvyyden kasvaessa. Komposiittitason nousuputkien kehittäminen, joissa käytetään ohuemman paksuista titaanivuorausta yhdessä kuitulujitteen kanssa, merkitsee siirtymistä kohti painon vähentämistä kaikkiin metallijärjestelmiin verrattuna.

Maailman ensimmäinen kokonaan titaaniseoksesta valmistettu nousuputki (Ti-6Al-4V ELI – ASTM Grade 23) on 400 metriä pitkä porauskorkeus Heidrun-kiristysjalalla. Titaani vähentää huomattavasti yläpuolen painoa, vähentää jännitysvaatimuksia ja eliminoi kelluvuuselementit ja kalliit ja hankalia taipuisat liitokset, joita molempia käytetään perinteisesti teräksen porausnostureissa. Grade 23 on myös nimetty metalliseos 711 mm:n (halkaisija 28 tuumaa x 670 m (2 200 ft)) pitkälle vapaasti riippuvalle kaasunvienti- ja pintaporan laukaisukorkeudelle Asgard-alustalle. Nouseva lämpötila ja paine (Heidrunin porausnousuputki on mitoitettu 31 MPa (4500 psi)), ja odotukset, että uutettu kaasu ja öljy muuttuvat "happamaksi" pitkällä aikavälillä, tekevät titaanista erittäin houkuttelevan vaihtoehdon. Olemassa oleva sitomaton joustava putki ei kestä ennustettuja korkeampia tuotteen lämpötiloja tai lämpökiertoa. Titaaniseosten valikoimaan kuuluu kyky käsitellä tuotteen lämpötiloja yli 200 astetta, eikä lämpökierto ole ongelma.

Mahdollisuus kierrättää käytettyjä nousuputkia, joiden talteenottoarvo on suhteellisen korkea niiden suunnitellun käyttöiän lopussa, on lisäbonus titaanin edullisessa elinkaarikustannusyhtälössä.