钛及其合金在海水、微咸水和污染水域以及石油炼化环境中的优异性能，近年来被海洋油气工业充分利用。目前，主要是在挪威北海地区，海上钛和钛合金应用的数量和种类正以指数速度增长。 二十年前，氯化系统和热交换器中使用的钛不超过几百公斤，现在钛的总消耗量超过了几千吨，每个新项目都可能比其前身表1中使用更多的钛。钢材的持久腐蚀问题，特别是缝隙腐蚀，已得到解决通过在低压压载、消防和厂用水管道工程中使用钛，消除了en。目前，上部组块管道工程的典型消耗量为每个平台50至150吨。 Wh钛是否用于海上应用?三个主要因素导致了海上工程师在材料选择上的巨大转变:欧洲杯足球竞彩 •首先，随着不锈钢和铜基合金的高破坏性故障的增加，人们越来越关注以最低可行的生命周期成本实现工厂安全和环境保护。 •其次，钛继续以具有竞争力和相对稳定的价格供应，这支持了制造经验和能力的增长，以供应广泛的钛产品，特别是海上行业所需的管道、配件和系统。自1990年以来，15家挪威制造商已开发出提供钛的能力，只需相对较短的时间，就能熟练地加工、弯曲和焊接各个方面。薄壁钛管冷弯技术的发展为钛系统的综合竞争力提供了突破口。 •增加钛的规格和使用的第三个因素是，设计工程师和海上运营商可以更好地利用钛独特的性能组合，以及经济高效地指定和使用钛的实际方面集团与挪威钛技术论坛合作，为这一成就做出了重大贡献。海上更换成本是类似陆上工程的27倍。一开始钛的规格，加上经济高效的设计、制造、安装和使用，被视为完全适用于目前设计寿命为30至50年的海上装置。钛通常在首个成本上具有竞争力，并且在寿命周期成本竞赛中始终获胜。 1994年，挪威Elf石油公司(Elf Petroleum Norge)为Frigg平台进行的一个试点项目显示，在200米× 15厘米× 2毫米纳米的平台上安装钛的成本降低了－2海水水线比碳钢水线低20%。采用冷弯，省去了80%以上的焊接工作。需要更少的弯头和配件，焊接也更少。法兰接头是由管端冷扩口制成的。 钛管的轻重量大大减轻了安装的难度——一个人可以在没有帮助的情况下处理一个6米长、直径15厘米的10米长的钛管。安装后无需进行表面处理、抛丸处理和喷漆处理。 火的年代系统非绝热薄壁焊接钛管通过了NPD h级碳氢化合物防火测试。钛独特的抗冲击和抗损伤能力在爆炸、火灾或其他灾难中提供了最大的生存可能性(图1)。
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图1。商用纯钛制造的海上管道。 |
英国消防系统制造商Grinnell提供所有的钛喷淋和雨淋系统探测器，喷嘴，阀门和管道，使用冷弯以最低成本安装。目前，Froy/TCP (Elf Petroleum)、Sleipner West (Statoil)、Troll B和Brage (Norsk Hydro)均安装了钛消防水系统。 高压热交换器钛制管壳式高压气体冷却器，气体通过厚壁管，冷却水在壳侧，通常又大又重。通过使用Rolls-Laval使用钛合金Ti-6Al-4V开发的紧凑型热交换器，以及超塑性成形和扩散连接，此类装置的空间和重量大大节省。第一批装置的体积和重量分别为管状装置的十分之一和七分之一，现已投入使用。 立管的应用使用浮式生产储油和卸载（FPSO）平台从深海海底位置进行开采的需求为用于钻井和柔性生产立管的钛管提供了具有挑战性的潜在市场。未来开发的海上油田包括许多水深超过300米（1000英尺）的位置，表二。 许多工程师认为，在油气温度超过125°C的深水中，钛是唯一适合柔性立管作业的材料。现有的柔性管道不能承受较高的压力、产品温度或热循环。在深水生产立管设计中应用钛合金，每个立管系统需要500吨以上的合金。在此应用中，钛合金的资格将被解读到更高压力的工艺工厂，消除目前对150和300级商用纯钛和低强度钛合金(300- 600mnm)的压力限制－2抗拉强度)。 在立管中使用钛并不是一个新概念。在20世纪70年代末，Cameron(现在的Wyman Gordon) Houston在模拟100年北海波浪的条件下成功测试了一个三分之一比例模型的钛合金应力接头。1987年，在墨西哥湾Green Canyon油田的Placid Oil公司获得了一个全尺寸锥形应力接头。关节于1989年被收回。 尽管这段服务时间很短，但该装置不缺乏最严酷的试验条件，在1988年期间，海湾环流持续两周以上，暴露在100年的波浪荷载下。钛合金接头在任何情况下均未受损，经过一段时间的储存后，被视为1995年7月，为Enserch公司在海上建造并安装。最近，又为Oryx Neptune油田订购了大量Ti-6Al-4V锥形应力接头。 耐蚀性
钛可以抵抗海上所有产液和除少数未产液外的所有产液。适用于井下的钛合金在所有无氧条件下都与完井液兼容。适用于酸性环境的钛合金不受腐蚀，包括在含氯气和脱氧水中(如海水和卤水)的点蚀和应力腐蚀开裂(SCC)。 与钛配合使用的酸化液在选择时需要更加小心。所有的钛合金都与有机酸相容，没有抑制作用。根据所选合金的不同，盐酸需要特殊的考虑。一些最耐钯的含钯合金可能不需要酸抑制。 所有的钛合金都会迅速受到氢氟酸的侵蚀，即使是在浓度很低的情况下，也会在pH7以下的含氟溶液中受到侵蚀。如果预期常规HF酸化，钛就不能使用。(钛立管的使用将阻止氢氟酸的使用，并为井下和上部应用钛提供更多机会。) 甲醇是少数可能导致钛合金SCC的特殊环境和介质之一。钛的失效发生在干燥甲醇、甲醇/卤化物和甲醇/酸混合物中。从历史上看，建议最低含水量为2%，以便为商用纯钛提供抗扰性，但可能是最恶劣的条件（由于工作温度或工作压力，商用纯钛不可能使用）。最近发布了一项修订建议，即5%的水，以涵盖海上使用的所有合金和所有预期条件。 疲劳和韧性光滑钛合金试样的疲劳强度一般为抗拉强度值的50%-60%。切口试样试验给出的值较低。在设计和制造时，总是需要注意避免应力集中因素、表面光洁度差、截面过渡尖锐、未混合的半径和角等。 立管用钛合金的表面质量问题不断被提出。目前认为提供一个非常高的光洁度标准是至关重要的，所有撕裂，裂缝，裂缝，重叠和其他可能产生的缺陷，在生产中消除，图2。
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图2。一段由Ti-6Al-4V制成的钻井立管，以及由Ti-3Al-2.5V制成的升压线。 |
腐蚀疲劳通常不是钛及其合金的问题。商用纯钛在海水中的疲劳裂纹扩展速率与空气中相似，但Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4V ELI合金在海水和其他腐蚀环境中的疲劳裂纹扩展速率略高于空气中的疲劳裂纹扩展速率。绝对裂纹扩展速率随合金成分、显微组织、裂纹取向和载荷的不同而不同，但氢的存在可能会提高绝对裂纹扩展速率。Ti-6Al-4V ELI等几种合金具有较高的断裂韧性(K集成电路)水平超过80毫纳米3/2在空气中，但在海水中韧性降低（KISCC)和其他好斗的环境，如图3所示。
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图3。典型的K1 c和KISCC各种条件下Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4V ELI的值。 |
电化学腐蚀在混合金属工厂或设备中加入钛时，如果存在或产生了电偶，钛通常会成为阴极。2020欧洲杯下注官网用于防止或限制电腐蚀和保护系统相邻不太贵重部件的设计策略包括通过使用不导电垫圈和套筒螺栓对钛进行电气隔离，化学药剂添加，安装短而易于更换的不太贵重金属厚壁段，或与复合材料或与电流接近相容的合金，如含钼奥氏体钢欧洲杯足球竞彩和双相钢(254SM0, Zeron 100)，和高镍合金(Inconel 625，哈氏合金C)。 一些操作人员已经在裸露的钛表面涂上涂层，以降低阴极/阳极比率。母材的外加电位阴极保护应不超过-0.8V SCE。同样，如果不受电阻控制，必须选择牺牲阳极，以产生小于-0.8V SCE的负电位。当水下钛取代钢的大面积使用时，对阴极保护系统的检查至关重要。如果条件导致氢的吸收，耐蚀性较差的金属的电偶腐蚀可能对作为阴极的钛有害。氢吸收可能由以下因素引起或加剧: •钛与不耐腐蚀的金属的耦合 •产生大于-0.8V SCE电位的阴极保护系统 •拉伸载荷或残余应力，如果吸收发生 •pH值小于3或大于12会增加摄入的风险 •更高的温度导致阳极腐蚀的增加和阴极氢活性的提高 •硫化氢，在阴极电位存在时加速氢吸收。 结论综上所述，我们可以清楚地看到，钛已经在海上油气生产设备中占据了一席之地——对于低压和高压水、产品管道、热交换器、容器和辅助设备，几乎没有令人满意的、经济有效的替代品。2020欧洲杯下注官网深水油田的开发将需要使用钛管作为柔性立管，并继续充分识别环境参数，从潜在的候选合金中识别出能够在应用中可靠运行的合金。快速和积极进展将大大帮助下大量投资和密集的项目,和石油公司本身,最终用户使用钛管件和受益者的人此时都资源和动机水平的投资。 |