钛在海洋工程和海洋建筑行业的应用

海洋约覆盖地球表面积的70. 8%，海洋资源和能源的利用和开发，备受关注。另一方面钛极耐海水腐蚀，钛用于海洋工程各个领域，也受到世界各国的普遍重视。

(一)钛在海洋工程的应用1.海水淡化淡水约占地球水资源的3%，通过海水淡化获得水资源是-一个新的趋势，尤其是缺水严重的中东地区。早在20世纪50年代就用海水淡化获得淡水，1979 年世界各地建设了1468台海水淡化装置，到1993年世界各地在5738个地区建设了9014台海水淡化装置。2004年世界各地正在建设的有15000台海水淡化装置。海水淡化的主要方法如下。①蒸发法单级闪蒸法、多级闪蒸法，立式多效法，横式多效法、浸管法，蒸汽压缩法;②隔膜法电渗析法，逆浸透法;③复合法。其中，应用最多的是蒸发法，其次是逆浸透法，电渗析法用得较少。日本国内主要的海水淡化法见表2-44.1965年，美国哈维铝公司在维尔京群岛建设的-~座海水淡化工厂，其导热管全部采用壁厚0.7mm无缝钛管，总长185万米，约24t，日处理海水能力为184万立方米。1967 年，日本松岛碳矿株式会社建成了2650t/d海水淡化设备。该装置的通风凝结器及喷射压气机的传热管和管板，由于受海水中溴(Br) 的腐蚀，不能用铜合金，换用钛后，没发生过因腐蚀导致的故障。表2-44为日本国内主要使用的海水淡化法。

(1)海水淡化用钛管的技术条件①钛管的壁厚导热管壁厚由 使用条件、管板材料、扩管作业的施工能力，管端的焊接技术等来决定。由于导热管直径小，对强度要求不高，因此实际使用中采用壁厚较薄的管材。一般，钢管等壁厚为0.5~1.2mm;用钛管代替，在腐蚀性小的地方，可用壁厚为0.3mm的薄璧焊管。②钛管的导热性由 于导热管的材质不同，热导率也不同，如钛为17W/(m. K)，铝黄铜为100W/(m. K)，90/10白铜为47W/(m●K)，70/30 白铜为29W/(m●K)。因此,可通过壁厚的变化控制导热管的导热效果。在以上材料中，钛的热导率最小，如使用薄壁钛焊管，导热性虽然比铝黄铜差，但与90/10白铜相当。③钛管的经济性钛管的 单位质量价格比铜合金贵2~6倍，但从性价比上考虑，钛管价格可与铜合金管抗衡，由于钛的密度低，壁厚相同时，同等长度的钛管质量只是铜合金管的50%.当钛管壁厚为钢合金管的50%时，相同传热面积的钛管质量仅为铜合金管的1/4。可见，钛管在价格方面是有竞争力的。(2)使用海水淡化钛制设备时应注意的事项①除去钛中的间隙元素。钛制设备在100°C以上海水中存有宏观裂纹时，容易发生间隙元素腐蚀，这种腐蚀不受海水浓度的影响。在105°C含4%NaCl的海水中，可能产生间隙元素腐蚀。②要使用薄壁钛管材。钛的热导率低，仅为铝黄铜的1/6， - - 般钛管材壁厚为0. 3~0. 7 mm。③钛制设备应避免与铁容器接触，因钛容易吸氢使钛材变脆。2.海洋石油钻探在海洋平台，上，用钛制作闭式循环发动机的冷凝管和换热管、泵、阀、管件等;在深海钻采海底石油中，用作提升管、预应力管接头、夹具及配件等。地球埋藏的石油有30%位于海底的地壳中，储量大约1300亿吨，海底钻采石油有很大意义。海洋平台可以分为两类:底部固定支撑式平台和浮式平台，海底油田一般深100m左右。固定平台用得较多，但水深增加后从技术和经济上来说，浮动方式更有利。用钛替代钢作海洋平台的主要结构材料是不切实际的，但是在海洋平台上用钛管做闭式循环发动机的冷凝管和换热管、泵、阀、管件;在深海钻探中采用钛制海底石油提升管以及采油预应力管接头、夹具及配件等是可行的。.(1) 热交换器和泵、阀、管件北海石油平台上热交换器已采用了钛管。由于钛耐酸性(含硫)原油和海水的腐蚀，油和气的冷却使用了钛装置。在直接冷却中，列管热交换器，对刚从井中喷出的油气混合物进行冷却，以海水为冷却剂。在交替式间接冷却系统中，先使用碳钢热交换器，以淡水为冷却剂来冷却原油，再用钛的板式或管式热交换器中的海水来冷却那些冷却原油的淡水。辅助装置上使用了钛制管状压缩冷却器、内冷却器、低压原油冷却器。Ti-12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni)合金管比工业纯钛管能提高耐缝隙腐蚀能力。各种类型的泵(如深井泵和离心泵)采用铸钛泵壳和叶轮，石油平台上阀门和其他管件配件等采用钛制品后，减少了维修工作量。(2)预应力管接头、夹具及配件在北海等海流急的海域长期运行的浮式采油平台系统中，原油采油提升管的接头设计较复杂，关键性的部位如采油提升管底部位与采油井口之间的接头以及采油提升管的弯曲和挠曲部分宜采用钛材制造。3.海洋热能转换工程大型海洋热能转换电站(10~40MW)，利用海洋能量的效益很大。可利用的海洋能量有波浪、海流、潮汐、海洋温差及盐分浓度差等，正在开发对海洋温差发电的应用。海洋温差发电是利用热带海洋自然温差来产生有用的能量。因为它是利用取之不尽的太阳能来加热海水表面而获取电能，因此在这种能量的产生过程中不会有污染。海洋温差发电有两种方式:一-种是把温海水闪蒸带动透平机旋转的开式循环;另一种是用海水把氟氯烷或氨这样的低沸点介质蒸发及凝缩的闭式循环。见图2-12。闭式循环由于采用了低沸点介质，可使压力差增大，把能量密度提高，因此海洋温差发电通常指闭式循环。使用接近海面的高温海水，把氨这样的低沸点工作流体由液体蒸发成气体再增压，利用这种压力使透平机旋转。然后，使用从深海采出的低温海水，驱动透平机后的流体再回复成液体，用泵使之循环送至蒸发器中。海洋热能转换采用朗肯(Rankine) 循环，在该循环中，用海洋表面热水(80~90 F●)来蒸发典型工作介质氨，被蒸发出来的气体氨驱动涡轮发电机，然后用从海底(1500~3000ft@深)抽上来的温度较低的海水(40~50 F)对氨进行冷凝。产生的电能可并人海岸电网，或用于工厂船舶进行产品生产。中太平洋的瑙鲁共和国世界上第-一个 成功地采用温差发电向电力系统输电，最大输出功率达120kW (有效电力31.5kW)。这种海洋温差发电装置，采用沸点为一40.8C的氟氯烷R-22(CHCIF2)作为低沸点介质，用它来驱动透平机使发动机旋转。其蒸发器及凝缩器的传热管均采用了钛。此外，在地热能源方面也在研究利用钛，因为材料的工作环境是含有硫化气体和氯化物的蒸气或高温水。在这个领域中可充分利用钛对海水、含硫气体、氯化物等优异的耐蚀性及高比强度等优点。另外，在地热能源方面，钛由于具备对海水、含硫气体、氯化物等的耐蚀性，以及高比强度的优点，得到广泛应用。4.海水系统随着钛质压舱水管道的成功使用，钛还被应用在其他类型的海水系统中，例如消防水、冷却水和洒水灭火系统。在这些系统中，钛的中等尺寸部件可与不锈钢相竞争。其较大尺寸部件可与石墨增强的复合材料相比。工件直径不超过203. 2mm时，使用钛在经济上是最佳选择，更大直径的工件应优先选择复合材料。钛在海水系统中应用，主要是因为钛管耐腐蚀和可以冷弯。与传统制造方法比较，冷成

形成本低。较大的钛工件，可以铸造，从几克到2750kg的铸件均可铸造出来，如消防水系统的大量控制阀和集水阀等。(二)钛在海洋土木建筑行业的应用海洋建筑面临的主要问题是受海水和海盐粒子的严重腐蚀，钛材由于具有优越的耐腐蚀性能成为海洋建筑的首选材料，海洋建筑领域，钛的应用主要有三类:①钢结构件防腐蚀;②耐腐蚀结构件;③混凝土结构件防腐蚀。日本四面临海，经济的发展需要日本扩大利用海域，日本在海洋用钛方面成绩显著。日本设立了超大型浮式海洋构筑物技术研究小组。钛材成为海洋构筑物的首选材料，其作用有二个，一是用钛薄板包覆易腐蚀部位;二是海洋构筑物易腐性部分用钛钢复合板。钛在海洋建筑中的使用实例见表2-45。本文来自百度。.

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