פיתוח נפט וגז ימיים
הנפט הוא חבל ההצלה הכלכלי של מדינה. ההערכה היא כי משאבי הנפט הניתנים להשבת הם 300 מיליארד טון, מתוכם עתודות הנפט בים הן כ-130 מיליארד טון. פיתוח הנפט הימי החל בתחילת המאה ה-20. הפיתוח שלו עבר תהליך מהחוף לים, מיים רדוד לים עמוק. מוגבל על ידי תנאים טכניים ופיתוח חומרי, ניתן לנצל בהתחלה רק מרבצי נפט וגז טבעי המשתרעים ישירות מהחוף לים הרדוד. מאז שנות ה-80, בהמרצת משבר האנרגיה והקדמה הטכנולוגית, חיפוש ופיתוח נפט בים התפתח במהירות, ופיתוח נפט בים התקדם במהירות למדף היבשתי, ויצר בהדרגה מגזר חדש של תעשיית נפט בים. פלטפורמת הקידוח הימי היא בסיס העבודה ליישום חיפוש וניצול נפט וגז בים, אשר מסמן את רמת הטכנולוגיה לפיתוח נפט וגז בים. ציוד להפקת נפט בים כולל בעיקר פלטפורמות לייצור נפט וציוד עזר, והציוד הנלווה כולל מקררי נפט גולמי, עליות נפט, משאבות, שסתומים, מפרקים ומהדקים. ציוד זה נמצא במגע עם מי ים וסולפידים, אמוניה, כלור ואמצעים אחרים בנפט גולמי. מכיוון שלטיטניום יש עמידות מצוינת בפני קורוזיה במדיה אלה, ארצות הברית השתמשה בעמודי טיטניום של פלטפורמת נפט ימית בשדות הנפט שלה בתחילת שנות ה-70, וגם השתמשה בטיטניום לייצור מחליפי חום של מעטפת וצינור ומחלפי חום של לוחות. מחליפי חום של מעטפת וצינורות טיטניום משתמשים במי ים כמדיום קירור כדי לקרר את תערובת הגז/נפט בטמפרטורה גבוהה המופקת מבאר הנפט. מחליפי חום צלחות טיטניום משתמשים גם במי ים כמדיום קירור לקירור המים המתוקים המשמשים לקירור נפט גולמי במחלפי חום מפלדת פחמן. ארצות הברית משתמשת בכ-100 מחליפי חום טיטניום על פלטפורמות קידוח של שדות נפט בים הצפוני. חלקי הטיטניום שהוזמנו על ידי Hunting Oilfield Services באברדין, סקוטלנד, בריטניה, אמורים להיות פירי הגבהים בלחץ גבוה טיטניום הראשונים בעולם, המשמשים בפרויקט Heidrum של חברת Continental Petroleum (Conoco) בנורבגיה.
צינורות קידוח טיטניום מסגסוגת נפט טיטניום הם בעלי חיי שירות ארוכים, שוקלים רק מחצית מפלדת אל-חלד, אך הם גמישים פי שניים מפלדת אל-חלד, ובעלי חיי שירות של פי 10 מזה של פלדה. תכונות מצוינות אלו הופכות את הטיטניום לחומר לקידוח בארות שמן קשות, כמעט מעגליות, עמוקות. כלי הקידוח המשולבים המכילים צינור קידוח טיטניום יכולים להפחית מאוד את זמן הקידוח ולהפחית את עלות הקידוח הכוללת. GrantPrideco, RTI Energy Systems ו-Torch Drilling Services בארצות הברית השתמשו לראשונה בצינור קידוח טיטניום ליישומים תעשייתיים בשנת 2000. צינור קידוח הטיטניום המיוצר ומסופק על ידי GrantPrideco ו-RTI Energy Systems מצויד גם במפרקי כלי פלדה שסופקו על ידי GrantPrideco Anti-Fatigue . מפרק זה קל במשקל, גמיש בשימוש ויכול להפוך את צינור הקידוח מטיטניום לחזק ויציב.
מערכת צינורות מי הים היא חלק הכרחי מהפקת נפט ימית. מכיוון שלטיטניום יש עמידות גבוהה בפני קורוזיה למי ים וחיי השירות שלו הם פי 10 מזה של פלדה, העלות של מערכת צינורות מסגסוגת טיטניום חסכונית בהשוואה למערכת Cu-Ni. Active Metals של ארצות הברית ו-Precision Tube Technology הקימו במשותף חברה לטכנולוגיית צינורות טיטניום לייצור צינור מסגסוגת טיטניום בקוטר גדול. הסגסוגת המשמשת בצינור זה היא סגסוגת Ti-3Al-2.5V, בקוטר של 650 מ"מ, עובי דופן של 22-25 מ"מ, אורך של 350 מ' ומשקל של { {10}}ט. הוא מתוכנן לשמש להפקת נפט בים. חברה אמריקאית אחרת השתמשה בצינור סגסוגת טיטניום חלקה באורך של 15 מ', קוטר חיצוני של 600 מ"מ, ועובי דופן של 25 מ"מ כדי ליצור צינור פיר אנכי באורך של כמעט 500 מ' באמצעות אקסטרוזיה, ששימש בפלטפורמת קידוח בים. אומרים שניתן להפחית את המשקל של צינור הפיר האנכי הזה בחצי, ובכך להפחית מאוד את עלות הנטל. בנוסף, יש לו גם קשיחות שברים גבוהה וחיי עייפות ארוכים.
על פי דיווחי נתונים, בפרויקט פיתוח שדה הנפט של הים הצפוני בארצות הברית, כמות הטיטניום בשימוש בהתקנים צפים על סיפונה ובמכשירים קבועים בקרקעית הים עלתה בהשוואה לקודם. הדרישה לחומרי טיטניום עבור 24 מכשירים צפים על הסיפון ו-64 מכשירים קבועים על קרקעית הים היא: 50-100t עבור התקני הגנה, 50-100t עבור התקני חיבור, 400-1000t עבור ציוד הרמה כללי , ו-1400-4200t עבור צינורות מקדחה. הקורוזיה של חלקים מבניים הנגרמת על ידי זיהום ביולוגי על פלטפורמות הפקת נפט בים היא חמורה למדי. חברה אמריקאית משתמשת במארז ארוך עשוי צינורות טיטניום על פלטפורמת הייצור כדי להגן על החלקים בפלטפורמה.
בשנים האחרונות, היישום של חלקי סגסוגת טיטניום בפעולות קידוח נפט וייצור חופי גדל באופן משמעותי. חלקי סגסוגת טיטניום מאפשרים לקידוחי נפט להיכנס למים עמוקים יותר ולבארות נפט עמוקות יותר, כולל טמפרטורות גבוהות יותר וסביבות ייצור קורוזיביות חמורות (כלומר, מלוחות).
עבור יישומים כאלה, בהתחשב בביצועים המקיפים, סגסוגת מבוססת מוט טיטניום TC4 (Ti-6Al-4V) ישימה ובעלות נמוכה. מערכת צינורות מי ים היא חלק הכרחי מהפקת נפט ימית. מכיוון שלטיטניום יש עמידות גבוהה בפני קורוזיה למי ים וחיי השירות שלו הם פי 10 מזה של פלדה, העלות של מערכת צינורות טיטניום היא חסכונית בהשוואה למערכת Cu-Ni. חברת אקטיב מתכות מארצות הברית וחברת Precision Tube Technology Company הקימו במשותף חברה לטכנולוגיית צינורות טיטניום לייצור צינור מסגסוגת טיטניום בקוטר גדול. הסגסוגת המשמשת בצינור זה היא סגסוגת TA18 (Ti-3Al-2.5V), בקוטר של 650 מ"מ, עובי דופן של 22-25 מ"מ, אורך של 350 מ' ו- צינור במשקל 80-90ט. הוא מתוכנן לשמש להפקת נפט בים. חברה אמריקאית אחרת השתמשה בצינור סגסוגת טיטניום חלקה באורך של 15 מ', קוטר חיצוני של 600 מ"מ, ועובי דופן של 25 מ"מ כדי ליצור צינור פיר אנכי באורך של כמעט 500 מ' באמצעות אקסטרוזיה, ששימש בפלטפורמת קידוח בים. אומרים שניתן להפחית את המשקל של צינור הפיר האנכי הזה בחצי, ובכך להפחית מאוד את עלות הנטל. בנוסף, יש לו גם קשיחות שברים גבוהה וחיי עייפות ארוכים.
התרגול הוכיח שסגסוגת Ti-6Al-4V (Gr.5_TC4) היא החומר הטוב ביותר לקידוח צינורות. כיישום קידוח, חוזק תפוקה וחוזק עייפות חשובים. לכן, שתי סגסוגות Gr.5 עם אלמנטים ביניים נמוכים במיוחד מתאימות להתקני הרמה דינמיים קריטיים יותר. כאשר טמפרטורת הפעולה עולה על 75-80 מעלות, על מנת למנוע קורוזיה של חריצים או קורוזיה מתח, נעשה שימוש בסגסוגת Gr29 המכילה רותניום. הרכיבים הנפוצים כוללים מכשירי הרמה של קידוח חוף, צינורות קידוח, מפרקי מתח מחודדים (TSJs) והתקני הרמה מעורבים מטיטניום/פלדה.
חלקי טיטניום קטנים כגון משאבות טיטניום, שסתומים, מפרקים, מחברים, מתקנים וחלקי חילוף היו בשימוש נרחב בפלטפורמות לייצור נפט. סגסוגות טיטניום נמצאות בשימוש נרחב גם בקונכיות של חיפושי נפט זרים ומכשירי זיהוי בארות.
בניית נמל
לחומר הטיטניום יש סרט תחמוצת בעובי של לא יותר מ-10nm על פני השטח שלו. הוא יציב מאוד בסביבה קורוזיבית ובעל עמידות מצוינת בפני קורוזיה באוויר, מי ים וסביבה ימית. כיום מדובר בחומר גלם שיכול להסתגל לסביבות ימיות שונות. יפן פיתחה במרץ את האוקיינוס, כמו הגשר מהונשו לשיקוקו, כביש חוצה מפרץ טוקיו, נמל התעופה קנסאי ובסיס אחסון הנפט הצף. בדיקת החשיפה שנערכה על ידי משרד הבינוי היפני ומועדון הפלדה בנהר אוי ובדיקות החשיפה השונות נגד קורוזיה שבוצעו על ידי משרד התחבורה ואיגוד צינורות הפלדה במזח החול הנסחף של האסאקי מלמדות כי טיטניום הוא חומר מתאים. בנוסף לביצועים המצוינים נגד קורוזיה, לטיטניום יש גם את היתרונות של מעט מאוד יונים מומסים בסביבות מי ים, ואין צורך לדאוג מזיהום סביבתי. יפן גם בנתה מבנה ימי צף גדול במיוחד, תוך שימוש בחומרים מרוכבים מטיטניום-פלדה באזורי ניקוי מי ים; בבניית כביש חציית מפרץ טוקיו, חומרי טיטניום שימשו כגזעים עמידים בפני התזה עבור רציפי גשרים, וכמות הטיטניום המשמשת לכל מזח גשר היא 0.9ט. מבנים ימיים צפים גדולים שהיו בשימוש או מתוכננים כוללים שדות תעופה, בסיסים לוגיסטיים נמלים, מתקני ספורט וכו'.
תחנת כוח חוף
ניצול מקיף של מי ים הוא אחד הפרויקטים החשובים בהנדסה ימית. המעבה של תחנת כוח חופית הוא מכשיר המשתמש בכמות גדולה של מי ים. טיטניום המשמש בתחנות כוח חופיות משמש בעיקר במעבים. מאחר שהמעבה משתמש במי ים כמי קירור, ומי הים מכילים כמות גדולה של בוץ, חומר מרחף, אורגניזמים ימיים וחומרים קורוזיביים שונים, המצב חמור יותר במי המלח המתוקים שבהם מתחלפים מי ים ומי נהר. מעבים מסורתיים משתמשים בצינורות סגסוגת נחושת, שלעתים קרובות ניזוקים קשות עקב קורוזיה שונים במי ים. לטיטניום עמידות טובה בפני קורוזיה במי ים, במיוחד במי ים מזוהמים, ועמידות השחיקה המהירה והקורוזיה שלו למי ים יוצאת מן הכלל.
מכשיר להתפלת מי ים
"מים הם מקור החיים". כיום המחסור במשאבי מים הפך לבעיה שפוקדת את העולם. לכ-25% מאוכלוסיית העולם אין מספיק משאבי מי שתייה. נהרות היבשה ומשאבי מי התהום בעולם רחוקים מלספק את צורכי הפיתוח התעשייתי. לכן, בעתיד, התפלת מי ים תהווה דרך יעילה לבני אדם לפתור משאבי מים מתוקים.
