走向海洋鉆探和電站的鈦(一)

  地(di)(di)球上蘊藏的(de)(de)石油有30%以上埋(mai)藏于(yu)海(hai)底之下,大(da)約1300億噸,把(ba)它(ta)(ta)們開采出來對(dui)緩解能源短缺意義重大(da),海(hai)洋(yang)底部與地(di)(di)殼中(zhong)蘊藏著人(ren)類將(jiang)來賴以生存(cun)的(de)(de)資(zi)源,如(ru)何(he)探明(ming)它(ta)(ta)們藏于(yu)何(he)處與如(ru)何(he)把(ba)它(ta)(ta)們開采出來是(shi)人(ren)類面臨的(de)(de)挑戰。

  欲探明海底地(di)殼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)資源,就現(xian)有(you)的(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)來(lai)看,首先必須建立平(ping)臺(tai),海洋(yang)平(ping)臺(tai)一般分(fen)為兩(liang)類:底部固(gu)定支撐式的(de)(de)(de)(de)和(he)浮(fu)式的(de)(de)(de)(de)。近海油田一般深二三十米,遠一些的(de)(de)(de)(de)深約100m,可用(yong)固(gu)定的(de)(de)(de)(de)平(ping)臺(tai),但(dan)是(shi)水(shui)深增加后,從(cong)技(ji)術(shu)上和(he)經濟上來(lai)說,則(ze)以浮(fu)動(dong)式的(de)(de)(de)(de)為宜。海洋(yang)平(ping)臺(tai)結構龐(pang)大,采(cai)用(yong)鋼材是(shi)最可取的(de)(de)(de)(de),沒有(you)必要用(yong)鈦(tai)(tai)材,盡(jin)管(guan)(guan)(guan)鈦(tai)(tai)及鈦(tai)(tai)合金抗海水(shui)腐蝕(shi)比鋼堅(jian)強得(de)多(duo)。但(dan)是(shi)海洋(yang)平(ping)臺(tai)的(de)(de)(de)(de)閉式循環(huan)發動(dong)機的(de)(de)(de)(de)冷凝管(guan)(guan)(guan)和(he)換熱(re)管(guan)(guan)(guan)、泵、閥、管(guan)(guan)(guan)件(jian)應(ying)是(shi)鈦(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de),在海洋(yang)鉆探中(zhong)采(cai)用(yong)鈦(tai)(tai)合金石油提升管(guan)(guan)(guan)與采(cai)油預應(ying)力管(guan)(guan)(guan)接頭、夾具、配件(jian)等在技(ji)術(shu)上是(shi)可行的(de)(de)(de)(de),經濟上是(shi)有(you)效益的(de)(de)(de)(de)。

  英國北(bei)海(hai)石(shi)油(you)公司平臺(tai)上熱(re)(re)交(jiao)(jiao)(jiao)換器(qi)(qi)大量采用(yong)了(le)熱(re)(re)傳輸鈦(tai)管,因(yin)為(wei)純鈦(tai)對含(han)硫酸性原(yuan)油(you)和(he)海(hai)水都(dou)抗腐(fu)蝕,因(yin)此(ci)油(you)和(he)氣的冷卻(que)(que)都(dou)使用(yong)了(le)鈦(tai)裝備。以(yi)鈦(tai)制列管熱(re)(re)交(jiao)(jiao)(jiao)換器(qi)(qi)對剛從(cong)井中(zhong)噴出(chu)油(you)-氣混(hun)合物(wu)進行冷卻(que)(que),冷卻(que)(que)劑(ji)為(wei)海(hai)水。而在交(jiao)(jiao)(jiao)替間接冷卻(que)(que)系統中(zhong),先用(yong)碳(tan)鋼熱(re)(re)交(jiao)(jiao)(jiao)換器(qi)(qi),以(yi)淡(dan)水為(wei)冷卻(que)(que)介質冷卻(que)(que)原(yuan)油(you),再用(yong)板式或管式鈦(tai)熱(re)(re)交(jiao)(jiao)(jiao)換器(qi)(qi)中(zhong)的海(hai)水冷卻(que)(que)這些(xie)冷卻(que)(que)原(yuan)油(you)的淡(dan)水。

  在(zai)輔助裝(zhuang)置(zhi)中(zhong),使用(yong)(yong)鈦(tai)制管(guan)狀壓縮冷卻(que)器、內冷卻(que)器、低壓原(yuan)油(you)(you)冷卻(que)器。Ti-l2(Ti-0.3Mo-0.8Ni)合金管(guan)抗縫隙腐蝕能力比工(gong)業純鈦(tai)管(guan)的(de)(de)(de)高得多(duo)。各種類型(xing)泵(beng)(深井泵(beng)、離心泵(beng))的(de)(de)(de)泵(beng)殼和(he)葉(xie)輪為鈦(tai)鑄件,石(shi)油(you)(you)平臺上采(cai)(cai)用(yong)(yong)鈦(tai)閥和(he)鈦(tai)管(guan)件、配(pei)件后,維修工(gong)作量大大減(jian)少。北海油(you)(you)田海流湍急,在(zai)長期運行(xing)的(de)(de)(de)浮式平臺系(xi)統(tong)中(zhong),工(gong)作環(huan)境惡劣,采(cai)(cai)用(yong)(yong)提升管(guan)底部與采(cai)(cai)油(you)(you)井口之間(jian)的(de)(de)(de)管(guan)接頭、夾具及配(pei)件。采(cai)(cai)油(you)(you)提升管(guan)的(de)(de)(de)彎曲和(he)撓(nao)曲部分均是鈦(tai)制的(de)(de)(de),不(bu)但使用(yong)(yong)期限(xian)大為延長,而且維護工(gong)作量顯著減(jian)少,取得了較好的(de)(de)(de)經濟效益(yi)。

  鈦在海洋電站系統中大顯身手

  海(hai)洋水(shui)中蘊藏(zang)著用之不竭的(de)(de)熱(re)(re)能,鈦可在人類開發海(hai)洋熱(re)(re)能中獲得應用,估計2030年以后將在海(hai)洋上(shang)建設巨型(xing)發電(dian)(dian)(dian)廠(chang),攝取(qu)海(hai)水(shui)中的(de)(de)熱(re)(re)量,把海(hai)面上(shang)被太陽曬(shai)熱(re)(re)的(de)(de)海(hai)水(shui)熱(re)(re)量轉化為電(dian)(dian)(dian)力,現在人類有(you)能力建造這(zhe)(zhe)種海(hai)洋熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)廠(chang),據評估,這(zhe)(zhe)種熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)的(de)(de)發電(dian)(dian)(dian)成(cheng)本比火(huo)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)和原(yuan)子能電(dian)(dian)(dian)站稍高點,但(dan)它是環保的(de)(de),綠色的(de)(de)。

  據(ju)計算(suan),一座10萬kW海(hai)(hai)(hai)洋熱(re)能站(zhan)需要(yao)4個熱(re)交(jiao)換器,每一個熱(re)交(jiao)換器由直(zhi)徑15m的巨大(da)圓柱形(xing)殼體組(zu)成(cheng),殼體長15m,其中密密麻(ma)麻(ma)裝有直(zhi)徑50.8mm、長15m的工業純鈦管10萬根(gen),它(ta)們的熱(re)傳(chuan)輸總面(mian)積有幾個足球場那么大(da)。大(da)型海(hai)(hai)(hai)洋熱(re)能轉換電站(zhan)(10MW~40MW)是利用(yong)海(hai)(hai)(hai)洋能量(liang)如(ru)波(bo)浪、海(hai)(hai)(hai)流、潮汐、海(hai)(hai)(hai)洋水(shui)溫(wen)差(cha)(cha)及鹽分濃度差(cha)(cha)等發電的。世界上首座海(hai)(hai)(hai)水(shui)溫(wen)差(cha)(cha)電站(zhan)已于上世紀末在中太(tai)平洋的瑙魯共(gong)和國(guo)投(tou)入運轉,情況良好。海(hai)(hai)(hai)水(shui)溫(wen)差(cha)(cha)發電是利用(yong)熱(re)帶海(hai)(hai)(hai)洋水(shui)溫(wen)差(cha)(cha)來發電的。

  海(hai)(hai)(hai)水(shui)溫(wen)差(cha)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)有兩種:一(yi)(yi)種開式(shi)(shi)循環(huan)型,以閃速蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)溫(wen)海(hai)(hai)(hai)水(shui)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)推(tui)動(dong)透平(ping)旋轉;另一(yi)(yi)種為閉式(shi)(shi)循環(huan)型,利用(yong)(yong)溫(wen)海(hai)(hai)(hai)水(shui)把氟氯烷或氨這(zhe)類低(di)沸(fei)(fei)點物質的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)-凝結(jie)循環(huan)。 閉式(shi)(shi)循環(huan)由于采(cai)用(yong)(yong)了低(di)沸(fei)(fei)點介(jie)質,可使(shi)壓(ya)力差(cha)增大,提(ti)高能(neng)量密度,因而這(zhe)種方式(shi)(shi)得到應(ying)用(yong)(yong)。使(shi)用(yong)(yong)接近海(hai)(hai)(hai)面(mian)的(de)(de)被太陽曬得熱熱的(de)(de)海(hai)(hai)(hai)水(shui)使(shi)像氨這(zhe)樣的(de)(de)低(di)沸(fei)(fei)點液(ye)體(ti)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)成(cheng)氣(qi)體(ti),經增壓(ya)后(hou)(hou)推(tui)動(dong)透平(ping)旋轉,帶動(dong)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)機發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)。然(ran)后(hou)(hou)再使(shi)用(yong)(yong)從(cong)深海(hai)(hai)(hai)采(cai)出的(de)(de)低(di)溫(wen)海(hai)(hai)(hai)水(shui)使(shi)驅(qu)動(dong)透平(ping)后(hou)(hou)的(de)(de)氨氣(qi)冷凝成(cheng)液(ye)體(ti),再泵回(hui)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)器中,如此反(fan)復循環(huan)不已。海(hai)(hai)(hai)洋(yang)熱能(neng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)采(cai)用(yong)(yong)蘭金(Rankine)循環(huan),用(yong)(yong)海(hai)(hai)(hai)洋(yang)表(biao)面(mian)熱水(shui)(27℃~33℃)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)液(ye)態氨,以蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)(de)氨驅(qu)動(dong)透平(ping)帶動(dong)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)機,然(ran)后(hou)(hou)用(yong)(yong)從(cong)深海(hai)(hai)(hai)抽來(450m~900m)的(de)(de)低(di)溫(wen)(6℃~11℃)海(hai)(hai)(hai)水(shui)使(shi)氨冷凝為液(ye)體(ti)。發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)出的(de)(de)電(dian)可上網或直接送給(gei)工廠。

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