一、概述

鈦被應(yīng)用在石油行業(yè)原因在于其本身具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)及良好的物理性能，可以在石油行業(yè)這種具有腐蝕性的工作環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。鈦及鈦合金這點(diǎn)表現(xiàn)的尤為明顯，高強(qiáng)度、低比重的特點(diǎn)讓其在鈦行業(yè)有著更為廣泛的應(yīng)用。目前鈦及鈦合金經(jīng)過(guò)多年的研究完善，已經(jīng)取得不錯(cuò)的應(yīng)用效果。通過(guò)綜合相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鈦及鈦合金應(yīng)用范圍最為廣泛的就是石油化工行業(yè)。

二、鈦及鈦合金在石油行業(yè)中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，在能源危機(jī)和技術(shù)進(jìn)步的刺激下，近海石油勘探與開(kāi)發(fā)飛速發(fā)展，鈦及鈦合金在石油石化等領(lǐng)域的需求量逐年上升。

1、鈦合金材料的特點(diǎn)及應(yīng)用

鈦合金鉆桿具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，主要表現(xiàn)在具有高強(qiáng)度、低密度、固有繞性好等特點(diǎn)，由于鈦合金鉆桿有很高的抗震性，因此不需要隨鉆震擊器。鈦合金鉆桿具有極強(qiáng)的抗防腐性和井下環(huán)境適應(yīng)性，可在高溫硫化氫酸性高腐蝕環(huán)境里作業(yè)。

鈦合金鉆鋌、鈦合金鉆桿有如下特點(diǎn)： 

1）無(wú)磁，鈦及鈦合金具有無(wú)磁的特性。在 20 奧斯特條件下，其磁導(dǎo)率為 1.00005~1.0001H/m，即使在很強(qiáng)大的磁場(chǎng)中也不會(huì)被磁化；

2）比重輕，鈦及合金比鋼要輕 43%；

3）彈性模量小，鈦合金的彈性模量是鋼的 57% 。

2、海洋鉆井平臺(tái)的鈦及鈦合金應(yīng)用

實(shí)施海底油氣勘探及開(kāi)采的工作基地就是海上鉆進(jìn)平臺(tái)，一定程度上代表著海底油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的行業(yè)水平。美國(guó)在北海油田鉆井平臺(tái)上大約使用了 100 個(gè)鈦熱交換器。海洋石油工程作為新興的鈦的民用市場(chǎng)，近年來(lái)發(fā)展很快。

3、鈦及鈦合金在石油行業(yè)的應(yīng)用

石油化工企業(yè)中鈦及鈦合金已經(jīng)有著幾十年的應(yīng)用，比如鈦冷凝器、鈦換熱器等設(shè)備。目前在石油化工行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的鈦材就是工業(yè)純鈦Ti2。石油化工行業(yè)使用鈦材的地方較多，但工作環(huán)境不同對(duì)鈦材有著不同要求，接下來(lái)筆者對(duì)其進(jìn)行深入剖析。

原油煉制過(guò)程中當(dāng)還有高硫分及高含鹽時(shí)，這個(gè)環(huán)境中好似用鈦制設(shè)備是比較合適的。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在原油煉制各個(gè)環(huán)節(jié)都已成功運(yùn)用鈦及鈦合金材料多年，比如常壓蒸餾裝置、冷凝器及脫硫分離塔等。我國(guó)相比于西方發(fā)達(dá)國(guó)家稍有不如，但也在冷凝器、海水泵等設(shè)備中應(yīng)用鈦材，運(yùn)用時(shí)間也有十?dāng)?shù)年之久；石油化工的重要原料之一就是苯酚，苯酚本身具有毒性及腐蝕性，對(duì)設(shè)備材料有著極高的要求，但這方面我國(guó)尚處于開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)中。舊工藝用苯磺化堿溶液生產(chǎn)苯酚，我國(guó)已采用鈦制中和反應(yīng)釜、鈦盤(pán)管冷卻器和離子氮化鈦的攪拌器軸套，效果很好。

4、美國(guó)油服企業(yè)使用的鈦合金（TC10）

美國(guó)在石油探井開(kāi)采技術(shù)上一直處于領(lǐng)先地位，其中全球著名的油服企業(yè)斯倫貝謝、貝克休斯和哈里伯頓在設(shè)備上廣泛應(yīng)用

鈦合金。鈦合金高耐腐、耐磨、高抗氯化氫腐蝕劑優(yōu)良的機(jī)械性能， 大幅度提高了石油行業(yè)在探井，完井設(shè)備上的能力和可持續(xù)性。

TC10 合金成分及性能見(jiàn)下表1：

表1 TC10 室溫力學(xué)性能

TC10（Ti-6Al-6V-2Sn）鈦合金是在TC4 合金基礎(chǔ)上研制開(kāi)發(fā)的一種高強(qiáng)度α＋β 型鈦合金，該合金在海水及原油中的硫化物、氨、氯等介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性和抗腐蝕性，具有良好的綜合性能，在潮濕環(huán)境和海水介質(zhì)中工作，其抗腐蝕能力高于1Cr18Ni9Ti，特別是對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)。因此TC10鈦合金將成為石油勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的首選材料，其市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

三、前景與展望

石油工業(yè)作為新興的鈦的民用市場(chǎng)，近年來(lái)發(fā)展很快。隨著世界能源危機(jī)的進(jìn)一步加劇并且陸地油氣資源已經(jīng)被大量開(kāi)發(fā)， 世界各國(guó)必將投入大量的人力和物力開(kāi)采陸地三高井、超深井和海底油氣資源，這些條件苛刻的環(huán)境都離不開(kāi)鈦及鈦合金材料的應(yīng)用。

由于鈦材的優(yōu)質(zhì)性能，更適應(yīng)于海洋石油開(kāi)發(fā)，石油化工設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是鈦泵、閥、接頭、緊固件、夾具和零配件等小型核心部件會(huì)大量應(yīng)用在石油開(kāi)采平臺(tái)上。國(guó)外海上石油勘探測(cè)完井工具和設(shè)備上大量使用了TC10鈦合金，僅美國(guó)市場(chǎng)對(duì)TC10鈦合金棒材、鈦鍛件的年需求量近500 噸以上需求。就目前情況而言，石油工程及海洋工程中應(yīng)用鈦及鈦合金已成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)，因此相關(guān)研究人員應(yīng)該有意識(shí)的做好這方面技術(shù)研究工作。

相關(guān)鏈接