6

海洋資源鉆探
地球上蘊(yùn)藏的石油有30%以上埋藏于海底之下，大約1300×108（億）噸，把它們開采出來對緩解能源短缺意義重大，海洋底部與地殼中蘊(yùn)藏著人類將來賴以生存的資源，如何探明它們藏于何處與如何把它們開采出來是人類面臨的挑戰(zhàn)。
欲探明海底地殼中的資源，就現(xiàn)有的技術(shù)來看，首先必須建立平臺，海洋平臺一般分為兩類：底部固定支撐式的和浮式的。近海油田一般深二三十米，遠(yuǎn)一些的深約100m，可用固定的平臺，但是水深增加后，從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上來說，則以浮動(dòng)式的為宜。海洋平臺結(jié)構(gòu)龐大，采用鋼材是最可取的，沒有必要用鈦材，盡管鈦及鈦合金抗海水腐蝕比鋼堅(jiān)強(qiáng)得多。但是海洋平臺的閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷凝管和換熱管、泵、閥、管件應(yīng)是鈦的，在海洋鉆探中采用鈦合金石油提升管與采油預(yù)應(yīng)力管接頭、夾具、配件等在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是有效益的。
英國北海石油公司平臺上熱交換器大量采用了熱傳輸鈦管，因?yàn)榧冣亴蛩嵝栽秃秃Ｋ伎垢g，因此油和氣的冷卻都使用了鈦裝備。以鈦制列管熱交換器對剛從井中噴出油-氣混合物進(jìn)行冷卻，冷卻劑為海水。而在交替間接冷卻系統(tǒng)中，先用碳鋼熱交換器，以淡水為冷卻介質(zhì)冷卻原油，再用板式或管式鈦熱交換器中的海水冷卻這些冷卻原油的淡水。
在輔助裝置中，使用鈦制管狀壓縮冷卻器、內(nèi)冷卻器、低壓原油冷卻器。Ti-l2（Ti-0.3Mo-0.8Ni）合金管抗縫隙腐蝕能力比工業(yè)純鈦管的高得多。各種類型泵（深井泵、離心泵）的泵殼和葉輪為鈦鑄件，石油平臺上采用鈦閥和鈦管件、配件后，維修工作量大大減少。
北海油田海流湍急，在長期運(yùn)行的浮式平臺系統(tǒng)中，工作環(huán)境惡劣，采用提升管底部與采油井口之間的管接頭、夾具及配件。采油提升管的彎曲和撓曲部分均是鈦制的，不但使用期限大為延長，而且維護(hù)工作量顯著減少，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
鈦在海洋電站系統(tǒng)中大顯身手
海洋水中蘊(yùn)藏著用之不竭的熱能，鈦可在人類開發(fā)海洋熱能中獲得應(yīng)用，估計(jì)2030年以后將在海洋上建設(shè)巨型發(fā)電廠，攝取海水中的熱量，把海面上被太陽曬熱的海水熱量轉(zhuǎn)化為電力，現(xiàn)在人類有能力建造這種海洋熱電廠，據(jù)評估，這種熱電廠的發(fā)電成本比火電廠和原子能電站稍高點(diǎn)，但它是環(huán)保的，綠色的。
據(jù)計(jì)算，一座10萬kW海洋熱能站需要4個(gè)熱交換器，每一個(gè)熱交換器由直徑15m的巨大圓柱形殼體組成，殼體長15m，其中密密麻麻裝有直徑50.8mm、長15m的工業(yè)純鈦管10萬根，它們的熱傳輸總面積有幾個(gè)足球場那么大。
大型海洋熱能轉(zhuǎn)換電站（10MW~40MW）是利用海洋能量如波浪、海流、潮汐、海洋水溫差及鹽分濃度差等發(fā)電的。世界上首座海水溫差電站已于上世紀(jì)末在中太平洋的瑙魯共和國投入運(yùn)轉(zhuǎn)，情況良好。海水溫差發(fā)電是利用熱帶海洋水溫差來發(fā)電的。
海水溫差發(fā)電有兩種：一種開式循環(huán)型，以閃速蒸發(fā)溫海水蒸發(fā)推動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)；另一種為閉式循環(huán)型，利用溫海水把氟氯烷或氨這類低沸點(diǎn)物質(zhì)的蒸發(fā)-凝結(jié)循環(huán)。
閉式循環(huán)由于采用了低沸點(diǎn)介質(zhì)，可使壓力差增大，提高能量密度，因而這種方式得到應(yīng)用。使用接近海面的被太陽曬得熱熱的海水使像氨這樣的低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)成氣體，經(jīng)增壓后推動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。然后再使用從深海采出的低溫海水使驅(qū)動(dòng)透平后的氨氣冷凝成液體，再泵回蒸發(fā)器中，如此反復(fù)循環(huán)不已。
海洋熱能發(fā)電采用蘭金（Rankine）循環(huán)，用海洋表面熱水（27℃~33℃）蒸發(fā)液態(tài)氨，以蒸發(fā)的氨驅(qū)動(dòng)透平帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，然后用從深海抽來（450m~900m）的低溫（6℃~11℃）海水使氨冷凝為液體。發(fā)出的電可上網(wǎng)或直接送給工廠。
瑙魯海水溫差發(fā)電站的最大輸出功率為120kW，但上網(wǎng)電力為31.5kW，其余的88.5kW為電站自用。這座電站的發(fā)電裝置用低沸點(diǎn)介質(zhì)為-40.8℃的氟氯烷R-22（CHCIF2）。其蒸發(fā)器及冷凝器的熱傳輸管均為薄壁焊接工業(yè)純鈦管。
蒸發(fā)器及冷凝器總稱換熱器，由于管內(nèi)外介質(zhì)溫差不大，總循環(huán)效率較低，因此必須做得大大的，同時(shí)要求使用期限長達(dá)30年以上，還要求維修工作量盡量少，在選擇材料時(shí)，必須綜合考慮材料制造成本和材料的腐蝕性能、磨蝕性能?？傊?，鈦管是綜合性能最佳的換熱器材料。
濱海電站冷凝器
海濱火電站及核電站均用海水作冷卻劑，因此凝汽器最好用薄壁工業(yè)純鈦焊管制造，凝汽器是電站關(guān)鍵設(shè)備之一。由于日本是島國，幾乎所有的大電廠都用海水作冷卻劑，1963年開始試用焊接鈦管作插管試驗(yàn)，1969年大面積推廣使用。20世紀(jì)60年代后期東邦（Toho）鈦業(yè)公司建成從鈦以焊接鈦管全流程生產(chǎn)體系，開始生產(chǎn)外徑25.4mm、壁厚約0.6mm的焊接-拉伸鈦管，1969年鈦管壁厚減薄至0.5mm，現(xiàn)在已減至0.45mm，1979年日本研發(fā)成世界首臺金鈦冷凝器，即熱傳輸管與管板都是鈦的。目前，日本是全鈦冷凝器用得最多的國家，也是出口量最大的國家。
鈦冷凝器的優(yōu)點(diǎn)如下：
耐海水和氨的腐蝕。對海水和蒸汽中的氨有很強(qiáng)的抗蝕性，使用壽命長，可超過20年，比黃銅管、銅-鎳合金管的長1倍以上或更長。
冷卻水的流動(dòng)速度可提高。鈦管表面不會結(jié)垢，不會有泥砂、腐蝕物聚積，可以提高水的流動(dòng)速度，銅-鎳管的水流速度為1.8m/s~2.1m/s，而鈦管內(nèi)的流速可達(dá)2.7m/s，因而冷卻面積可減少30%。
不需要防漏設(shè)施，采用非鈦冷凝器時(shí)，為防止隨時(shí)可發(fā)生的管路泄漏，必須設(shè)置防漏設(shè)備，而鈦冷凝器的運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。
熱交換特性高。鈦的抗蝕性優(yōu)秀，故鈦管壁厚可比銅合金的薄得多。雖然鈦的熱導(dǎo)率比銅的低，但其熱交換能力卻比銅的高3%~5%。
節(jié)省泵的動(dòng)力。對于外徑相同的管來說，由于所用鈦管壁厚比銅合金管的薄，所以鈦管內(nèi)徑比銅合金管的大一些，因而泵的動(dòng)力可省一些。
中國研發(fā)冷凝器鈦管始于1978年；1981年決定采用國產(chǎn)無縫鈦管制的全鈦凝汽器；1983年8月，中國第一臺無縫鈦管全鈦凝汽器在臺州電廠125MW的2號機(jī)組上投入運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，1985年通過技術(shù)鑒定。當(dāng)前，中國建在海濱以海水作為冷卻劑的熱電廠和核電站的凝汽器都用上了焊接鈦管，但遺憾的是，所用鈦管大都是從日本、美國、法國、英國等進(jìn)口的，20多年來每年的進(jìn)口量平均在250噸以上。