Титан и титановые сплавы для различных отраслей промышленности

Основным потребителем российского титана остается зарубежное авиа- и двигателестроение, но есть тенденция на увеличение спроса со стороны предприятий других отраслей промышленности. Перспективные отрасли, в которых целесообразно применение титана – это атомная энергетика, нефтегазодобывающий комплекс, цветная металлургия.
Титановые сплавы для атомной энергетики
Все шире титан используют в качестве конструкционного материала для строящихся объектов российской атомной энергетики: для изготовления конденсаторов и рабочих лопаток паровых турбин, теплообменного оборудования. Титан обеспечивает гарантированный ресурс работы на период до 60 лет, что сопоставимо с закладываемым ресурсом ядерного реактора. Подобное оборудование уже поставлено на Ростовскую АЭС, Белоярскую АЭС и запланировано на строящиеся блоки Нововоронежской и Ленинградской АЭС. Основным поставщиком тонкостенных сварных труб для этих объектов является ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА». Предприятие поставляет штампованную заготовку лопатки паровой турбины длиной 1200 мм, тонкостенные сварные трубы с толщиной стенки от 0,45 мм до 1,24 мм как по российским, так и по американским и европейским стандартам. Для российских атомных объектов поставка труб осуществляется по техническим условиям, согласованным с Федеральной службой по экологическому,технологическому и атомному надзору.
Титан для добычи нефти и газа на шельфе
Титан – незаменимый материал для строительства установок опреснения морской воды, в сооружении морских платформ для разведки месторождений, добычи нефти и природного газа на шельфе. Процесс освоения нефтедобычи на морском шельфе, несмотря на более жесткие природные условия, сложную ледовую обстановку, представляет особый интерес для российских нефтяников. В настоящий момент реализуются работы на Каспийском шельфе, интенсивно идут работы на объекте «Сахалин-2» – введен в эксплуатацию завод по производству СПГ. Практически закончены работы по переоснащению плавучей буровой станции для месторождения «Приразломное». Смещены сроки по реализации проекта освоения Штокмановского месторождения. Но возможно эта отсрочка во времени позволит еще раз проверить конструкторские решения, т.к. ошибка на стадии проектирования является наиболее дорогой.
Дальнейшие прогнозы по шельфовой добыче достаточно оптимистичны: применение титана в этой области будет расти вследствие запланированного перемещения промысла на более глубокие участки шельфа. Так, газоконденсатное месторождение Штокмановское в Баренцовом море находится на глубине от 280 до 380 метров, а пласты с газовым конденсатом находятся на глубине от 1800 до 2300 метров. В связи с этим основные принципы проектирования и строительства морских установок, выбор материалов для морского применения при бурении в тяжелых геологических условиях становятся сегодня основополагающим вопросом в первую очередь для генерального заказчика как эксплуатирующей организации.
Морское применение титановых сплавов перспективно для следующих систем и оборудования для освоения нефтегазовых месторождений на шельфе: глубоководные бурильные райзеры; обсадные трубы; добывающие райзеры; насосы и системы забортной, питьевой, буровой и попутной воды; трубопроводы циркуляционной системы технологических растворов; сепараторы жидкостные, теплообменное оборудование различного назначения; сосуды высокого давления; высокопрочные гибкие растяжки для фиксации платформы.
На сегодняшний день тысячи тонн титана эксплуатируются в атомной энергетике, в судовых и наземных объектах, в опреснительных системах, в сфере морского нефте-и газопромысла, что свидетельствует о целесообразности применения титана в этих отраслях. Титан обладает рядом уникальных свойств:
1. Прочностные и коррозионные свойства. Титан по прочностным характеристикам аналогичен традиционным конструкционным сталям, но при этом на 45% легче. По коррозионной устойчивости титан превосходит многие широко применяемые конструкционные стали.
2. Эксплуатация при низких температурах. Титан и его сплавы характеризуются низкой температурой перехода от пластичного поведения к хрупкому и отличаются благоприятными уровнями вязкости разрушения даже при температурах ниже нуля градусов, и все титановые сплавы являются механически надежными при низких температурах как минимум вплоть до -100°С.
3. Наводораживание. Поглощение водорода и результирующее охрупчивание является ообщепризнанной опасностью для многих металлов в условиях их применения в морском нефте- и газопромысле. Оксидная пленка на титане обычно служит отличной преградой для водорода. Существуют условия, при которых возникает проблема наводораживания титана, однако этого можно избежать при правильном подходе к проектированию.
4. Сопротивление эрозии и кавитации. С помощью титана можно легко обеспечивать перемещение морской воды, текущей со скоростью вплоть до 30 м/сек. Присутствие абразивных частиц в воде обуславливает снижение максимально допустимой скорости, но любой титановый сплав будет по своим рабочим характеристикам превосходить большинство других материалов в тех условиях, при которых его оксидная пленка в случае ее повреждения будет автоматически восстанавливаться благодаря эффекту «самозалечивания». В тех случаях, когда имеются насосы достаточной мощности, скорости потока в системе титановых труб можно безопасно увеличивать, тем самым позволяя проектировать трубопроводы с трубами меньшего диаметра и меньшими радиусами загиба нитки. Выгодными последствиями использования титана являются экономия веса, пространства и затрат. В случае с титаном никакой защиты от эрозии на входе или выходе из трубопровода или в местах загиба нитки трубопровода не требуется.
5. Подходы к оценке затрат проекта. Не следует планировать бюджет для проекта титанового оборудования, исходя из стоимости по весу, особенно по весу стали или медных сплавов. Например, на стальных трубопроводах закладывается припуск на коррозию в размере 6 мм на сторону, учитывая при этом разницу в удельном весе титана и стали, то масса 1 п.м. трубы на Ду200 из титана составит 12,2 кг, а из стали 09Г2С 51,78 кг. Если к этому добавить экономию на эксплуатационных затратах за счет малого веса титановой конструкции и гарантированного длительного срока эксплуатации, то преимущества титана очевидны.
ВСМПО-АВИСМА для российских проектов
Корпорация ВСМПО-АВИСМА участвовала в крупнейших нефте- и газодобывающих проектах страны: переоснащение буровой плавучей станции «Приразломное» и строительство нефтедобывающего объекта «Обский-1» (титан применяется для подогревателя флюида с трубным пучком). Для проекта морской ледостойкой стационарной платформы (МЛСП) «Приразломное» Корпорация поставила под проект около 180 тонн титана, из них порядка 120 тонн – оборудование и элементы трубопроводов. Блок фильтров, предназначен для удаления взвешенных твердых частиц и органических частиц из морской воды Корпуса фильтров станции тонкой очистки для МПСП Приразломная
При строительстве буровых платформ наибольшая доля титана задействована для организации трубопроводных систем различного назначения. Корпорация может полностью обеспечить весь сортамент труб, необходимый для этих целей. Трубное производство ВСМПО оснащено мощным комплексом оборудования: гидравлическими прессами (усилием 20 000, 12 500, 3 500 тонн) для производства труб из алюминиевых сплавов, гидравлическими прессами (усилием 3 150 и 660 тонн) для производства труб и трубных заготовок, станом поперечно-винтовой прокатки ПВП 40-80
для производства горячекатаных труб, станом холодной прокатки труб ХПТ и ХПТР, волочильным станом, трубосварочным станом, а так же современными средствами ультразвукового контроля, токовихревого контроля, гидро- и пневматическими испытательными стендами.