استخدامات مواد التيتانيوم في الهندسة البحرية

التيتانيوم مادة ذات خصائص فيزيائية ممتازة وخصائص كيميائية مستقرة. يتمتع التيتانيوم وسبائكه بقوة عالية وجاذبية نوعية منخفضة ومقاومة للتآكل بسبب مياه البحر وتآكل درجة حرارة المحيط، مما يمكنه تلبية متطلبات تطبيقات الناس في الهندسة البحرية. بعد سنوات من الجهود التي بذلها محترفو صناعة التيتانيوم وباحثو تطبيقات الهندسة البحرية، تم استخدام التيتانيوم على نطاق واسع في تطوير النفط والغاز البحري، وبناء الموانئ، ومحطات الطاقة الساحلية، وتحلية مياه البحر، والسفن، ومصايد الأسماك البحرية وتحويل الطاقة الحرارية البحرية. الآن، أصبح التيتانيوم للهندسة البحرية أحد المجالات الرئيسية لاستخدام التيتانيوم المدني. التطبيقات المحددة لمواد التيتانيوم في الهندسة البحرية هي:

1. تطوير النفط والغاز البحري:
منصة الحفر البحرية هي قاعدة عمل لتنفيذ استكشاف وتطوير النفط والغاز تحت الماء، مما يمثل تحسين المستوى الفني لتطوير النفط والغاز تحت الماء. تشمل معدات إنتاج النفط البحري بشكل أساسي منصات إنتاج النفط والمعدات المساعدة، بما في ذلك مبردات النفط الخام، ورافعات إنتاج النفط، والمضخات، والصمامات، والمفاصل والمشابك. هذه المعدات على اتصال بوسائل مثل الكبريتيد والأمونيا والكلور في مياه البحر والنفط الخام.

2. بناء الميناء:
تتميز مادة التيتانيوم بطبقة أكسيد لا يزيد سمكها عن 10 نانومتر على سطحها، وهي مستقرة للغاية في بيئة تآكلية وتتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل في الغلاف الجوي ومياه البحر والبيئة البحرية. وهي حاليًا المادة الخام التي يمكنها التكيف بشكل أفضل مع البيئات البحرية المختلفة.

3. محطات الطاقة الساحلية:
يعد الاستخدام الشامل لمياه البحر أحد المشاريع المهمة في الهندسة البحرية. يعد مكثف محطة الطاقة الساحلية جهازًا يستخدم كمية كبيرة من مياه البحر. التيتانيوم المستخدم في محطة الطاقة الساحلية هو التيتانيوم المستخدم في المكثف بشكل أساسي. نظرًا لأن المكثف يستخدم مياه البحر كمياه تبريد، وتحتوي مياه البحر على كمية كبيرة من الرواسب والمواد العالقة والكائنات البحرية والمواد المسببة للتآكل المختلفة، فإن الوضع أكثر خطورة في المياه المالحة حيث تتناوب مياه البحر ومياه النهر. تستخدم المكثفات التقليدية أنابيب سبائك النحاس، والتي غالبًا ما تتضرر بشدة بسبب التآكل المتنوع في مياه البحر. يتمتع التيتانيوم بمقاومة جيدة للتآكل في مياه البحر، وخاصة في مياه البحر الملوثة، ومقاومته للتآكل التآكلي عالي السرعة بارزة بشكل خاص.

4. جهاز تحلية مياه البحر:
من تطور تحلية مياه البحر في الداخل والخارج، هناك طريقتان رئيسيتان: التقطير والتناضح العكسي. الأولى هي تسخين مياه البحر لتبخيرها، ثم تكثيف البخار للحصول على مياه عذبة. والثانية هي الضغط على مياه البحر بحيث تمر المياه العذبة فيها عبر غشاء خاص، وتعترض الملح وتحصل على مياه عذبة. استخدمت أجهزة تحلية مياه البحر المبكرة سبائك النحاس والفولاذ الكربوني ومواد أخرى. نظرًا لأن هذه المواد ليست مقاومة لتآكل مياه البحر ولديها كفاءة إنتاج منخفضة، فقد تم استبدالها قريبًا بالتيتانيوم ذو مقاومة ممتازة لتآكل مياه البحر. في تحلية مياه البحر، يكون التطبيق الرئيسي للتيتانيوم هو أنبوب نقل الحرارة لسخان جهاز تحلية المياه.

5. السفن:
لقد اجتذب استخدام التيتانيوم في السفن الكثير من الاهتمام. تولي القوات البحرية وصناعة بناء السفن في مختلف البلدان أيضًا أهمية كبيرة لأبحاث استخدام التيتانيوم في السفن وقد طورت العديد من درجات سبائك التيتانيوم البحرية. يستخدم التيتانيوم وسبائكه على نطاق واسع في السفن، مثل أجزاء هيكل الهيكل، وسفن المسح في أعماق البحار، وهياكل الغواصات المقاومة للضغط، والأنابيب، والصمامات، والدفات، وإطارات العمود، والملحقات، والمراوح وأعمدة المروحة في أجهزة الدفع بالطاقة، والمبادلات الحرارية، والمبردات، وأغطية توجيه السونار للهيكل، وما إلى ذلك.

6. مصايد الأسماك البحرية: تحولت مصايد الأسماك البحرية من الصيد إلى التكاثر، وتم تربية الأسماك مثل سمك الأسد والسمك المفلطح والثعابين البحرية بشكل مصطنع. في تكنولوجيا التكاثر الاصطناعي، تُستخدم على نطاق واسع شبكات معدنية من التيتانيوم ومبادلات حرارية من أنابيب التيتانيوم للحفاظ على درجة حرارة معينة لمياه البحر.

7. تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات: تحتوي المحيطات على طاقة هائلة، مثل طاقة المد والجزر، وطاقة الأمواج، وطاقة فرق درجات الحرارة، وطاقة تيار المحيطات، وطاقة فرق الملوحة، وما إلى ذلك. ومع النقص المتزايد في الطاقة العالمية، سيهتم الناس أكثر بتطوير واستخدام طاقة المحيطات. وقد تمت دراسة وتطوير مشاريع توليد الطاقة من فرق درجات الحرارة وتوليد الطاقة من المد والجزر. ويتلخص مبدأ توليد الطاقة الحرارية الكهربائية في استخدام مياه البحر ذات درجة الحرارة الأعلى على سطح المحيط لتحويل الأمونيا أو الفريون إلى غاز، ودفع التوربينات للدوران وتوليد الكهرباء، ثم استخدام مياه البحر ذات درجة الحرارة المنخفضة في أعماق البحار لتبريد الأمونيا أو الفريون المحول إلى غاز، وتشكيل نظام محرك حراري مستمر الدوران.