Titanium untuk Aplikasi Lepas Pantai dan Kelautan

Di semua bidang teknik, terutama di sektor kelautan dan lepas pantai, perancang, perakit, dan pengguna akhir sudah lebih siap untuk mempertimbangkan titanium untuk cakupan aplikasi yang terus meluas. Saat ini, dengan adanya beberapa ribu ton titanium yang digunakan di lepas pantai, gagasan lama – dan salah – mengenai biaya, ketersediaan, dan fabrikasi semakin kecil kemungkinannya untuk berprasangka buruk kepada para insinyur yang dapat melihat dengan jelas sendiri semua manfaat luar biasa yang diberikan titanium bagi sektor kelautan dan kelautan. operasi lepas pantai. Titanium bukanlah logam 'eksotis', harganya relatif murah dan tersedia secara luas. Sejumlah besar pemasok dan perakit secara teratur memasok komponen dan peralatan dengan harga yang menekankan bahwa logam tersebut lebih mudah dan lebih murah untuk dibuat dan dilas dibandingkan kebanyakan baja paduan dan paduan nikel. Faktanya adalah bahwa untuk aplikasi air laut tidak ada material lain yang dapat mendekati, secara ekonomi atau teknis, kinerja yang ditawarkan oleh titanium.

Titanium sekuat baja, namun 45% lebih ringan. Kekuatan tinggi, kepadatan rendah dan ketahanan korosi dari titanium berkontribusi positif terhadap pengurangan biaya. Penghematan berat sangat penting untuk platform lepas pantai. Pengurangan berat satu ton bagian atas menghemat lebih dari £100,000, NOK 1 juta, pada baja pada jaket bawah laut. Seluruh beban pada platform semi submersible termasuk platform kaki tegangan (TLP) juga sama pentingnya, pengurangan beban gantung dapat diimbangi dengan pengurangan beban 3 Р5 kali lipat pada struktur platform, sistem flotasi dan tambatan. Pada feri cepat, pengurangan bobot merupakan faktor penting yang berkontribusi terhadap peningkatan muatan dan kecepatan dengan pengurangan konsumsi bahan bakar.

Titanium tidak memerlukan ketahanan korosi sehingga peralatan dapat dirancang untuk memenuhi persyaratan minimum untuk kekuatan mekanik dan penanganan. Ketahanan korosi yang luar biasa dari titanium bahkan dalam air laut yang sangat tercemar, cairan yang diproduksi di lepas pantai, dan semua cairan kecuali beberapa cairan yang tidak diproduksi disebabkan oleh lapisan oksida logam yang stabil, ulet, dan permanen. Dalam air laut yang mengalir atau statis pada suhu hingga 130 derajat, permukaan titanium kebal terhadap korosi dan menahan erosi dalam kondisi yang menyebabkan kerusakan cepat pada logam dan paduan lain yang biasa digunakan. Titanium kebal terhadap korosi celah hingga setidaknya 70 derajat di air laut, kondisi di mana beberapa baja tahan karat dibatasi hingga 10 derajat.

Pelajaran dari kesalahan mahal di masa lalu yang dilakukan dalam pemilihan paduan yang kurang bisa diservis untuk tugas tahan korosi telah dipelajari dengan baik. Di luar negeri, biaya penggantiannya beberapa kali lipat dibandingkan fasilitas serupa di darat. Demikian pula hukuman yang semakin meningkat terhadap kapal militer dan komersial karena kegagalan peralatan dan pemadaman yang tidak terjadwal.

Spesifikasi titanium sejak awal, ditambah dengan desain, fabrikasi, pemasangan, dan penggunaan yang hemat biaya merupakan elemen mendasar dalam kinerja yang aman dan andal. Hal ini juga berlaku untuk kapal dan kapal lainnya, yang memerlukan ketersediaan tinggi dan pengurangan biaya pemeliharaan, seperti halnya instalasi lepas pantai yang direncanakan memiliki masa pakai hingga 70 tahun. Titanium sering kali bersaing dalam hal biaya pertama, namun dapat diandalkan dalam memberikan biaya kepemilikan terendah dan selalu menjadi pemenang dalam kontes biaya siklus hidup.

Kinerja Korosi Paduan Titanium di Air Laut Alami dan Tercemar Dibandingkan Paduan Lainnya

1. Tergantung pada tingkat pencemaran/kimia air laut
2. Kelas 7,11,12, 16,17,20,21,24, 28,29 tahan terhadap setidaknya 200 derajat
3. Standar Kelas 5 memiliki kerentanan terbatas, Kelas 23 (ELI) telah meningkatkan nilai K1SCC

TITANIUM OFFSHORE – APLIKASI SAAT INI

Jumlah dan variasi penerapan titanium dan paduan titanium di lepas pantai terus meningkat. Dari hanya beberapa ratus kilo dalam sistem klorinasi dan penukar panas dua puluh tahun yang lalu, total konsumsi kini mendekati tiga ribu ton, terutama untuk sistem pengelolaan air laut dan fluida proses serta penukar panas. Aplikasi-aplikasi utama ini dilengkapi dengan berbagai macam tugas, banyak di antaranya penting untuk pengoperasian dan keselamatan platform.

Insinyur lepas pantai yang prihatin dengan kegagalan yang terus terjadi pada baja tahan karat dan paduan berbahan dasar tembaga yang ditujukan untuk penggunaan air laut semakin banyak yang beralih ke titanium. Titanium tersedia dengan harga yang kompetitif dan stabil dan telah mendukung pertumbuhan pengalaman industri fabrikasi dan kemampuan untuk memasok berbagai macam produk titanium, khususnya pipa dan alat kelengkapan serta sistem yang dibutuhkan oleh industri kelautan dan lepas pantai. Pabrikan titanium yang sudah matang telah lama ada di Negara-negara Uni Eropa, melayani industri kimia, petrokimia, dan pembangkit listrik Eropa serta pasar aplikasi lepas pantai yang sedang berkembang. Sejak tahun 1990, sekitar lima belas perakit Norwegia telah mengembangkan kemampuan untuk memasok titanium, hanya membutuhkan waktu yang relatif singkat untuk menjadi terampil dalam semua aspek permesinan, pembengkokan, dan pengelasan. Perkembangan pembengkokan dingin pada pipa titanium berdinding tipis telah memberikan terobosan dalam daya saing sistem titanium secara keseluruhan.

Aplikasi Titanium Lepas Pantai Terpilih

Karena kekuatan tinggi, ketangguhan tinggi dan ketahanan erosi/korosi yang luar biasa, titanium juga saat ini digunakan untuk:

• Katup bola bawah laut
• Pompa kebakaran
• Penukar panas
• Bahan lambung untuk kapal selam laut dalam
• Sistem propulsi jet air
• Poros baling-baling dan baling-baling
• Lapisan tumpukan knalpot
• Armor Angkatan Laut
• Manipulator bawah air
• Pengencang berkekuatan tinggi
• Perlengkapan kapal pesiar
• Kapal sistem pendingin dan perpipaan
• Banyak komponen lain dalam desain kapal.

Kapal penangkap ikan berbahan titanium pertama diluncurkan di Jepang pada tahun 1998. Dengan berat 4,6 ton, kapal sepanjang 12,5 m (41 kaki) ini dapat melaju dengan kecepatan 30 knot dengan peningkatan efisiensi bahan bakar. Penghematan biaya operasional mencakup tidak perlunya pengecatan lambung kapal dan penghapusan bio-fouling dengan lebih mudah. Degradasi progresif lambung kapal serat kaca akibat pengotoran dan pembersihan yang berulang-ulang merupakan hukuman berkelanjutan bagi armada penangkapan ikan di perairan pantai Jepang.

SISTEM TEKANAN TINGGI

Perpipaan riser, sambungan tegangan lancip, tubular dan liner produksi, jalur aliran, dan sistem tekanan tinggi serupa menyediakan aplikasi di mana, seiring dengan bertambahnya persyaratan masa pakai dan tuntutan operasional serta keselamatan menjadi lebih menuntut, titanium dapat mengungguli pipa fleksibel baja dan tidak terikat. Konsep penggunaan titanium dalam aplikasi semacam itu bukanlah hal baru.

Sambungan tegangan lancip skala penuh dipasok ke Teluk Meksiko untuk Placid Oil di ladang Green Canyon pada tahun 1987. Sambungan tersebut diambil pada tahun 1989. Meskipun periode layanan ini singkat, instalasi tersebut tidak kekurangan kondisi pengujian yang paling parah. , terkena pembebanan gelombang selama 100 tahun melalui terjadinya arus lingkar Teluk yang berlangsung selama lebih dari dua minggu pada tahun 1988. Sambungan paduan titanium bertahan tanpa kerusakan apa pun, dan setelah periode penyimpanan diperbarui dan dipasang di lepas pantai untuk Ensearch ( Garden Banks) pada bulan Juli 1995. Total lima belas sambungan tegangan lancip Ti-6Al{-4V telah dikirimkan untuk ladang Oryx Neptune.
Sambungan tegangan lancip titanium (TSJ) biasanya memiliki panjang setengah hingga sepertiga, seperempat berat, dan lebih murah dibandingkan sambungan fungsionalnya pada baja.

Titanium lebih disukai daripada pipa fleksibel tidak terikat yang lebih berat dan lebih mahal dimana:

• Pemuatan beban pada kapal atau platform sangatlah penting
• Tekanan dan suhu sisi produksi<125°C
• Diameter pipa lebih besar
• Runtuhnya batasan di perairan dalam
• Keandalan kinerja dan masa pakai yang lama sangat penting.

Titanium lebih disukai daripada pipa baja yang lebih berat, lebih kaku, dan kurang tahan korosi karena:

• Pergerakan kapal sangat besar dan kondisi laut sangat buruk
• Kelelahan dan tegangan lentur merupakan masalah potensial
• Kelelahan akibat getaran akibat pusaran merupakan masalah potensial
• Pemuatan beban pada kapal atau platform sangatlah penting
• Perairan dangkal memberikan beban tekukan yang tinggi pada riser baja
• Air garam panas dan asam yang korosif dihasilkan.

Penemuan ladang minyak dan gas lepas pantai perairan dalam yang terus berlanjut memberikan penekanan yang lebih besar pada pengembangan solusi teknis jangka panjang dan hemat biaya untuk material pipa riser. Minat terkonsentrasi pada titanium karena rasio bobot kekuatan, fleksibilitas, dan kepadatannya yang rendah. Titanium tidak akan mempengaruhi, berinteraksi atau mencemari lingkungan alami laut.

Meminimalkan bobot merupakan masalah yang semakin penting bagi platform terapung seiring dengan meningkatnya kedalaman air. Pengembangan riser komposit yang menggunakan lapisan titanium dengan ketebalan yang lebih kecil ditambah dengan penguatan serat menandai pergerakan menuju pengurangan bobot lebih lanjut dibandingkan dengan semua sistem logam.

Riser paduan titanium (Ti-6Al{-4V ELI – ASTM Grade 23) pertama di dunia adalah riser pengeboran sepanjang 400 meter pada platform kaki tegangan Heidrun. Titanium menghasilkan pengurangan berat bagian atas secara substansial, pengurangan persyaratan tegangan, dan penghapusan elemen daya apung serta sambungan fleksibel yang mahal dan rumit, keduanya secara tradisional digunakan dengan riser pengeboran baja. Grade 23 juga merupakan paduan yang dinominasikan untuk ekspor gas gabungan caterner gantung bebas sepanjang 711 mm (diameter 28 inci x 670 m (2.200 kaki) dan riser peluncuran babi permukaan untuk platform Asgard. Peningkatan suhu dan tekanan, (riser pengeboran Heidrun dinilai hingga 31 MPa (4500 psi)), dan perkiraan bahwa gas dan minyak yang diekstraksi akan menjadi 'asam' dalam jangka panjang menjadikan titanium pilihan yang sangat menarik. Pipa fleksibel tidak terikat yang ada tidak dapat mentolerir perkiraan suhu produk atau siklus termal yang lebih tinggi. Kisaran paduan titanium mencakup kemampuan untuk menangani suhu produk yang melebihi 200 derajat, dan siklus termal tidak menjadi masalah.

Kemampuan untuk mendaur ulang pipa riser bekas dengan nilai pemulihan yang relatif tinggi di akhir masa pakainya yang direncanakan merupakan bonus lebih lanjut dalam persamaan biaya siklus hidup yang menguntungkan untuk titanium.