Titânio para aplicações offshore e marítimas

Em todos os campos da engenharia, especialmente nos setores marítimo e offshore, projetistas, fabricantes e usuários finais estão mais preparados do que nunca para considerar o titânio para uma gama cada vez maior de aplicações. Hoje, com vários milhares de toneladas de titânio em serviço offshore, noções antigas - e falsas - sobre custo, disponibilidade e fabricação têm menos probabilidade do que nunca de prejudicar os engenheiros que podem ver claramente por si próprios todos os excelentes benefícios que o titânio traz para a marinha e operações offshore. O titânio não é um metal “exótico”, é relativamente barato e amplamente disponível. Um grande número de fornecedores e fabricantes fornecem regularmente componentes e equipamentos a preços que enfatizam que o metal é mais fácil e mais barato de fabricar e soldar do que a maioria dos aços-liga e ligas de níquel. O fato é que para aplicações em água do mar não existe outro material que se aproxime, econômica ou tecnicamente, do desempenho oferecido pelo titânio.

O titânio é tão forte quanto o aço, mas 45% mais leve. A alta resistência, baixa densidade e resistência à corrosão do titânio contribuem positivamente para a redução de custos. A redução de peso é de grande importância para plataformas offshore. Uma redução de peso de uma tonelada na superfície economiza mais de £ 100,000, NOK 1 milhão, em aço na jaqueta submarina. Todo o peso em plataformas semi-submersíveis, incluindo plataformas de pernas tensionadas (TLPs), é igualmente crítico. A redução no peso suspenso pode ser acompanhada por uma redução de peso de 3 a 5 vezes na estrutura da plataforma, flutuação e sistema de amarração. Em balsas rápidas, a redução de peso é um fator crítico que contribui para o aumento da carga útil e da velocidade com redução do consumo de combustível.

O titânio não requer tolerância à corrosão, portanto o equipamento pode ser projetado para satisfazer os requisitos mínimos de resistência mecânica e manuseio. A excelente resistência à corrosão do titânio, mesmo em água do mar altamente poluída, fluidos produzidos em alto mar e todos os fluidos não produzidos, exceto alguns não produzidos, é devida à película de óxido estável, tenaz e permanente do metal. Na água do mar corrente ou estática em temperaturas de até 130 graus, as superfícies de titânio são imunes à corrosão e resistem à erosão em condições que causam rápida deterioração de outros metais e ligas comumente usados. O titânio é imune à corrosão em frestas até pelo menos 70 graus na água do mar, condições nas quais alguns aços inoxidáveis ​​são limitados a 10 graus.

As lições dos erros dispendiosos cometidos no passado na seleção de ligas menos utilizáveis ​​para tarefas resistentes à corrosão foram bem aprendidas. No mar, o custo de substituição é várias vezes superior ao de uma instalação onshore semelhante. Da mesma forma, as sanções são cada vez maiores para os navios militares e comerciais por falhas de equipamento e interrupções não programadas.

A especificação do titânio desde o início, juntamente com um projeto, fabricação, instalação e uso econômicos, é um elemento fundamental para um desempenho seguro e confiável. Isto aplica-se tanto aos navios e outras embarcações, onde a elevada disponibilidade e os custos de manutenção reduzidos são um requisito essencial, como às instalações offshore que estão planeadas para uma vida útil de até 70 anos. O titânio será frequentemente competitivo no primeiro custo, mas proporcionará de forma confiável o menor custo de propriedade e sempre será o vencedor no concurso de custo do ciclo de vida.

Desempenho de corrosão de ligas de titânio em água do mar natural e poluída em relação a outras ligas

1. Dependente do nível de poluição/química da água do mar
2. Graus 7,11,12, 16,17,20,21,24, 28,29 resistentes a pelo menos 200 graus
3. O Grau 5 padrão tem suscetibilidade finita, o Grau 23 (ELI) melhorou os valores de K1SCC

TITANIUM OFFSHORE – APLICAÇÕES ATUAIS

O número e a variedade de aplicações offshore de titânio e ligas de titânio continuam a aumentar. De apenas algumas centenas de quilos em sistemas de cloração e trocadores de calor há vinte anos, o consumo total agora se aproxima de três mil toneladas, principalmente como água do mar e sistemas de gerenciamento de fluidos de processo e trocadores de calor. Estas principais aplicações são complementadas por uma ampla gama de tarefas diversas, muitas delas críticas para a operação e segurança da plataforma.

Engenheiros offshore preocupados com falhas contínuas de aço inoxidável e ligas à base de cobre designadas para uso em água do mar têm se voltado cada vez mais para o titânio. O titânio está disponível a preços competitivos e estáveis ​​e tem havido um crescimento da experiência e capacidade da indústria de fabricação para fornecer uma ampla gama de produtos de titânio, especialmente tubos e acessórios e sistemas exigidos pelas indústrias marítima e offshore. Há muito que existe um grupo maduro de fabricantes de titânio nos países da CE, servindo as centrais químicas, petroquímicas e energéticas europeias, bem como o crescente mercado de aplicações offshore. Desde 1990, cerca de quinze fabricantes noruegueses desenvolveram a capacidade de fornecer titânio, levando apenas um tempo relativamente curto para se tornarem qualificados em todos os aspectos de usinagem, dobra e soldagem. O desenvolvimento da dobra a frio de tubulações de titânio de paredes finas proporcionou um avanço na competitividade geral dos sistemas de titânio.

Aplicações offshore selecionadas de titânio

Devido à alta resistência, alta tenacidade e excepcional resistência à erosão/corrosão, o titânio também está sendo usado atualmente para:

• Válvulas de esfera submarinas
• Bombas de incêndio
• Trocadores de calor
• Materiais de casco para submersíveis em águas profundas
• Sistemas de propulsão a jato de água
• Eixos de hélice e hélices
• Revestimentos da chaminé de exaustão
• Armadura Naval
• Manipuladores subaquáticos
• Fixadores de alta resistência
• Acessórios para iates
• Embarque de sistemas de refrigeração e tubulação
• Muitos outros componentes em projetos de navios.

O primeiro barco de pesca todo em titânio foi lançado no Japão em 1998. Pesando 4,6 toneladas, o navio de 12,5 m (41 pés) de comprimento pode viajar a 30 nós com maior eficiência de combustível. As economias de custos operacionais incluem a ausência de necessidade de pintura do casco e a remoção mais fácil de bioincrustações. A degradação progressiva dos cascos dos barcos de fibra de vidro por sujidades e limpezas repetidas é uma penalidade constante para a frota pesqueira costeira japonesa.

SISTEMAS DE ALTA PRESSÃO

Tubulação riser, juntas de tensão cônica, tubos e revestimentos de produção, linhas de fluxo e sistemas similares de alta pressão fornecem aplicações onde, à medida que os requisitos de vida útil são estendidos e as demandas operacionais e de segurança se tornam mais exigentes, o titânio pode superar o desempenho do aço e dos tubos flexíveis não colados. O conceito de utilização de titânio em tais aplicações não é novo.

Uma junta de tensão cônica em escala real foi fornecida ao Golfo do México para a Placid Oil no campo Green Canyon em 1987. A junta foi recuperada em 1989. Apesar da brevidade deste período de serviço, a instalação não faltou nada das condições de teste mais severas. , sendo exposto a cargas de ondas de 100 anos através da ocorrência das correntes de loop do Golfo que persistiram por mais de duas semanas durante 1988. A junta de liga de titânio sobreviveu sem qualquer dano e após um período de armazenamento foi reformada e instalada offshore para Ensearch ( Garden Banks) em julho de 1995. Um total de quinze juntas de tensão cônica Ti-6Al-4V foram entregues para o campo Oryx Neptune.
As juntas de tensão cônica de titânio (TSJ) têm normalmente de metade a um terço do comprimento, um quarto do peso e são mais baratas do que suas contrapartes funcionais em aço.

O titânio é preferido em relação aos tubos flexíveis não colados, mais pesados ​​e mais caros, onde:

• O carregamento de peso na embarcação ou plataforma é crítico
• Pressão e temperatura do lado da produção<125°C
• Diâmetros de tubo maiores
• Limitações de colapso em águas profundas
• A confiabilidade do desempenho e a longa vida útil são essenciais.

O titânio é preferido em relação às tubulações de aço mais pesadas, mais rígidas e menos resistentes à corrosão, onde:

• Os movimentos da embarcação são grandes e o estado do mar é severo
• Fadiga e tensões de flexão são um problema potencial
• A fadiga por vibração induzida por vórtices é um problema potencial
• O carregamento de peso na embarcação ou plataforma é crítico
• Águas rasas colocam altas cargas de curvatura em risers de aço
• São produzidos fluidos corrosivos, salmoura quente e ácidos.

As descobertas contínuas de campos de petróleo e gás offshore em águas profundas colocam maior ênfase no desenvolvimento de uma solução técnica e econômica de longo prazo para materiais de tubos riser. O interesse está concentrado no titânio por sua relação favorável de resistência e peso, flexibilidade e baixa densidade. O titânio não influenciará, interagirá ou contaminará o ambiente marinho natural.

Minimizar o peso é uma questão cada vez mais crítica para plataformas flutuantes à medida que a profundidade da água aumenta. O desenvolvimento de risers compostos usando um revestimento de titânio de espessura reduzida em conjunto com reforço de fibra marca um movimento em direção a uma maior redução de peso em comparação com todos os sistemas metálicos

O primeiro riser de liga de titânio (Ti-6Al-4V ELI – ASTM Grau 23) do mundo é o riser de perfuração de 400 metros de comprimento na plataforma de perna de tensão Heidrun. O titânio proporciona uma redução substancial do peso superior, redução dos requisitos de tensionamento e a eliminação de elementos de flutuação e das dispendiosas e pesadas juntas flexíveis, ambas tradicionalmente usadas com risers de perfuração de aço. O grau 23 também é a liga indicada para o catenário suspenso livre de 711 mm (28 polegadas de diâmetro x 670 m (2.200 pés) de comprimento, combinado para exportação de gás e riser de lançamento de porco de superfície para a plataforma Asgard. Aumento de temperatura e pressão (o riser de perfuração Heidrun é classificado a 31 MPa (4.500 psi)), e a expectativa de que o gás e o óleo extraídos se tornarão "azedos" no longo prazo tornam o titânio uma opção muito atraente. Os tubos flexíveis não colados existentes não podem tolerar as temperaturas mais altas previstas do produto ou os ciclos térmicos. A gama de ligas de titânio inclui a capacidade de suportar temperaturas de produtos superiores a 200 graus, e a ciclagem térmica não é um problema.

A capacidade de reciclar tubos riser usados ​​com um valor de recuperação relativamente alto no final de sua vida útil planejada é mais um bônus na equação favorável do custo do ciclo de vida do titânio.