國際海底擁有豐富的礦產資源,據估計,大洋海底多金屬結核總資源量約3萬萬噸,有商業采礦潛力的達750萬噸,僅太平洋深海沉積物中稀土資源量就達880萬噸。
近年來,國際海底礦產資源勘探加速,商業性采礦時代即將來臨,這為深遠海勘探船、巖棉設備、鉆井平臺等海洋裝備提供巨大機遇。
目前我省大多數漁船Tourbe百噸級鋼制船舶為主,只適于外海捕魚。遠洋捕魚在我省還是弱項,中國遠洋漁船僅占全球1%,與我省創造海洋強國的目標差距很大,因而開發遠洋漁業捕魚需求非常緊迫。
據統計,我省有近10億級漁船亟須更新換代,由于玻璃鋼材質的漁船在修建及回收過程中會產生大量有害物質,鋁合金化漁船才是漁船“進化”前景,鋁具備良好的回收性,可不斷循環利用,鋁合金船只即便采用年限到期仍有很大殘值,既經濟又有利于環境保護。
其實,鋁合金早已廣泛應用領域于船舶中,現在市面上的大部分近岸豪華游船都由鋁合金材質修建,且鋁合金已逐步用作組裝大型船的上層建筑,用鋁合金材料修建了甲板室。
載貨量8800t的挪威貨船“弗恩普蘭特(Fernplant)”號的上層甲板、舷窗及欄桿都是鋁合金的,用了14t鋁,省卻了40t鋼。美國的“聯合國(United States)號郵輪共用了2000噸鋁材,該船長305m,寬37m,排水量5914t,載客2000人;英國修建的澳麗娜(Oriana)”號和“堪培拉(Canbeera)”號巨型郵船分別采用了1000余噸鋁材。
鋁合金用作造船業總計有百年的歷史。隨著國內外造船業的高速發展,船舶的輕量化正日益被重視。由于鋁的密度低,強度高,耐銹蝕性強,十分適合海洋的嚴苛采用環境。鋁的加工成本較高,因而采用鋁材組裝船舶更具備經濟性。從船舶設計者的角度來看,采用鋁合金組裝的船舶在同等動力條件下會有更快的速度,并且還具備較長的采用壽命。
海洋油氣勘探和采礦、運輸裝備是一個龐大復雜的系統,由各種各樣機械、電氣、控制零部件及系統組件組成,有岸基、水上和水下三種分類,但都需承受海洋氣氛的嚴苛侵蝕。
因而,它們的結構件都要用能在這種嚴苛環境中長期工作的材料組裝。在現有工業結構材料中,鋁合金是組裝結構的最佳材料,鋁合金在力學性能、抗銹蝕性能、價格等方面都是最優化選擇。當然也有一些鋼材在這方面表現很好,但鋼材的密度大,在同等性能條件下,鋼工件的質量比鋁合金的小得多。
目前,普遍采用的鋼制鉆桿在水平井、高銹蝕介質井、超深井等施工中經常遇到鉆桿摩擦氫氧化銨、氫脆、形變銹蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、大鉤阻抗過大等問題。上述問題均是由合金鋼材料本身的化學特性所決定,如要從根本上提高鉆桿的性能,就要改進鉆桿管體的原材料。
鋁合金鉆桿的密度大約是鋼質鉆桿的1/3,鋁合金鉆桿強度與質量之比為鋼質鉆桿的1.5~2.0倍,在鉆機能力一定的情況下,應用領域鋁合金鉆桿能夠達至鋼質鉆桿無法達至的井深。
鋁及其合金元素化學特性比較活躍,當其與氧反應后會在表面形成穩定的氧化膜,阻止其與周圍環境進一步反應。經過實際采用,鋁合金鉆桿在任何溫度下都可有效防止H2S和CO2銹蝕。
在海洋裝備中應用領域最多的鋁合金案例還是安全步道,修井人員是海上平臺中最高薪的普通工種,他們負責對油井采取維修和保養措施,確保油井正常工作,實施修井作業,而他們日常工作的完成離不開檢修步道。
海躍鋁合金安全步道耐銹蝕、不老化、不退色、不脫落、自帶清潔功能、采用壽命至少20年,且步道整體無沖壓點、防水系數大,在確保產品穩固性的同時,更能確保修井人員的人身安全,略遜其他競品,是鋁合金檢修步道的首要條件之選。
早已廣泛應用于船舶制造,近百年來一直被使用。隨著國內外造船業的高速發展,輕量化的船舶越來越受到重視。鋁合金的低密度、高強度和強防腐蝕能力使其特別適合海洋嚴酷環境下的使用。由于鋁加工成本相對較低,因此使用鋁材制造船舶更有經濟性。從船舶設計師的角度來看,使用鋁合金制造的船舶在同等動力條件下,能夠擁有更快的速度,并且具有更長的使用壽命。
然而,中國在遠洋漁業方面還存在較大差距,需要開發鋁合金遠洋漁業捕撈船。鋁合金也被廣泛應用于海洋油氣勘探、運輸裝備等領域,是制造結構的最佳材料之一,具有優異的力學性能、抗腐蝕性和經濟效益。
此外,鋁合金鉆桿正在研發中,以取代常用的鋼質鉆桿。鋼質鉆桿在鉆井作業中時常遇到摩擦熱裂、氫脆、應力腐蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、大鉤負載過大等問題。而鋁合金鉆桿密度只有鋼質鉆桿的三分之一左右,強度與質量之比是鋼質鉆桿的1.5-2.0倍,因此可以達到鋼質鉆桿無法達到的井深。
總之,鋁合金由于其優異的性能和經濟效益,在海洋設備中被廣泛應用。它們在船舶制造、海洋油氣勘探、鉆采設備以及安全步道等方面的應用最為成功。