海上平臺(tái)用于開采和加工處理海底的油氣資源，它們相當(dāng)于一個(gè)海上化工廠。海上平臺(tái)配備有包括發(fā)電、海水淡化、生活設(shè)施等在內(nèi)的全套自給自足的裝備，而且所有設(shè)備體積要盡量地壓縮，占用最小的空間。為了縮小支撐和錨固裝置的尺寸，還要最大程度地減輕平臺(tái)的重量。除油氣開采加工設(shè)備外，平臺(tái)上還需要數(shù)英里長(zhǎng)的管道來輸送油氣。管道通過法蘭連接，需要使用大量的螺栓，而過去用的是熱浸鍍鋅鋼的螺栓。

石油平臺(tái)的選材

挪威石油公司Statoil正在開發(fā)挪威大陸架的Johan Sverdrup油田。它是該地區(qū)近年來發(fā)現(xiàn)的最大油田之一，到2022年二期工程全面完工，該油田將成為北海最大的產(chǎn)油基地。油田預(yù)期壽命為50年，較長(zhǎng)的預(yù)期壽命以及對(duì)平臺(tái)提出的輕便緊湊這一要求，為平臺(tái)構(gòu)件、設(shè)備和管道的選材提出了高標(biāo)準(zhǔn)。

Johan Sverdrub石油平臺(tái)計(jì)劃2019年投產(chǎn) © Statoil

該公司在北海其它油田的經(jīng)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)螺栓的腐蝕現(xiàn)象很嚴(yán)重，熱浸鍍鋅鋼緊固件的使用壽命有限。鍍鋅保護(hù)層的壽命一般是8-10年，超過這個(gè)時(shí)間，鋼緊固件本身即發(fā)生腐蝕。所以，這類緊固件在海洋環(huán)境下的總壽命只有15年。而只有完好無損的緊固件才能保證海上平臺(tái)龐大復(fù)雜的管道系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，并確保海洋保證環(huán)境的安全，緊固件的重要性是毋庸置疑的。

在惡劣的海洋環(huán)境下，平臺(tái)上的熱浸鍍鋅螺栓腐蝕嚴(yán)重 © Statoil

由于緊固件的極端重要性，以及老舊海上平臺(tái)的有效壽命隨著技術(shù)進(jìn)步和石油開采水平的提高而延長(zhǎng)，成千上萬的緊固件到了使用壽命時(shí)必須被更換。

更換任務(wù)十分繁重，投資巨大而且影響平臺(tái)的正常運(yùn)行。為了避免未來再發(fā)生類似的問題，Statoil公司將舊平臺(tái)上的熱浸鍍鋅螺栓全部更換成超級(jí)雙相不銹鋼螺栓。

Johan Sverdrup項(xiàng)目的設(shè)計(jì)壽命是50年，從開始就指定采用雙相不銹鋼。所選用的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼用于各種結(jié)構(gòu)部件如電纜橋架、管道支撐裝置及其它非高溫環(huán)境中的二級(jí)構(gòu)件。其優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、維護(hù)少和重量輕。輕量化是控制平臺(tái)建造成本的關(guān)鍵，平臺(tái)上部越重，對(duì)起重船的起重能力要求越高，使平臺(tái)的建造成本大幅增加。反之，減輕上部重量，下面支撐結(jié)構(gòu)可以更小更輕，建造成本也會(huì)降低。

Johan Sverdrup平臺(tái)導(dǎo)管架安裝中  © Jan Arne Wold/Statoil

標(biāo)準(zhǔn)2205雙相不銹鋼用于冷凝管和油氣管，超級(jí)雙相合金用于沉箱、海水管道和臍管。這個(gè)項(xiàng)目用到多種規(guī)格的雙相不銹鋼管，直徑從50mm-500mm不等。連接法蘭接頭的超級(jí)雙相鋼緊固件直徑為12-36mm。

不同規(guī)格的超級(jí)雙相鋼螺栓螺母  © Bumax

超級(jí)雙相不銹鋼

超級(jí)雙相合金強(qiáng)度高，對(duì)多種不同形式的腐蝕有非常好的耐蝕性。超級(jí)雙相不銹鋼優(yōu)異的耐腐蝕性很大程度要?dú)w功于其所含有的3.5%的鉬。因此，超級(jí)雙相不銹鋼適合用于海水環(huán)境、氯化物含量高的液體和酸性化學(xué)品加工。它們正越來越多地用于油氣、海水淡化、發(fā)電、海洋工程及其它腐蝕環(huán)境。

雙相不銹鋼和超級(jí)雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度是固溶退火奧氏體不銹鋼304或316的2倍，比海上平臺(tái)常用的經(jīng)加工硬化處理的304和316的強(qiáng)度要高。并且它們?cè)?80℃的溫度下具有良好的延展性和韌性，是北冰洋或北極極地應(yīng)用重點(diǎn)考慮的材料。

超越油田走向未來

超級(jí)雙相不銹鋼緊固件除了用于油氣田外，最近還用于能源項(xiàng)目如海上風(fēng)力發(fā)電。位于北海的Greater Gabbaard風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，距英格蘭海岸23公里，140個(gè)海上風(fēng)力渦輪機(jī)全部采用UNS S32760超級(jí)雙相不銹鋼緊固件。同樣位于北海的Humber Gateway風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，使用了超過5萬個(gè)超級(jí)雙相不銹鋼螺栓來固定渦輪機(jī)部件。海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)運(yùn)行過程中所遇到的問題與海上油田一樣：腐蝕性海洋環(huán)境，需要通過高強(qiáng)度合金減輕重量、使效率最大化和防范環(huán)境災(zāi)害。

 超級(jí)雙相鋼螺栓也用于海上風(fēng)力渦輪機(jī) © West Special Fasteners

海上技術(shù)正在不斷發(fā)展，以更高的效率、更好的安全性和更加環(huán)保的方式滿足世界的能源需求。與此同時(shí)，各種類型的雙相不銹鋼已經(jīng)成為設(shè)計(jì)決策中越來越重要的因素。雙相不銹鋼對(duì)多種腐蝕均具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、強(qiáng)度高、延展性和韌性良好。因此，它們使用壽命長(zhǎng)而所需維護(hù)極少，可實(shí)現(xiàn)輕量化，高性價(jià)比的設(shè)計(jì)，從投資回報(bào)看，不僅可收回較高的初始投資，還獲得超額回報(bào)。雙相不銹鋼含鉬，鉬元素賦予了材料獨(dú)特的性能，使這些高端不銹鋼材料廣受青睞。

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