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产学研融用合作共赢创新机制 打造钛合金领域新高地

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-09-28   浏览次数:47
核心提示:钛合金以其优异性能,已广泛应用于航空、航天、船舶、化学化工、医疗、海洋工程和石油石化等各个领域,引起了全球研究者拓展钛合
 钛合金以其优异性能,已广泛应用于航空、航天、船舶、化学化工、医疗、海洋工程和石油石化等各个领域,引起了全球研究者拓展钛合金应用领域的研发热潮。为了更加适应世界高科技发展趋势与国家发展战略新兴产业需要,抢抓机遇,特别是十四五规划机遇期。9月24日,恒祥集团旗下河北恒祥-北科工研钛合金材料及装备制造研究院(简称:研究院)挂牌仪式在北京科技大学昌平校区举行。
  
  开辟钛管在石油行业的应用
  “我国钛资源丰富,钛铁矿储量达2亿吨,占全球储量28%,排名全球第一,钛合金以其优异的抗腐蚀性能,近年来开始逐渐应用于高含硫环境中。”中石油集团石油管工程技术研究院研究员、一级专家、国务院政府特贴专家教授宋生印表示,随着探勘开发向更深、更苛刻腐蚀环境方向发展,未来钛材料在石油行业的应用市场会更加广阔。
  宋生印表示,石油行业是大量消耗钢管的行业,据统计,最多的一年,仅油井管就消耗了350万吨。石油行业深井、超深井和腐蚀井非常多,石油井管服役条件十分复杂和严酷,特别是深井超深井越来越多,传统油井管强度余量太少,一旦遇到复杂情况难以圆满解决,而钛合金的密度只有4.5克/立方厘米左右,具有强度高、耐蚀性极好、疲劳寿命长等特点,不仅能解决深井的载荷和寿命短的问题,而且能耗也比较小。此外,一些酸性油气田的集输管网也会用到钛合金管材。因此,钛合金管已成为未来重点发展方向之一。
  
  钛合金应用于天然气勘探开发前景广阔
  钛合金除了应用于石油行业,还在天然气勘探开发方面有很好的应用。钛合金具有低密度、高比强度、优异的耐蚀性及抗冲击性能、较高的经济性等特征,与其他金属材料相比具有明显优势。尽管应用于油气勘探开发领域时存在耐蚀局限性、腐蚀电位高等方面的问题,但钛合金钻杆、油套管、输送管线等已在积极研发并投入试验。随着钛合金成本的不断降低以及加工制造技术的发展,其在天然气勘探开发中的应用将会越来越广阔。
  “钛合金钻杆在超深井、大位移井中也有应用。由于钛合金密度低,可降低大钩载荷 30 %,降低扭矩 30 %~40 %,显著提高钻具的拉力余量与安全系数,提高处理事故复杂能力。”宋生印表示。
  宋生印表示,我国的天然气资源中大部分都是含硫气田。高腐蚀性油气田的开发已成为石油天然气工业面临的重大难题。因此,选取优质的耐腐蚀材料作管材已成为主导趋势。钛合金以其优异的抗腐蚀性能,近年来开始逐渐应用于高含硫环境中。特别是工况条件比较恶劣, Cl-和 H2S含量很高,一般的不锈钢,甚至是镍基合金都会发生腐蚀的情况下。通过多年的研制,目前已经形成与普通钢材对应的油套管用钛合金材料。钛合金油管力学性能与镍基合金油管力学性能相当,接头强度达到标准 ISO10400 对 P110 钢级的要求。
  “由于钛合金管易于弯曲,并具有极高的抗海浪冲击和平台移动造成的动态应力腐蚀疲劳强度,钛合金管抗应力腐蚀疲劳强度比现用碳钢高10倍以上,同时铺设海管时钛合金管适应铺设过程中的弯曲变形工况。钛合金输送管线焊接性能良好,单面焊接双面成型技术保证焊缝均匀可靠,并且钛合金输送管线机械性能优异,通过管体拉伸力学性能测试、示波冲击试验、管体压扁试验、断裂韧度 KIC 测试。”宋生印表示。
  此外,宋生印还表示,钻井平台使用钛合金作为隔水管,可降低提升力,省去巨大的柔性接头,系统成本降低,预计服务年限可达25 年之久。除此之外,海洋钻井平台上冷却系统中的热交换器使用了钛制管状冷却装置;各种类型的泵 (如深井泵、离心泵)均采用了铸钛泵体和钛合金叶轮;各种阀门及其他管件配件也采用了钛制品,减少了维护工作量。    
  宋生印说,希望相关钛企业从钛及钛合金加工制作向核心技术研发方向转型升级,积极开阔视野、抢抓机遇,相互协作,携手攻破钛合金“制管”等核心技术问题,开辟钛管在石油行业应用的广阔天地。
  
  产学研融用合作共赢创新机制
  研究院的成立,将加快推进河北恒祥在钛合金材料研究制备技术进步、产业提升以及技术成果的转化落地,依托北京科技大学工程技术研究院在高效轧制、工艺装备、控制系统成套、智能制造等领域的优势,充分利用北科大人才和河北恒祥产线及装备资源,形成产学研融用合作共赢的创新机制。
  会上,北京科技大学工程技术研究院(简称:北科工研),中国建材行业联合会钛材料分会、中石油集团石油管工程技术研究院、泰纳瑞斯全球服务有限公司中国公司、中国石油集团渤海钻探工程管具与井控技术服务公司、中国航天科工集团飞航技术研究院、美国凯雷基金中国公司、深圳华洋投资控股集团、河北恒祥石油装备科技有限公司等单位有关领导出席此次挂牌仪式。
  

  本次活动由北科工研院教授余伟主持,他表示,期待此次研究院的成立能够为钛合金管道领域的深入研究及科研转化提供新的契机。
  
  “钛合金无缝管开发工作,目前产品已经进入最终研发阶段,并可实现批量生产阶段,管材成材率Max92%,屈服强度880Mpa、抗拉强度975MPa、延伸率16-17%、20℃冲击功Kv2均值43.4-43.9、并将根据市场需求,进行适应性改进,最大程度满足用户不同材质需求,以低成本、高效率加工工艺回报客户和社会。搭建行业标准。”余伟表示。
  余伟介绍,钛合金无缝管是高压、高温和高CO2/H2S分压油气,以及可燃冰开采的最佳材料选择;钢钛联合的短流程加工方法,是低成本生产高强度钛合金管的新方法,可大幅提高成材率;热轧直接成形是双相钛合金组织控制的有效方法,但是轧制过程参数稳定至关重要;开发高强韧、耐蚀的新型钛合金,用于油井钻杆、套管、无缝管,满足不同油气井应用。
  
  北京科技大学工程技术研究院院长何安瑞在致辞时表示,随着新材料技术革命的兴起,高校与企业联合开展学研产的模式是技术发展的趋势,此次研究院的成立也会科研实践带来更多创新点。

  接下来,泰纳瑞斯中国区执行董事总经理刘景华、中国区商务总监田连江、原华北油田管具公司副总经理,现任中石油集团渤海钻探管具与井控技术服务有限公司副总经理王趁强、中国建材行业联合会钛材料分会副会长兼秘书长付一江、中国航天科工集团飞航技术研究院研究员、教授级高工张巨涛、深圳华洋投资控股集团董事局主席陆军、美国凯雷基金公司中国区投资总监王柏松、中国有色报社主编陈岩等依次就研究院成立表示热烈祝贺,期待更加优质的钛合金产品尽快面世,填补国内钛合金油管领域的市场空白,并尽最大力量支持和参与研究院的发展。
  
  恒祥集团兼河北恒祥石油装备科技有限公司董事长赵计龙介绍,河北恒祥钛合金制品有限公司是一家专注于钛合金石油装备的高科技企业,成立于2014年,位于河北省衡水市桃城区,是衡水市重点引进项目。公司成立之初,便将打造钛合金高端石油装备为己任,以为国家深井深油气田高效开发提供最优的开采工具为发展目标。研究院的设立发挥校企不同技术创新资源的特点和优势,加强创新资源的高效整合和开放共享,联合打造合作项目的研究机构、市场推广机构和青年人才的培养中心。
  赵计龙指出,研究院以“高起点、高标准、新体制”为建设理念,以国际领先的高端材料科学研究平台为建设目标,强强联合北科工研在材料学科的专业和研究人员,逐步将研究院建成高水平人才的培养基地、前沿科技的创新基地和应用成果的转化基地。
  赵计龙表示,在未来,研究院工作的方向将在以下三个方面:一是建立校企协作创新合作以及科技成果转化新机制,开展前瞻性、原创性、针对性的应用基础、产业化技术研究,攻克工业生产中核心关键技术的研发和集成技术。二是聚集一批创新能力强的专业研究队伍,培养高水平的工程技术创新团队。三是以研究院为平台,以市场需求为导向,将产品研发与市场推广作为核心,兼顾人才培养,整合优势行业资源,主要开展装备升级和改造、实现技术转型与产能优化提升;导入新技术、孵化新产品;联合申报国家和地方重点工程项目、重大科技项目并开展联合攻关;开展技术交流、人才联合培养、技术人员的技能培训与提升等工作,打造校企合作的新标杆。
  
  最后,北京科技大学北科工研院党委书记陈雨来表示,此次研究院的设立标志着河北恒祥与北科工研的合作进入一个新的发展高度,必将进一步加快推进钛合金新材料在石油装备领域的推广与应用。将为河北恒祥钛合金产业可持续发展、提升技术创新基础能力提供动力支撑,实现学研产的有机落地,打造钛合金新材料领域的新高地。
 
 
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