การประยุกต์ใช้วัสดุไททาเนียมในงานวิศวกรรมทางทะเล
ไททาเนียมเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร ไททาเนียมและโลหะผสมมีความแข็งแรงสูง แรงโน้มถ่วงจำเพาะต่ำ และทนทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลและการกัดกร่อนของอุณหภูมิของมหาสมุทร ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานของผู้คนในงานวิศวกรรมทางทะเลได้เป็นอย่างดี หลังจากความพยายามหลายปีของผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมไททาเนียมและนักวิจัยด้านการประยุกต์ใช้งานวิศวกรรมทางทะเล ไททาเนียมได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในการพัฒนาอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซทางทะเล การก่อสร้างท่าเรือ สถานีพลังงานชายฝั่ง การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล เรือ การประมงทางทะเล และการแปลงพลังงานความร้อนทางทะเล ปัจจุบัน ไททาเนียมสำหรับงานวิศวกรรมทางทะเลได้กลายเป็นหนึ่งในสาขาหลักของการใช้ไททาเนียมในพลเรือน การใช้งานเฉพาะของวัสดุไททาเนียมในงานวิศวกรรมทางทะเล ได้แก่:
1. การพัฒนาอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซทางทะเล:
แท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งเป็นฐานปฏิบัติการสำหรับการสำรวจและพัฒนาแหล่งน้ำมันและก๊าซใต้น้ำ ซึ่งถือเป็นการปรับปรุงระดับเทคนิคของการพัฒนาแหล่งน้ำมันและก๊าซใต้น้ำ อุปกรณ์ผลิตน้ำมันทางทะเลประกอบด้วยแท่นผลิตน้ำมันและอุปกรณ์เสริมเป็นหลัก เช่น เครื่องทำความเย็นน้ำมันดิบ ไรเซอร์ผลิตน้ำมัน ปั๊ม วาล์ว ข้อต่อ และแคลมป์ อุปกรณ์เหล่านี้สัมผัสกับสื่อ เช่น ซัลไฟด์ แอมโมเนีย และคลอรีนในน้ำทะเลและน้ำมันดิบ
2. การก่อสร้างท่าเรือ:
วัสดุไททาเนียมมีฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาไม่เกิน 10 นาโนเมตรบนพื้นผิว ซึ่งมีความเสถียรสูงในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน และมีความต้านทานการกัดกร่อนต่อบรรยากาศ น้ำทะเล และสภาพแวดล้อมทางทะเลได้ดีเยี่ยม ปัจจุบัน ไททาเนียมถือเป็นวัตถุดิบที่สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมทางทะเลต่างๆ ได้ดีที่สุด
3. โรงไฟฟ้าชายฝั่ง:
การใช้ประโยชน์จากน้ำทะเลอย่างครอบคลุมเป็นหนึ่งในโครงการที่สำคัญในวิศวกรรมทางทะเล คอนเดนเซอร์ของโรงไฟฟ้าชายฝั่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ปริมาณน้ำทะเลจำนวนมาก ไททาเนียมที่ใช้ในโรงไฟฟ้าชายฝั่งส่วนใหญ่เป็นไททาเนียมที่ใช้ในคอนเดนเซอร์ เนื่องจากคอนเดนเซอร์ใช้น้ำทะเลเป็นน้ำหล่อเย็น และน้ำทะเลมีตะกอน สารแขวนลอย สิ่งมีชีวิตในทะเล และสารกัดกร่อนต่างๆ จำนวนมาก สถานการณ์จึงร้ายแรงกว่าในน้ำเค็มที่น้ำทะเลและน้ำแม่น้ำสลับกัน คอนเดนเซอร์แบบดั้งเดิมใช้ท่อโลหะผสมทองแดง ซึ่งมักได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงเนื่องจากการกัดกร่อนต่างๆ ในน้ำทะเล ไททาเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในน้ำทะเล โดยเฉพาะในน้ำทะเลที่ปนเปื้อน และความต้านทานการกัดกร่อนด้วยความเร็วสูงนั้นโดดเด่นเป็นพิเศษ
4. อุปกรณ์การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล:
จากการพัฒนาการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลในประเทศและต่างประเทศ มีสองวิธีหลักๆ คือ การกลั่นและการออสโมซิสย้อนกลับ วิธีแรกคือการให้ความร้อนกับน้ำทะเลเพื่อระเหย จากนั้นควบแน่นไอน้ำเพื่อให้ได้น้ำจืด วิธีที่สองคือการทำให้น้ำทะเลมีแรงดันเพื่อให้น้ำจืดในนั้นผ่านเมมเบรนพิเศษเพื่อสกัดเกลือและได้น้ำจืด อุปกรณ์การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลในยุคแรกใช้โลหะผสมทองแดง เหล็กกล้าคาร์บอน และวัสดุอื่นๆ เนื่องจากวัสดุเหล่านี้ไม่ทนต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลและมีประสิทธิภาพการผลิตต่ำ จึงถูกแทนที่ด้วยไททาเนียมซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ดีเยี่ยมในไม่ช้า ในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล การใช้งานหลักของไททาเนียมคือท่อถ่ายเทความร้อนของเครื่องทำความร้อนของอุปกรณ์การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล
5. เรือ:
การนำไททาเนียมมาใช้ในเรือได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก กองทัพเรือและอุตสาหกรรมต่อเรือของหลายประเทศต่างให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิจัยการนำไททาเนียมมาใช้ในเรือ และได้พัฒนาโลหะผสมไททาเนียมสำหรับเรือเดินทะเลหลายเกรด ไททาเนียมและโลหะผสมของไททาเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเรือ เช่น ชิ้นส่วนโครงสร้างตัวเรือ เรือสำรวจทะเลลึก และตัวเรือทนแรงดันของเรือดำน้ำ ท่อ วาล์ว หางเสือ โครงเพลา อุปกรณ์เสริม ใบพัดและเพลาใบพัดในอุปกรณ์ขับเคลื่อนกำลัง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องทำความเย็น ฝาปิดโซนาร์นำทางตัวเรือ เป็นต้น
6. การประมงทะเล: การประมงทะเลได้เปลี่ยนจากการทำการประมงไปสู่การเพาะพันธุ์ และปลา เช่น ปลากะรัง ปลาลิ้นหมา และปลาไหล ได้เพาะพันธุ์ขึ้นโดยใช้เทคนิคเทียม ในเทคโนโลยีการเพาะพันธุ์ขึ้นโดยใช้เทคนิคเทียมนั้น มีการใช้ตาข่ายโลหะไททาเนียมและท่อไททาเนียมที่รักษาอุณหภูมิของน้ำทะเลให้คงที่อย่างแพร่หลาย
7. การแปลงพลังงานความร้อนของมหาสมุทร: มหาสมุทรมีพลังงานมหาศาล เช่น พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานคลื่น พลังงานความแตกต่างของอุณหภูมิ พลังงานกระแสน้ำในมหาสมุทร พลังงานความแตกต่างของความเค็ม ฯลฯ ด้วยการขาดแคลนพลังงานของโลกที่เพิ่มมากขึ้น ผู้คนจะสนใจในการพัฒนาและใช้พลังงานจากมหาสมุทรมากขึ้น โครงการผลิตพลังงานจากความแตกต่างของอุณหภูมิและพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงได้รับการศึกษาและพัฒนาแล้ว หลักการของการผลิตพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกคือการใช้น้ำทะเลที่มีอุณหภูมิสูงบนพื้นผิวมหาสมุทรเพื่อเปลี่ยนแอมโมเนียหรือฟรีออนให้เป็นก๊าซ ขับเคลื่อนกังหันให้หมุนและสร้างไฟฟ้า จากนั้นใช้น้ำทะเลที่มีอุณหภูมิต่ำในทะเลลึกเพื่อทำความเย็นแอมโมเนียหรือฟรีออนที่เป็นก๊าซ โดยสร้างระบบเครื่องยนต์ความร้อนที่หมุนเวียนอย่างต่อเนื่อง