目前,石油開采以陸地為主,海洋為輔隨著陸地石油的逐步減少,開采海洋油田已引起各國的極大關注。陸地開采石油的設施以鋼材為主要材料,但開采海洋油田的環境與陸地大不相同,鋼材的自重與腐蝕已不適應海洋環境,以碳纖維復合材料為主的先進復合材料備受人們的青睞。顯然,鋼絲的自由斷裂長度最短,而碳纖維和芳綸顯示出優異的自重懸垂性。這也就是說,鋼制件用于深海油田時,需用大量浮力發泡體提供浮力,而碳纖維復合材料件卻可省去這部分費用。此外,鋼制件容易被海水腐蝕,使用壽命短,約3~5年;而CFRP耐海水腐蝕,使用壽命長,約20~25年。
碳纖維復合材料可用來制造張力腿平臺(TLP)的部件、鉆探裝置(MODU)和浮式生產系統(FPS)等方面。具體的應用實例如下。
(1)生產井管。生產井管是從海底延伸到鉆井平臺甲板的構件,大多采用直徑為10.5in(266mm)的管材。通過設置在其中的配套裝置,使油、氣從海底流到貯藏槽(罐)。在墨西哥灣的1220m深海油田用的升降機,當升降機的升降管采用碳纖維與玻璃纖維混雜復合材料時,與不銹鋼管相比時,每米的有效重量輕45kg,1200m可減重54t,大大降低了所需浮力體的費用。
(2)管、貯罐和甲板。玻璃鋼(GFRP)可用來制造海水管道、防火用的水管、低壓送浮力體的費用水管、貯罐和其他構建。但是,GFRP是絕緣體,可能因流體流動摩擦而引發靜電火災或爆炸。如果在基體樹脂中加入炭黑或短切碳纖維,可防止靜電的發生。如果采用碳纖維與玻璃纖維混雜增強(CF/GFRP),則可有效防止靜電事故的發展,且可降低生產成本。
(3)繩索( tethers)。繩索用以把TLP拴在海底。鋼制繩索最深的應用于墨西哥灣4000(1ft=0.3048m)深的TLP;如果TLP超過500(1500m)深,鋼制繩索費用變得非常大,需碳纖維復合材料繩索( comptethers)取代。同時, comptethers柔軟可盤繞在直徑為4.4m的軸上,儲存、運輸和使用非常方便,可降低工程成本。
(4)撓性管、連接管。深海使用的撓性管及連接管是碳纖維的最大潛在市場之一。撓性管是擠壓成型的同心圓管,在樹脂聚合物管子的上面施以增強用的金屬螺旋層(圓周方向增強)而成。它構成比較薄的兩個層面,表層保持強度,內層具有耐堿等耐蝕性。這兩個層面并不接合在一起,而是保持著撓性。它可用于變化較大的狀態下輸送各種流體。
連接管( umbilicals)是用來捆扎束縛從平臺延伸到海底的液壓控制管線及甲醇輸送管線、熱塑性樹脂軟管、電氣電纜等的管線。它作為控制海面下的生產及維修起到重要作用。
(5)近海平臺的二次結構材料。近海平臺的二次結構件有格柵框架、扶梯、輔助平臺、電纜托架和電纜橋架等。FRP格柵框架已得到廣泛應用。殼牌公司在墨西哥灣的4個TLP使用了FRP格柵框架結構。混雜復合材料橫梁在其頭與尾的凸緣上采用了碳纖維。
(6)浮力組件( buoyancy modules)。在制造增強小直徑中空球的復合發泡體時可采用碳纖維。這種浮力組件可使用在4000t的海面下。為開采5000~10000f深海下的石油和石油氣,這種浮力組件及套箱的需求量愈來愈大,需用大量的碳纖維。此外,碳纖維復合材料還可用來制造槽罐和壓力容器等。綜上所述,碳纖維復合材料在鉆井管、生產井管、撓性管、連接管、TLP系繩索和高壓容器等方面得到應用。隨著近海油田向深海油田的轉移開放,用量與日俱增。顯然,深海油田的開發將是碳纖維應用的最大潛在市場之一。
輥軸也叫羅拉，是指機器上能滾動的圓柱形機件的統稱。一般與軸、軸承、軸套、密封圈組合使用。
輥軸通常采用諸如鋁合金、不銹鋼、橡膠等為原料制成，長度可達10米以上，直徑可達1500mm以上。近年來，隨著工藝的進步，碳纖維以其優異的材料性能，也開始逐漸應用在輥軸上。
碳纖維輥軸，是指以碳纖維復合材料為基質的輥軸，其顯著優勢是利用碳纖維材質的質量輕強度高的特性對于產品本身性能得到大幅度提升，從而降低能耗，提高生產效率。
碳纖維的密度小，重量輕，重量約是鋁合金的60%，抗拉強度可達到3000Mpa以上，是鋼材的6倍以上。
相對于鋁合金材料的輥軸，質量更輕的碳纖維輥軸能夠使得機器得啟動和停止的速度更快，減少慣性，提高輥軸的轉速，從而有效降低耗能和提高生產效率。
碳纖維托輥可應用于卷筒紙以及其他紙張、薄膜等領域
卷筒類產品，比如說紙張、薄膜、鋁箔類等產品，在生產和加工這類產品時，寬度和線速度直接決定整個產品的生產效率和質量。在輥達到一定長度并且要求達到較高的臨界速度時，要求輥本身具有較高的彈性模量，而碳纖維復合材料輪軸的彈性模量為240Gpa。比鋼材的模量要高，而且重量要輕很多，故而慣性小，能夠大幅度較少卷筒類產品在運轉中產生的張力，從而更好的配合機械高速運動或者加速減速運動。
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藍鯨騰飛高分子托輥
藍鯨騰飛碳纖維方管
碳纖維輥軸應用于柔版印刷機械
藍鯨騰飛超高聚乙烯管
碳纖維輥軸應用于紡紗機械領域
聚氨酯托輥
藍鯨騰飛尼龍棒 塑料棒
固體浮力材料應用于海洋浮標
藍鯨騰飛礦用雙抗托輥
玻璃纖維托輥
