에너지 산업에서의 티타늄

에너지 산업에서는 모든 구성 요소가 중요합니다. 부품 하나만 고장 나더라도 수백만 달러 규모의 프로젝트가 중단될 수 있으며, 이로 인해 비용이 많이 드는 다운타임과 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 그렇기 때문에 점점 더 많은 프로젝트 관리자와 엔지니어가 기존 소재에서 벗어나 티타늄을 선택하고 있습니다. 티타늄은 단순한 금속이 아니라 발전 분야에서 가장 까다로운 문제를 해결할 수 있는 솔루션입니다.

티타늄이 에너지 응용 분야에서 탁월한 이유

티타늄의 에너지 부문 지배력은 중요한 엔지니어링 과제를 해결하는 세 가지 기본 속성에서 비롯됩니다:

극한 환경에서의 부식 내성

염화물에 취약한 산화 크롬 필름에 의존하는 스테인리스 스틸과 달리 티타늄은 불침투성 이산화티타늄(TiO₂) 장벽을 형성하여 염화물에 저항합니다:

• 250,000ppm 이상의 염화물이 포함된 고온 염수 용액(최대 300°C)
• 사워 가스 유정의 황화수소(H₂S) 환경
• 유속이 25m/s를 초과하는 바닷물
• 비소와 수은을 함유한 산성 지열 유체(pH 3.5-5.0)

오프쇼어 효율을 위한 중량 대비 강도 비율

티타늄의 밀도는 4.51g/cm³-43%로 강철보다 가볍기 때문에 해양 에너지 시스템에서 복합적인 이점을 제공합니다:

• 해양 플랫폼 구조 부품의 35% 경량화
• 조력 터빈 지지 프레임을 위한 50% 더 긴 스팬 기능
• 취급 요건이 가벼워져 설치 시간 단축

고효율 시스템을 위한 열 안정성

티타늄은 스테인리스 스틸보다 열팽창 계수가 55%로 낮기 때문에 급격한 온도 변화에도 치수 안정성을 유지합니다:

• 집광형 태양광 발전 수신기의 300°C 열 충격 처리
• 냉각 주기 동안 핵폐기물 저장 용기의 밀봉 무결성 유지
• 196°C~150°C에서 수소 압축기 부품의 피로 고장을 방지합니다.

석유 및 가스 생산

• 다운홀 안전 밸브: 12등급(Ti-0.3Mo-0.8Ni), H₂S 서비스에서 15,000psi 압력 및 200°C 온도를 견딥니다(NACE MR0175 준수).
• 해수 주입 시스템: 2등급 티타늄 배관은 구리-니켈 합금을 괴롭히는 미생물 영향 부식(MIC)을 제거합니다.
• 해저 매니폴드: 용접된 23등급(Ti-6Al-4V ELI) 구조물은 수심 3,000m에서도 30년 이상 유지보수 없이 견딜 수 있습니다.

지열 에너지

• 염수 열교환기: 7등급(Ti-0.15Pd)은 수개월 내에 슈퍼 듀플렉스 스테인리스가 고장 나는 15% 용존 고형물이 있는 250°C 염수를 처리합니다.
• 웰 케이싱 구성 요소: 티타늄의 비자성 특성으로 방향성 드릴링 센서와의 간섭 방지
• 바이너리 사이클 시스템: 티타늄 응축기 튜브는 스테인리스 스틸 대비 향상된 열 전달을 통해 플랜트 효율을 8% 향상시킵니다.

수소 경제

• 전해조 바이폴라 플레이트: 상업적으로 순수한 티타늄(1등급)으로 PEM 전기 분해 셀에서 80,000시간 이상 사용 가능
• 고압 스토리지: 23등급 티타늄 용기는 연료전지 차량용 수소를 700bar에서 안전하게 보관합니다.
• 파이프라인 구성 요소: 티타늄은 수소 취성에 대한 내성으로 인해 ASME B31.12에 따라 순수 수소 서비스에 대해 인증된 유일한 금속입니다.

원자력 발전

• 콘덴서 튜브: 티타늄이 연안 원자력 발전소의 황동을 대체하여 90%의 유지 보수 비용을 절감합니다.
• 사용 후 연료 저장: 풀 스토리지 환경에서 100년의 서비스 수명을 제공하는 용접 등급 2 컨테이너
• 냉각수 시스템: 티타늄의 낮은 중성자 흡수 단면적(5.6반)은 원자로 1차 회로와 호환됩니다.

재생 가능한 해양 에너지

• 조력 터빈 블레이드: 마모성 모래가 함유된 바닷물에서 20년 동안 사용할 수 있는 5등급 티타늄 복합 소재
• 웨이브 에너지 컨버터: 티타늄 유압 실린더는 바닷물 유입 없이 지속적으로 작동합니다.
• 해상 풍력 기초: 티타늄 양극은 음극 보호 시스템 수명을 아연 대비 4배 연장합니다.