CN101589262B - 具有纤维隔热层的低温输送软管及构造这种输送软管的方法 - Google Patents

Abstract

用于碳氢化合物的低温输送软管包括内部软管、以同心方式围绕内部软管设置的外部软管、以及桥接介于内部软管与外部软管之间的环形间隙的间隔件，在环形间隙中包含有形成三维纤维基体的纤维隔热材料，其特征在于，外部软管包括弹性材料和/或塑性材料，纤维材料在两软管的至少一部分长度上与内部软管和外部软管邻接，并且形成间隔件。

Description

具有纤维隔热层的低温输送软管及构造这种输送软管的方法

技术领域

本发明涉及一种用于碳氢化合物的低温输送软管，其包括内部软管、以同心方式围绕内部软管设置的外部软管、以及跨越介于内部软管和外部软管之间的环形间隙的间隔件，在环形间隙中包含有形成三维纤维基体的纤维隔热材料。本发明还涉及一种用于在这种低温输送软管中使用的纤维隔热材料，并涉及一种构造隔热低温输送软管的方法。

背景技术

上述类型的低温输送软管可以从美国专利No.6,186,181中获知。

美国专利No.6,186,181以Alcatel的名义公开了一种用于在大约-160℃的温度下输送低温碳氢化合物的挠性管，该管包括内部波纹金属管、在与内部管相距一定距离处设置的外部波纹金属管和间隔件，以及内部金属管和外部金属管之间的隔热材料。间隔件包括两个应用于内部管并沿相反方向缠绕的由纤维强化塑料制成的软绳。在波纹金属内部管和外部管之间的环形间隙中形成了10^-3兆巴(mbar)到10^-1mbar的真空。间隙中的隔热材料由提供三维纤维基体的绒质材料形成。绒质材料用于代替固体隔热材料或多层承压材料，这是因为这种绒质材料综合了低导热性(良好的隔热体)及快速排空所述两个金属波纹管之间的间隙的能力。对间隙进行排空或加压比在间隙中使用超隔热材料更可取，这是因为排空使高传导性的外部波纹管与高传导性的内部波纹金属管以最佳的方式隔离开。

在用于液化天然气(LNG)输送的外部金属波纹管内使用真空可在真空丧失发生时和/或一旦水经由外部管的相邻波纹螺旋带构成的焊缝中的开口或裂纹进入，就形成潜在的危险状况。这些类型的波纹管在更为静态的环境中用作架空软管时是可以接受的，但是在近海环境中用作 架空、浮式或水下LNG输送软管时，则由于存在海水进入到焊缝处的开口或(微小)裂纹中的危险导致可能是有危险的。尤其是在动态且潮湿的近海状况下，外部管要常遭受由风、波浪和软管附连其上的浮式结构的运动所产生的恒定弯曲力和拉力，这些力会轻易地导致在焊缝中形成小裂纹并且导致真空丧失。带有波纹内部管和外部管的LNG输送系统的弯曲半径相对更大，这并不遵从于波浪并且应该随时对其进行控制和限制，以避免出现管过度拉伸的状况，这是因为这将导致外部管的永久变形并且导致在外部波纹管中形成开口或裂纹。

美国专利No.6,186,181的连续LNG输送系统的另一个缺点在于，在连续制造的内部或外部金属波纹管中出现了局部裂纹的情况下，需要将整个系统拆开并用全新的LNG输送系统进行替换，这是一种相当昂贵而又费时的操作。

因此，需要一种挠性LNG输送系统，可将这种系统用在动态近海状况中，它随时防止任何海水的进入，具有小弯曲半径并且应该促进系统上不费力的维护和维修活动。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温输送软管，它能够用于动态近海环境，例如在风浪感生运动下的海上架空状况中，并且优选地用作一种浮式或水下低温输送软管。

本发明的另一个目的是提供一种易于制造、运行可靠、并且易于维修或更换的低温输送软管。

本发明的又一个目的是提供一种低温输送软管的构造(即，生产和/或维修)方法，在该低温输送软管中，能够快速并且准确地对齐内部软管和外部软管，并且能够易于调节该低温输送软管的长度。

至此，根据本发明的输送软管的特征在于，外部软管包括弹性或塑性材料，纤维材料在这些软管的至少一部分长度上与内部软管和外部软管邻接，并且形成间隔件。

根据本发明的输送软管的特征还在于，可以加入纤维材料，以便遍及内部软管的长度在内部软管上形成具有不同密度的区域。

此外，根据本发明的输送软管的特征还在于，可以组合成不同类型的纤维材料，以便形成遍及软管的长度的具有不同间隔特性的区域。

该纤维材料从内部管径向延伸到外部管，并且在相对于内部管的大致恒定径向位置处支撑外部管。纤维材料可以方便地施加在内部管周围，并且放置在外部软管内部。当内部软管和外部软管之间的空间充满纤维材料时，使得这两个软管之间的空气对流最小化，或者甚至是消除掉。纤维材料可以伸长，以容纳环境感生的拉伸或弯曲，并且使得内部软管和外部软管能够在使用时伴随热致收缩和膨胀而产生相对位移。纤维材料能够吸收施加在外部软管上的径向力，并且提供对于压缩的抵抗力，以用作间隔件。纤维材料与弹性或塑性外部软管的组合提供了一种低温软管，该低温软管非常柔韧并且具有相对小的弯曲半径；外部软管的弯曲半径可以等于内部软管的直径的4倍。外部软管是坚固的，且能够抵挡水的进入、机械冲击，并且非常隔热。此外，通过外部软管的弹性或塑性材料与纤维隔热材料的组合可以避免为了隔热目的而在环形空间中使用真空。

即使除了纤维材料外可以设置其它间隔元件，但在优选的实施方式中，在遍及至少40cm的长度上，除了纤维材料以外，没有其它元件从内部软管上的接触位置径向延伸到外部软管上的接触位置。由于纤维材料的三维基体本身提供足够的对于径向压缩的抵抗力，因此，能够减少沿同心软管的长度的间隔件的使用，从而可使在间隔件所在的位置处传递到内部管的热量保持为最小值。在需要附加间隔件的情况下，则可以将它们以彼此间隔固定间距的方式添加在可压缩的绒质材料的顶部上。间隔件可以由任何材料制成，但是优选地由具有高隔热性能的致密纤维材料制成；像非常致密的绒头织物，或者，更优选地像毛毡材料。

适当的纤维材料能沿软管的长度方向弹性伸长至少10％。三维基体中的纤维的内部纤维粘合应该相对坚固，以抵抗永久的和破裂性的伸长。

对于“弹性”，其意指纤维材料在未经受永久变形的情况下能够回复到其未变形的状态。纤维材料的弹性间隔性质由纤维层提供，当将外部软管夹持在固定位置中时，在内部软管上所施加的力为5到50kN/m时，纤维层沿软管的径向方向可弹性压缩1％到10％。

优选地，纤维材料的密度为70kg.m³，并且开放体积为93％，以致可以在纤维之间截留相对大量的隔绝空气。可以缠绕纤维材料并且将它遍及内部软管平均分布在多个层中。通过增加更多的由相同的纤维材料构成的层，这些层将会更加扁平并且更硬。同样可以沿内部软管在某些局部区域处增加由相同纤维片材构成的附加层，以便形成相对坚固的间隔区域。这同样可以通过使用例如不同的缠绕方法来实现。作为替代，可将不同的纤维材料组合在内部软管上；可将例如由绒质材料构成的多个层仅用在需要具有良好隔热性的区域中，而可将比绒质材料更致密的毛毡材料用于区域中，以便控制内部软管相对于外部软管的屈曲。

根据本发明的软管既坚固又具有挠性。外部软管的弯曲半径是内部软管的直径的四倍。外部软管提供挠性和隔热性，这是由于它的传热系数为0.1到10Wm^-1K^-1，优选地为0.1到1Wm^-1K^-1。

纤维材料由位于外部软管和纤维材料之间的气密袋、圆筒体或层包围。这就在插入其上缠绕有纤维层的内部软管时，使得纤维层能够通过排空气密层而被压缩并且能够以缩小的直径插入到内部软管中。在气密层中去除负压使纤维层膨胀，并且填充内部软管和外部软管之间的环形间隙。在将附加的例如由致密毛毡材料制成的环形间隔件沿内部软管以固定的间距添加在纤维绒质材料的顶部上、放置在纤维绒质材料的内部或放置在其下方的情况下，可将气密袋添加在整个纤维材料和间隔件上。作为替代，可将间隔件添加在围绕纤维材料的气密袋的顶部上。

具有良好的机械强度、弹性拉伸性能和隔热能力的优选的纤维材料包括绒质材料。绒质材料可以为缠绕在内部软管周围的条形纤维片材。

外部软管优选地包括纤维和/或金属强化弹性和/或塑性材料，以具有较大的挠性、抗冲击性和水密性以及气密性。外部软管保护内部管不受海水、潜在冲击等的损害，并且可以是标准的浮式卸油软管，该软管通常由具有例如壁厚为3cm到15cm的厚壁的复合弹性或塑性材料制成。具有低传热系数的外部软管同样在内部挠性管和环境之间形成热障。内部软管可以是适于输送低温流体的任意类型的软管，如多层双金属丝强化软管、波纹钢挠性管、具有平滑内膛的低温软管等。内部软管和外部软管之间的压力与外部软管外侧的压力大致相等。

本发明的纤维状最小热损失间隔装置使内部挠性软管和外部挠性 软管维持径向间隔的关系，同时容纳软管的有差异的纵向热收缩，且不会使整个管的挠性减小。纤维状最小热损失间隔件可以与优选地由诸如毛毡材料之类的更加致密的纤维材料制成的附加间隔件相结合。外部挠性软管是一种具有低传热性的由复合弹性或塑性材料制成的软管。外部软管可以是一种例如由纤维强化乙基丙烯制成的标准的弹性(橡胶)软管或塑性软管。

内部挠性管优选地为LNG输送软管，例如WO 01/96772中以必和必拓石油公司(BHP Petroleum)的名义公开的那种类型，它示出了设置在内部螺旋缠绕线和外部螺旋缠绕线之间的挠性多层软管。该软管可以设置有诸如编织物、网状物、弹力织物等之类的附加外部管，该附加外部管抵抗多层软管由于低温流体的内部压力所产生的伸长。作为替代，该内部挠性软管可以是如在美国专利No.6,186,181中所提及的波纹管，该管可以设置有附加的(纤维)缎纹亚麻台布(amour)层或者该内部挠性软管可以是由氟化乙丙烯(FEP)管制成的具有平滑内膛的低温软管。

挠性外部软管的材料和纤维隔热间隔件的三维基体材料共同作用，以便当整个组装好的LNG输送系统在动态近海环境中再三反复弯曲和拉伸时，维持系统的挠性和适当的功能。

由于内部LNG管的这种组合，纤维基隔热材料和弹性或塑性外部软管的这种高挠性、隔热和防护能力，因此可以避免出于隔热的原因在管间的其余环形空间中使用复杂而易受影响的真空。这种组合使热通量最小，并由此确保系统的更大的热效率，同时确保总体的挠性和弹性。

在介于内部软管和弹性或塑性外部软管之间的间隙中的隔热、低传导性的纤维间隔材料可以包括绒质材料、单纤维、带状物、筛孔、皱褶等。这种纤维材料的主要方面是当在纤维之间截留空气时，它形成了具有良好隔热性能的弹性三维基体。优选的纤维材料至少与常规的合成护套一样柔韧，以致它可以出于放置的目的而缠绕在内部管的周围，正像在过去已经使用合成材料一样。

隔热纤维间隔材料可以与纤维的使用相结合，该纤维为编织物、条带物、交织物、间隙物、针织物等，并且可以由纤维或陶瓷线制成。它可以制成带子、垫子、薄片、管状软管、管状针织纤维等形式。使用个 别长度的纤维材料落在本发明的范围内，该纤维材料通过系结、粘接、粘合等固定于内部LNG管或外部软管。例如，隔热间隔材料可以由多层材料的连续窄条制成，该窄条由纤维网形成。多层纤维间隔材料的单独的片或垫可以通过诸如棉线或人造纤维之类的低传导性的标准材料或丝，以缝合、系结或螺旋缠绕的方式紧固在一起，以便与窄条形成一体，并且使其稳定不会破裂性的伸长。由于该材料非常柔韧并且是可以延伸的，因此甚至可以无需将该材料的各层紧固在一起。

桥接介于外部软管和内部软管之间的空间的由纤维间隔材料构成的隔热片可包括相互交替的多个纤维层和热反射材料。在某些实施方式中，纤维间隔材料可以利用一个或多个耐磨面朝向的一侧或两侧，诸如金属化的塑性片材的薄片。纤维间隔材料可以与一个或多个其厚度小于0.2mm的辐射防护层相结合。这种热辐射反射材料可以是金属或铝箔。作为替代，内部LNG软管可以缠绕在反射性的金属材料的多个层中。纤维隔热间隔材料可以添加在这些金属化的材料层上，或者可以缠绕在它周围。在内部软管或管周围缠绕若干层隔热间隔层压材料。

优选的纤维间隔材料的特征在于，在没有任何由此引起的永久变形的情况下，它通常能够被拉伸并压缩至少10％。由于将挠性的架空、浮式或水下LNG输送软管放置在非常动态的近海环境中，并且将承受反复的压缩、伸长、弯曲、扭转等，因此这是非常重要的方面。

隔热间隔材料同样需要在LNG输送过程中的冷却或加热的过程中，承受内部软管和外部软管的伸长或收缩方面的相对差异。

优选的隔热间隔材料包括由天然材料、塑料(聚苯二甲酸乙二醇酯)或其它合成或陶瓷材料制成的绒头织物。关于于此所使用的术语“绒头织物”，意指无光纤维、细丝、带有互相连接的间隙的丝或线的相干体。绒头织物可以是例如呈带有芳香尼龙纤维的丝绒纤维的形式，或者可以由聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料制造。不同的层优选地彼此并不粘结，而是缠绕在一起。由于摩擦系数(根据绒头织物的类型，该摩擦系数为0.7到0.83)，即使是在缠绕层反复弯曲和拉伸的过程中，缠绕层也具有很强的粘接力。

由于具有结合了高机械强度的小导热率，因此绒头织物是一种非常优良的隔热间隔材料。该绒头织物优选地由直径小于约10微米的纤维 构成。

该绒头织物可以是具有改进的动态和隔热性能的双面丝绒纤维，例如在美国专利No.6,779,368中所公开的绒头织物。

也可以使用已经过已知的特殊处理，以便在绒质材料与其自身或内部软管和/或外部软管产生消极影响时，避免静电荷聚集的绒质材料。

当放置在同轴软管的间隙中时，绒质材料可以延伸至少10％，并且是在不产生任何永久变形或伸长的前提下可沿软管的长度方向压缩的。

将根据本发明的绒头织物制成沿径向方向具有一定的最小强度，以致当将其放置在间隙中时，它能够使内部管和外部挠性软管保持径向间隔的关系，同时容纳内部管和外部软管有差别的纵向热收缩。绒头织物与内部管、与外部软管或者与两者都有逐点接触。纤维大致沿软管的长度方向，即，垂直于越过隔热空间的热通量的方向定向。由于绒质材料的这些性能，因此可以超过至少0.40m取消使用能够充当内部管和外部软管之间的温度桥梁的附加间隔件。如果需要增加间隔件，则可将由诸如毛毡材料之类的具有高隔热性的致密且低挠性的纤维材料制成的间隔件以固定间距添加在绒质材料的顶部。除了这些纤维材料外，没有其它间隔件从内部软管上的接触位置径向延伸到外部软管上的接触位置。

可将若干层隔热间隔材料缠绕在内部软管或者覆盖在内部软管上的窄条周围。各个间隔层可以与内部软管的轴线成例如45度角缠绕，以使各个层的定向差为90度。根据间隔材料的不同特征(纤维的定向、制造方法、性能等)，可以采用不同的缠绕角度和不同的层数。

考虑到纤维间隔材料的开放多孔结构，根据本发明的同轴内部和外部低温输送软管可以由下述步骤形成：

-设置第一软管

-在第一软管周围设置纤维或多孔或隔热材料

-在该纤维或多孔材料周围设置气密薄膜，并且将所述薄膜围绕第一软管以气密结构放置

-从气密壳中去除空气，以便通过压缩而缩小纤维或多孔材料的直径

-在减小的压力下，将第一软管、压缩的纤维材料和薄膜材料放置在外部软管中，并

-增大纤维或多孔材料的气压以使它能够膨胀。

该管可以以这种方式进行装配，即一旦连接所有管段并且正将纤维隔热材料填充介于内部软管和外部软管之间的间隙，仍然可能要用空气或惰性气体来净化间隙通道，以便去除从内部软管泄漏的任何气体。作为替代，可以用空气或惰性气体使该间隙通道过压(15-25bar)，以避免来自内部软管的任何气体泄漏，该内部软管包含压力为10Bar的LNG。

在内部软管是设置有窄条的多层复合内部软管的情况下，绒质材料的缠绕层封入大量截留的空气，并且具有缠绕的绒头织物层的内部软管具有如此较大的直径，以致不能将它放置在外部弹性软管中。为了将内部管加入到外部软管中，将薄塑性软管形袋或管状薄片拉过具有缠绕的绒头织物层的内部软管，该薄塑性软管是封闭的。在该塑性软管上施加真空，以便从绒质材料上去除截留的空气。由于该加入的真空，总体直径将收缩，以使得具有缠绕的绒头织物层的内部管现在可以以同轴的方式插入到外部保护软管中。一旦将内部管和外部软管的端部法兰对齐(且可以联接在一起)，则可移除该真空，并且绒质材料将空气吸入到间隙中，并使其自身膨胀，从而以间隔的方式将其自身固定在内部管和外部软管之间。

可将例如由纤维毛毡材料制成的附加间隔件以固定的间距加在缠绕的绒头织物层的顶部、内部或下部。该附加间隔件的外径小于外部软管的内径，以致仍然可将该薄塑性软管形袋放置于其上，并且可以加入真空来减小绒质材料的总体直径。作为替代，该薄塑性软管形袋可以首先放置在缠绕的绒质材料层上，之后将毛毡间隔件以固定的间距加到该软管形袋的顶部，局部减小总体直径的直径。在该塑性软管上施加真空，以便从绒质材料去除截留的空气。由于该加入的真空，总体直径将收缩，以便能将具有缠绕的绒头织物层的内部管和附加间隔件现在以同轴的方式插入到外部保护软管中。

通过裁剪应用在内部管上的纤维间隔材料的厚度，并且随之增大施加的真空度以减小组合后的内部软管和间隔件的直径，可以改变纤维材 料在环形间隙中的压缩度以及间隔件的强度，以便获得具有特定弯曲特性的挠性软管。

将绒质材料用作LNG输送系统用隔热间隔件的另一个好处在于， 

固定件材料可以用于在内部管、外部软管或者在两者上固定绒质材料的薄片。这就在容纳内部管和外部软管的有差异的纵向热收缩的同时，并在两者反复弯曲和拉伸的过程中确保绒头织物位于固定位置上。

利用放置在间隙中的诸如绒头织物和/或毛毡之类的纤维间隔材料，仍然可以经由该间隙将空气或惰性气体从LNG输送系统的互相连接的软管的一端移动到另一端。这就使得位于装配好的LNG系统的其中一端上的气体检测系统能够快速检测气体的LNG在间隙中的任何泄漏。同样可能在间隙中形成高于内部软管中的流体压力的过压，以致没有气体能够从内部软管泄漏到间隙空间中。

作为替代，该间隙可以设置有多个互相连接的温度传感器，这些温度传感器以固定的间距放置在该间隙内，并且连接于能够指示LNG或冷气体从内部管泄漏到间隙中的区域或位置的温度传感器系统。由于内部管和外部软管都是分管段的，因此包含泄漏的该管段可以被检出并由新的管段进行替换，而不用像使用连续波纹金属外部管的情况那样更换整个挠性LNG输送系统。

由于结合了介于内部LNG输送管和外部软管之间的间隙中的纤维状可延伸的间隔材料，因此由具有低导热率的复合弹性或塑性材料制成的外部软管避免空气对流，使热通量最小化，并因此确保了整个挠性LNG输送系统的更高的热效率，这也就不需要出于隔热目的而在间隙中施加低于大气压力的压力或真空，正如美国专利No.6,186,181中所公开的LNG输送系统的情况那样。在该文献中所描述的已知的同轴软管设置中，需要真空以便经由高传导性的波纹外部管来减小热通量。

本发明进一步涉及一种用于在低温输送软管中使用的纤维隔热材料，该纤维隔热材料包括气密薄膜和附连于所述薄膜的纤维层。该片材可以缠绕在内部软管周围；或者呈管形或者成螺旋缠绕的条形，然后将其排空以便压缩纤维材料，从而形成能够轻易插入到外部软管中的具有缩小的直径的内部软管。在将纤维材料应用于内部软管之前或之后，可以密封该薄膜以便形成围绕纤维材料的圆筒体。在一个实施方式中，由薄膜和纤维材料形成的圆筒体以气密的方式在底部封闭，并且包括诸如螺纹或阀之类的附连构件，用于附连于排空装置，并且从圆筒体中去除空气。在另一个实施方式中，纤维材料包含在薄膜和第二薄膜之间，这些薄膜以气密的方式密封在一起。可封闭的气流开口可以设置在薄膜中的至少一个中。通过排空薄膜之间的空间，可以压缩纤维层，以使其在放置于内部软管周围时具有缩小的直径。在将内部软管和压缩的纤维层插入到外部软管之后，消除真空，并且纤维层膨胀以填充介于内部软管和外部软管之间的环形间隙。

在实施方式中，软管由若干管段构成，各管段均具有互相连接的端部法兰。通过设置第一软管管段和第二软管管段来构造或维修该软管，第一软管管段和第二软管管段各具有内部软管和外部软管、介于内部软管和外部软管之间的压缩的纤维材料以及位于端部处的联接法兰，

-将第一管段和第二管段的联接法兰互相连接，以及

-在互相连接之后，增大第一管段和第二管段中的纤维或多孔材料的气压。

附图说明

根据本发明的不同实施方式的某些方面将参考附图作为示例予以描述。

图中：

图1示出了根据本发明的低温输送软管的局部剖视立体图，

图2示出了本发明的低温输送软管的纵向截面图，

图3放大示出了互相连接的软管管段的联接，图4a-4g示出了根据本发明的用于在低温输送软管中使用的软管管段的连续装配步骤，

图5a-5c示出了根据本发明用于用作间隔件的复合隔热材料的不同实施方式，

图6a和6b分别示出了以套筒型的方式和以盘成的螺旋线圈的形式应用于内部低温输送软管的复合隔热材料，

图7示出了内部软管和具有多个沿其长度分布的温度传感器的隔热间隔材料，

图8示出了内部软管和在端部法兰部件上具有气体检测系统的隔热间隔材料，

图9示出了纤维隔热间隔材料，其中大部分纤维沿软管的长度方向定向，

图10示出了带有附加间隔件的低温输送软管，

图11示出了使用根据本发明的低温输送软管的LNG输送系统的示意图，

图12a、12b和12c分别示出了根据本发明的重叠式低温输送组件的纵向截面图、沿线AA的横向截面图和平面图，

图13、14和15示出了实施方式的纵向截面图，其中，内部软管的联接法兰联接于外部软管的联接法兰，

图16a和16b分别示出了内部软管的纵向截面图和平面图，该内部软管相对于外部软管是可沿长度方向移动的，

图17a和17b分别示出了实施方式的纵向截面图和平面图，其中，内部软管的法兰周围构造有间隔件，

图18a和18b分别示出了实施方式的纵向截面图和平面图，其中，内部软管包括可滑动的连接构件，

图19示出了包括密封波纹管的内部软管的滑动连接构件的纵向截面图，

图20示出了包括多个端面密封件的内部软管的夹持连接构件的纵向截面图，

图21示出了内部软管的纵向截面示意图，内部软管沿弯曲的轨迹在外部软管内延伸，从而是可以伸长的，和

图22和23示出了浮舱的不同构造，浮舱在与那里相距一定距离处附连于本发明的外部软管，以使外部软管能够与环境均匀接触，并由此通过环境对冷的外部软管进行均匀加热，以便保持足够的挠性。

具体实施方式

图1示出了低温输送软管3的两个互相连接的低温输送软管管段1、2。各个软管管段包括内部波纹或螺旋线强化金属软管4，该金属软管4具有分别支撑流体防渗层7的内侧和外侧的内部螺旋线5和外部螺旋线6。内部软管可以设置有管状条(未示出)，以便抵抗并限制由于所输送的流体的压力而产生的内部软管的伸长。围绕内部软管4，在与内部软管4相距一定距离处放置了弹性或塑性外部软管8。在介于外部软管8和内部软管4之间的环形间隙9中，放置有纤维隔热间隔材料层11，该纤维隔热间隔材料层11以与内部软管4的外部周边及外部软管8的内部周边接触的方式展现。该纤维层11在弯曲外部软管8时抵抗压缩，或者在软管4、8由于热或者压力引起的膨胀和收缩时伸展，并且形成间隔件以防止软管4与外部软管8接触。

内部软管4的管段经由内部联接法兰12互相连接，而外部软管管段经由外部联接法兰13连接。在联接法兰12、13所在的位置处，间隔环14桥接环形间隙9并使法兰12、13相互连接，以防止法兰12、13沿轴向分离。法兰12、13沿轴向的这种分离是不期望出现的，这是因为在更换或维修软管管段1、2时，在卸下外部联接法兰13后，内部联接法兰12必须是随时可以接近的。

如图2明显所示，纤维间隔材料11在环形间隙9中一直延伸到间隔环14所在的位置。在该位置处，纤维材料11并不用作在介于外部软管8和内部软管4之间保持预定距离的间隔件，而只起到隔热材料的作用。如可从图3中看到的那样，软管管段1、2的内部联接法兰12、12’和外部联接法兰13、13’经由螺栓16、17互相连接。在外部法兰13、13’所在的界面处设置有液密密封件18。

图4a-4g示出了在介于内部软管和外部软管之间的环形间隙中使用纤维隔热材料来装配同轴低温输送软管的制造过程中的不同步骤。图4a示出了在其周围缠绕有纤维绒质材料63的内部软管61。可以在该纤维绒质材 料的上部、内部或下面每隔一定间隔放置例如由致密的纤维毛毡材料制成并且其直径小于外部软管的内径的附加间隔件。联接法兰62、62’沿轴向从绒质材料上凸出，从而达到可接近用于联接的程度。围绕内部软管61放置有具有包含阀门的排气连接器66的气密套筒64(图4b)，此后，通过将空气泵附连于排气连接器66，并形成低于0.9bar的负压而排空套筒。然后将直径缩小的软管61引入到外部弹性和/或塑性软管65中，并将空气经由排气连接器66中的阀门重新引入到气密套筒64中(图4d和4e)。最后将端部法兰67、67’放置在内部软管周围，并且与外部软管65互相连接，从而完成图4g中所示的同轴软管管段69。

图5a示出了根据本发明的复合纤维隔热材料19，其能够用作间隔件，用于定位例如在图1-4中所示的同轴低温导管结构的内部软管4和外部软管8。复合材料19包括气密薄膜层20、21，这些薄膜层20、21围绕嵌入在层20、21之间的纤维材料的芯部基体22。层20、21沿它们的周边在液密密封区域23、24中相互密封。在薄膜层20中可以设置有具有封闭的阀门构件的排气连接器26，用于连接于诸如真空泵之类的排气装置27。复合材料19可以呈管状或者是能够缠绕在内部软管周围的条状或片状。在应用于内部软管之后，将空气从层20、21之间移除，从而压紧复合材料，并且可将该软管上支撑有复合材料的内部软管引入到外部软管中。在将其周边上承载有致密的复合纤维隔热材料19的内部管引到所期望的轴向位置中之后，可容许空气经由排气连接器26进入到纤维材料的芯部22，从而使纤维可以在软管之间的环形间隙9中膨胀。当用作间隔件时，使复合材料19的纤维芯部22能够膨胀，从而使它完全填满并桥接环形间隙9。

图5b示出了一种作为替代的复合纤维隔热材料27，其具有单个防渗透的片材层28，在该片材层28上经由粘结、热粘合、热压光、热压印等方式结合有纤维层29。可以添加由诸如毛毡材料之类的具有较小高度的致密纤维材料构成的附加条29b，以起到坚固的附加间隔件的作用。片状层28可以呈塑料涂层，诸如铝或由塑料(聚乙烯、聚丙烯)和金属(铝)构成的复合材料之类的热反射层的形式。复合材料27可以呈管状用在内部软管的周围，或者可以呈条状或垫状用在内部软管的周围，其中防渗透的薄片28优选地设置在外侧。

图5c示出了复合纤维隔热材料30，其具有防止流体渗透的衬里层31，并在衬里层上层压了多个纤维层32、33、34。散布在纤维层32-34之间的 是辐射反射层35、36，这些反射层35、36可以由诸如铝之类的金属片，或诸如铝-聚乙烯层压材料之类的由塑料材料及金属构成的层压制品形成。反射层35、36的使用提高了复合材料30的隔热特性。

图6a示出了在以同轴管状的方式下围绕内部软管40放置的图5a的复合材料19。作为替代，可以以类似方式将图5b的复合材料27或图5c的复合材料30放置在内部软管40周围，其中衬里层28或31位于图5a中的外部层20所在的位置处。

图6b示出了以螺旋环的方式缠绕在内部软管40周围的复合材料19、27或30。如果复合材料使用图5b或图5c中所示类型的复合材料，则衬里层28、31形成外部层，其中以气密方式密封相邻条的衬里层。

应该注意的是，复合材料19、27、30不必完全填充介于同轴内部软管4、40和外部软管8之间的环形间隙9，但是同样可以通过排气过程容易地引入到间隙中而只在环形间隙中用作隔热材料，该排气过程在下面参考图4a-4g予以描述。

图7示出了实施方式，其中，沿内部软管40的长度分布有多个温度传感器41、42、43。如果液化气从内部软管40中的裂隙泄露，则温度传感器将会测量到温度下降。可将来自传感器41、42和43的信号供给至设置在内部软管40的端部法兰45所在的区域中的传送单元44。可将温度数据从传送单元44传送到设置在连接于管40的浮式结构上的检漏单元。

在图8中所示的实施方式中，在输送软管的端部法兰46所在的区域中合并有气体检测单元47。气体检测单元47包括泵和连接至介于外部软管(该图中未示出)和内部软管40之间的空间的入口管48。经由间隔材料的开放的纤维基体，气体检测单元47沿互相连接的软管管段的长度与介于内部软管和外部软管之间的环形空间处于流体连接中。

图9示出了放置在内部软管40上的纤维材料50，这些纤维形成了共格的三维基体，大部分纤维51的取向为大致沿软管40的长度方向。这样，来自外部软管的热流入量Q可以由纤维50降低，并实现改善的温度隔热。

图10示出了低温内部软管52以及同轴围绕在它周围的挠性外部软管53的结构。在介于内部软管和外部软管之间的间隙中放置有纤维材料54。优选地由诸如毛毡材料之类的致密且能略压缩的纤维材料制成的附加间 隔件55、56、57桥接该环形间隙并且紧靠在内部软管和外部软管上。根据软管直径，附加间隔件55、56、57之间的距离L可以在40-100cm之间变动，并且在那种情况下，纤维材料54主要起到隔热的作用。通过于此参照图4a-4g上述的排气过程，可将纤维材料和附加间隔件一起引入到间隙中。附加间隔件55-57有可能如图10中所示完全桥接介于内部软管和外部软管之间的间隙空间，或者将它们放置在纤维材料54的上部、内部或下面(参见图5b)。也可将附加间隔件以螺旋方式添加到内部软管上或者添加到内部软管的条带(未示出)的上部上。

在某些实施方式中，可以完全省略附加间隔件55-57，该间隔作用全部由纤维间隔材料54来提供，该纤维间隔材料54可以例如呈致密的毛毡或绒质材料的形式或者呈由不同纤维材料构成的组合的形式。

在图11中，示出了近海生产单元，其包括例如诸如LNG海上浮式存储装置(FPSO)(浮式生产、存储和卸载)102之类的浮式气体液化和存储装置，所述单元通过锚定索104锚定于海床103。通过产品升降器105，将诸如天然气之类的碳氢化合物从水下井106输送，以便在FPSO102中进行处理。FPSO 102包括液化装置，其在-161℃下将天然气冷却和液化成LNG。LNG通过低温输送软管107输送到LNG运输船的船体中央部或船首歧管，在那里将其卸载，在该实施方式中，将低温输送软管107沉入水下，但是也可以完全是或者部分是架空软管，或者可以在水面上浮动。低温输送软管107是挠性的，在这种意义上而言，它可以弯曲到例如10米或者更大的弯曲半径，优选地大约3米或者更大。当不使用时，软管107可以卷绕在水平或者竖直卷轴上，或者储存在FPSO 102的甲板上。软管也可以采用这样一种结构(未示出)，其中LNG运输船将LNG卸载至LNG卸载浮筒或浮式存储和再气化单元(FSRU)，在那里将LNG再气化并通过水下管线输送至海岸。

软管107由相互连接的管段构成，并且包括输送LNG的内部强化软管和由强化弹性材料制成的外部软管，该强化弹性材料保护外部软管免于受到海水的进入，并且为组合软管提供机械强度和保护。在内部软管发生故障的情况下，并且在管段的检测和输送过程中，它还提供了安全屏障。

一种用于输送原油的水下软管可从US 3,809,128获知。在这份文献中，选择性地控制介于内部软管和外部软管之间的空间内的空气的量，用于调节软管的浮力。为了保持介于内部软管和外部软管之间的足够的空气空 间，并且为了防止外部软管由于水压而塌陷到内部软管上，将螺旋形的间隔构件卷绕在内部软管的外表面周围。各软管管段通过位于内部软管上的端部法兰相互连接，这些法兰沿长度方向突出到外部软管的端面之外。由于内部软管在联接法兰处并未被外部软管所包围，因此它暴露到环境中，并且由此已知的内部软管不适用于输送诸如温度可为-161℃的LNG或温度可为-194℃的液氮之类的低温流体。

在根据本发明的低温软管107中，内部软管的内径为至少20cm。包围内部软管的外部软管包括壁厚为至少3cm、弯曲半径为至少3m、内径为至少25cm的防水强化弹性材料。根据本发明的同轴软管107可以由特别适用于输送低温流体、在机械方面相对较弱，但是受到外部软管保护的内部软管构成，该内部软管可以是在本质上已知的用于输送原油的软管。重叠式结构为架空、浮式或水下低温输送系统提供了改进的安全性，这是因为外部软管保护内部软管防止其与其它软管、吊车、LNG运输船或诸如拖船或工作挺之类的其它船舶发生撞击，并防止水进入。与内部软管相比，外部软管相对坚硬，但仍然是挠性的，足以在不使用时存储在浮筒、塔架或船舶上的竖直或水平软管卷轴上，或者存储在槽中的船舶的甲板上。

分管段的执行使得能够将软管方便地装配到它所需要的长度。这些管段还进一步使得能够将LNG输送系统的一部分容易地进行近海更换，以用于检查、维护或维修。

通过US 4,417,603可以获知一种低温输送软管，其用于将近海平台连接于油船，包括内部螺旋金属弹簧、偏离半个螺距的外部螺旋弹簧和位于弹簧之间的一层聚合物材料。隔热层围绕内部金属软管。已知的低温软管由单个部件构成，并且在发生故障的情况下需要被完全替换掉。另外，低温金属软管似乎相对易于损坏，并且不能受到外部隔层的有效保护，该外部隔层直接附连于金属内部软管。

此处使用的“低温”液化气表示温度低于-60℃的液化气，例如温度为-162℃的LNG。

利用此处使用的“挠性强化壁”，其包括复合材料或者金属软管壁，该软管壁具有通过例如波纹管状结构给予的挠性，或者具有螺旋弹簧状构造或者类似的壁结构，与片层材料构成的平坦壁相比，这些结构为软管提供强化的挠性。

利用此处使用的“海洋”环境，软管的使用位置意指水面上方、浮在水面上、沉入水面下，或者它们的任意组合。

在一个实施方式中，由于温差导致内部软管相对于外部软管沿长度方向是可伸长和/或收缩总软管长度的至少0.5％，内部软管在内部联接构件处或者附近并未连接于外部软管。当输送LNG时，可移动的内部软管防止应力积聚。当没有输送LNG时，联接构件可以独立地沿轴向与内部软管和外部软管对齐，这有助于在正常的环境状况下装配和/或更换软管管段。

为了考虑到强化内部软管的热感应膨胀和收缩，内部连接器构件包括位于一个内部软管管段上的套筒和位于其它内部软管管段上、可滑动地容置在套筒内或者其周围的管状端部。内部软管管段的滑动相互连接使得那些软管管段能够沿长度方向膨胀和收缩，同时同样能够相对于外部软管进行更换。

复合材料或者金属波纹管可以密封连接于两个内部软管管段，波纹管与套筒端部的两侧上的内部软管的外周表面以密封的方式接合。这样，在内部软管管段的滑动相互连接的周围提供有效密封。

作为替代，内部软管可以沿弯曲路径设置在外部软管内，从而能够相对于外部软管沿长度方向膨胀例如外部软管的总长度的0.5％-3％。

在另一个实施方式中，内部软管的连接构件通过附连构件附连于外部软管的连接构件，以用于适当地对齐内部软管，并且将它相对于外部软管保持在限定的轴向位置中。为了使得隔热介质能够在介于内部软管和外部软管之间的空间中循环，例如防冻流体、惰性气体、空气，或者用于产生隔热真空，为了将外部软管保持在优选地不低于-60℃的安全温度，在桥接介于内部软管和外部软管之间的空间的附连元件中设置轴向通道。

为了承受深达两百米的水深处的外部压力，外部软管可设置有加强环。

在图12中，更详细地示出了内部软管110和外部软管111的管段。内部软管110包括管段112和113，这些管段112和113通过连接部件114、115相互连接，连接部件114、115包括通过螺栓118连接的法兰116、117。外部软管111包括管段120、121，这些管段120、12l通过连接部件122、 123相互连接，连接部件122、123包括通过螺栓126连接的法兰124、125。内部软管和外部软管的管段可例如具有10米的长度，但是无需具有相同的长度。内部软管的管段可例如具有20米的长度，而外部软管管段具有10米的长度，或者反之亦然。

外部软管与内部软管之间的空间127可以从25cm到100cm变化，而外部软管111的壁厚w_o可以在3cm到10cm。内部软管110的内径D_i为20cm到70cm，而介于外部软管111和内部软管110之间的宽度h_i被间隔件128、129桥接，间隔件128、129支撑在内部软管110的外表面上。间隔件130设置在内部连接构件的法兰116、117周围，并且相对于外部法兰124、125固定内部法兰116、117的位置，同时使得内部软管110能够沿长度方向进行微小运动。在间隔件130中设有通道131，用于使得诸如惰性气体或者空气之类的气体能够沿软管110、111的长度方向循环。

可以改变环形空间127的外部软管的内径D为2厘米到16厘米。内部软管的壁厚w_i可以为2厘米到15厘米。

内部软管110可以是诸如Konrad Friedrichs、Fritz Papmahl和Herbert Backhaus于1980年5月5-8日的近海技术会议3844中所描述的之类的挠性低温波纹金属软管，或者是如美国专利No.4,417,603和WO01/96772中描述的成盘铬镍钢软管。

外部软管111可以是诸如由瑞典特瑞堡的特瑞堡公司(Trelleborg AB)以Trelline为商标生产的、由英国东北林肯郡的邓洛普石油和海运公司(Dunlop Oil and Marine)以Dunlop为商标生产的、以及由法国巴黎的可夫莱公司(Coflexip SA)生产的之类的用于输送原油的软管。由于其结构和使用了强化弹性材料，因此外部软管111比内部低温软管110更加坚硬。外部软管保护内部软管不受环境力的影响，并且在装载或者卸载过程中，吸收作用在内部软管110和外部软管111上的轴向力的50％以上，优选地为95％以上。

空间127用于将弹性材料的外部软管111与冷的内部软管110隔开，并且包括纤维隔热材料119。空气或惰性气体可以在空间127中循环，从而确保将外部软管111保持在安全的相对高的温度下，并且可出于检露的目的而使用空间127。可将空气加压到恰好高于所输送的LNG的压力，从而在内部软管被损坏的情况下，避免LNG泄露到空间127中。

有助于将内部软管110和外部软管111或多或少地保持在共轴配置中的间隔件128、129由隔热材料制成，例如致密的纤维、刚性但能略压缩的毛毡材料或者塑料或陶瓷材料，但是可以由泡沫材料或者凝胶、或者一个或两个紧密卷绕的螺旋塑料管代替，这种螺旋塑料管可以是可压缩的，从而使得内部软管能够在LNG输送时因温差感应收缩导致相对于外部软管进行相对运动或者移动。这种结构在US 3,809,128中进行了详细描述。

如图12b中所示，间隔件130由两个半圆筒体形成，这两个半圆筒体可以放置在内部软管110的外径周围。

图12c示出了与外部软管111的管段120、121互相连接的联接法兰124、125的凹进位置。

在图13、14和15所示的实施方式中，间隔件130由隔热材料制成，并且刚性连接于外部软管111的法兰124、125，从而相对于外部软管精确地确定内部软管110尤其在法兰处的轴向和径向位置。优点是，如果需要打开外部软管管段的法兰以维修或者维护，那么内部软管的法兰同样是可以直接接近的，这是因为在动态近海环境中的使用过程中，它们不能在外部软管内移动或者更换。

在图16a和16b中所示的实施方式中，内部软管110在外部法兰124、125和内部法兰116、117所在的位置处并未固定于外部软管111。间隔件132、133呈圆形，其适用于使得内部软管110和外部软管111的轴向运动能够避免由热感应收缩和膨胀造成的应力，该运动由环形空间127中的纤维隔热材料119进行调节。

在图17a和17b的实施方式中，间隔件140用于将内部软管110径向定位在外部软管111内，而且还对外部软管管段120、121进行轴向定位。联接环141插入到外部软管111的两个斜面142、143之间，并且通过轴向螺栓145连接于这些斜面，如图17b中所示。

在图18a和18b的实施方式中，内部软管110的管段112包括套筒144，管段113的端部可滑动地容置在套筒144中。在两个滑动表面之间设置有密封件，以确保无泄露的装配。套筒144的内侧和管段113的端部的外侧涂覆有诸如聚丙烯或者特氟龙之类的可滑动材料。

在图19的实施方式中，内部软管110的管段112、113的端部147、 148设置有密封波纹管149、150，该密封波纹管放置在端部147、148周围，并且延伸经过管段的端部开口15l、152，以密封接合静止的密封环153。

在图20的实施方式中，内部软管110的管段112、113的端部147、148放置在压紧套筒155中，该压紧套筒155通过多个密封环156、157密封地接合内部软管110的界面。压紧套筒155的法兰159被隔热材料和保护性护套161包围。

在图21的实施方式中，示出了内部软管110在(直的)外部软管111内具有弯曲路径，内部软管110在法兰116、116’、117、117’和124、124’、125、125’所在的位置处通过间隔件130、130’连接于外部软管111。这使得内部软管能够相对于外部软管伸长和收缩。

在外部软管111的壁162中设置有通道163，该通道163连接于泵164，例如用于在空间127中循环空气、稀有气体等。

图22示出了通过外部间隔件133附连于法兰134的浮舱132。图23示出了通过外部间隔件135附连于外部软管111的浮舱136。将浮舱放置在与弹性和/或塑性外部软管111相距一定距离处避免外部软管111局部变得过冷，从而使其经历晶相并且因此变得易碎(如例如橡胶软管的情况那样)。这将导致对外部软管造成不可修补的损伤。通过以外界水均匀地加热外部软管的方式来增加浮力，可避免局部冷却的问题。使得温度能够均匀分布的浮舱可以采用多种形状，例如相隔一定距离附连于外部软管的环形浮舱。舱室放置在与外部软管相距一定径向距离处，以便使得它能够沿其长度方向均匀接触水。

Claims (18)

1.构造一种挠性低温输送软管的方法，包括下述步骤：

-设置第一软管管段和第二软管管段，所述第一软管管段和第二软管管段均具有内部软管和外部软管，所述内部软管是一种挠性软管，所述外部软管包括壁厚为3cm到15cm的弹性和/或塑性材料，

-通过减小纤维材料中的气压将压缩的纤维材料设置在各个软管管段的所述内部软管与所述外部软管之间，

-在各个软管管段的端部处设置联接法兰，

-将所述第一软管管段的联接法兰和所述第二软管管段的联接法兰互相连接，以及

-在互相连接之前或之后，增大所述第一软管管段和所述第二软管管段中的所述纤维材料中的气压以使所述纤维材料能够膨胀从而使所述纤维材料桥接介于所述内部软管与所述外部软管之间的环形间隙，在所述软管的至少一部分长度上与所述内部软管和所述外部软管邻接，并且形成间隔件，所述纤维材料形成三维纤维基体并且能沿所述软管的长度方向弹性伸长至少10％，以容纳环境感生的拉伸或弯曲并且使得所述内部软管和所述外部软管能够在使用时伴随热致收缩和膨胀而产生相对位移。

2.如权利要求1所述的构造一种挠性低温输送软管的方法，包括下述步骤：

-在至少两个相应的内部软管周围设置所述纤维材料，

-在所述纤维材料周围设置气密薄膜，并且将所述气密薄膜围绕每个所述内部软管设置成气密结构，

-从气密结构中去除空气，以便通过压缩而缩小所述纤维材料的直径，

-在减小的压力下，将所述内部软管、所述压缩的纤维材料和所述气密薄膜放置在相应的外部软管中，并

-在下一步骤之前或之后，增大所述纤维材料的气压以使其能够膨胀，

-将由同心的内部软管和外部软管构成的软管管段相互连接，并且纤维材料介于所述同心的内部软管与外部软管之间。

3.由如前述权利要求中任一项所述的方法制成的低温输送软管，其中，在遍及至少0.4m的长度上，除了所述纤维材料外，没有其它间隔元件从所述内部软管上的接触位置径向延伸到所述外部软管上的接触位置。

4.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述纤维材料沿所述内部软管以非均匀的方式分布，使得沿长度方向存在由高密度纤维材料构成的区域和由低密度纤维材料构成的区域。

5.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述纤维材料包括具有不同密度和特性的纤维材料。

6.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，在高密度刚性纤维材料之间放置有挠性纤维材料。

7.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，当在所述内部软管上施加5到50kN/m的力时，所述纤维材料能够沿径向方向弹性压缩1％到10％。

8.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述纤维材料的长度为至少超过0.4m，密度为70kg.m^-3，并且开放体积为93％。

9.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述低温输送软管的弯曲半径是所述内部软管的直径的四倍。

10.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述外部软管的传热系数为0.2Wm^-1K^-1到1.0Wm^-1K^-1。

11.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述纤维材料由介于所述外部软管和所述纤维材料之间的气密层包围。

12.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述纤维材料包括绒质材料。

13.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述纤维材料包括绒毛毡材料。

14.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述外部软管包括纤维和/或金属强化弹性和/或塑性材料。

15.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述内部软管包括螺旋缠绕的强化金属丝，和/或波纹钢管。

16.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述内部软管和所述外部软管之间的压力与所述外部软管外侧的压力大致相等。

17.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述纤维材料包括缠绕在所述内部软管周围的条形纤维片材。

18.由如权利要求1所述的方法制成的低温输送软管，其中，所述外部软管的传热系数为0.4Wm^-1K^-1。

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