CN102076439A - 用于制造细长管的方法以及管的用途 - Google Patents

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CN102076439A CN2009801250247A CN200980125024A CN102076439A CN 102076439 A CN102076439 A CN 102076439A CN 2009801250247 A CN2009801250247 A CN 2009801250247A CN 200980125024 A CN200980125024 A CN 200980125024A CN 102076439 A CN102076439 A CN 102076439A
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R·J·A·史密斯
W·魏尔
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Abstract

本发明涉及一种用于制造细长管的方法，所述方法包括下列步骤：(a)通过将扁平细长金属条带连续地供应给导向架形成旋转临时管(1)，所述旋转临时管具有连续制造该旋转临时管的第一端部和与所述第一端部相对的第二端部，所述导向架将所述条带形成螺旋结构，使得螺旋结构的连续绕圈不重叠，并且使由导向架形成的螺旋结构的连续绕圈彼此螺旋地焊接；(b)从旋转临时管(1)的第二端部切割筒体；和(c)将在步骤(b)中获得的筒体彼此焊接以形成细长管。本发明还涉及细长管在用于制造细长多层管状体的方法中的用途。

Description

用于制造细长管的方法以及管的用途
技术领域
本发明涉及用于制造细长管的方法，用这种方法获得的细长管以及该细长管在细长多层管状体的制造中作为内套管的用途。
背景技术
WO 2007/072078、GB 2433564、US 6048428和WO 00/29162公开了包括内套管和外套管的细长管状体。这些管状体适合于输送天然气和液态石油产品。
在WO 2006/016190中，公开了形成具有内套管和外套管的细长管状体的方法，其中，外套管具有一根或更多根由自重叠的螺旋缠绕材料制成的条带，所述内套管具有通过连续成形法形成的细长管状结构。内套管可以由一根或更多根由自重叠的螺旋缠绕材料制成的条带形成。
连续制造由自重叠条带构成的细长管或管状体需要高难度技术。由自重叠条带构成的细长管或管状本体需要轮廓弯曲。成形条带的弯曲导致应力在条带上的不均匀分布，从而导致过早损坏。条带上的应力集中(由应力集中系数表示)会削弱管的强度。这在制造非常长的细长管时尤为不利。
在包括一个或更多个不带任何异型(profile)的层的细长管在包括随后为焊接的螺旋卷绕方法的方法中由扁平细长金属条带制成的情况下，该方法通常制成回转管或旋转管。在制造较短管的情况下，这不是问题。然而，在制造较长管，例如数百米乃至更长的管的情况下，需要附加设备和能量以使该长管旋转。
现在已经发现，通过制造旋转临时管，从管上切割筒体和将筒体彼此焊接以形成细长管，不带任何异型的强度更高和更长的细长管可以连续和有利地由扁平细长金属条带(形式为具有绕圈的螺旋结构(helix))制成，其中，螺旋结构中的连续绕圈不彼此重叠，焊接方法适当地包括不旋转筒体。
发明内容
因此，本发明提供了一种用于制造细长管的方法，所述方法包括下列步骤：
(a)通过将扁平细长金属条带连续地供应给导向架形成旋转临时管，所述旋转临时管(rotating temporary tube)具有连续制造管的第一端部和与所述第一端部相对的第二端部，所述导向架将所述条带形成螺旋结构，使得螺旋结构的连续绕圈不重叠，并且使提供给导向架的螺旋结构的连续绕圈彼此螺旋地焊接；
(b)从旋转临时管的第二端部切割筒体；和
(c)将在步骤(b)中获得的筒体彼此焊接以形成细长管。
根据本发明的方法的优点在于，用于制造细长管的方法包括制造临时管，所述临时管连续制造并且切割成筒体，其后将筒体彼此焊接以形成细长管。这样，可以制造和使用长或非常长的管状元件。该方法不需要细长管旋转。此外，借助于使用扁平细长金属条带制备预成形的螺旋形细长管的特征，在预成形螺旋结构中几乎没有例如因应力集中引起的故障。
本发明还提供了由所述方法获得的细长管。由所述方法形成的细长管可以由一个或更多个，特别是一层或两个同心层，优选地单层构成，其中，每一层由具有不重叠连续绕圈的螺旋结构组成。这样，不会引起应力集中。
本发明还涉及细长管在制造包括管状内部空芯的细长多层管状体中的用途，所述细长管作为围绕空芯的内套管和围绕内套管的外套管，所述外套管包括彼此围绕的至少两个同心层，每一层由预成形为螺旋结构形状的一个或更多个细长金属条带组成，所述螺旋结构具有不彼此重叠的连续绕圈并且连续绕圈之间沿轴向方向具有至多1厘米的间隙，其中，非外层的层中的每个间隙由连续围绕层的螺旋结构的绕圈完全覆盖，其中，外套管中的连续层通过粘合剂彼此粘接，所述方法包括提供细长管作为内套管，提供预成形为螺旋结构形状的一个或更多个第一扁平细长金属条带并且将螺旋结构施加到内套管上以形成外套管的第一层，提供和施加粘合剂，提供预成形为螺旋结构形状的一个或更多个第二扁平细长金属条带并且将螺旋结构施加到外套管的第一层上以形成外套管的第二层，可选地，其后进一步提供和施加一个或更多个粘合剂附加层和预成形为螺旋结构形状的扁平细长金属条带。
在上述方法中，内套管为不旋转的，其提供了围绕非旋转的向前移动的细长管缠绕外套管层(包括形成为螺旋结构形状的一个或更多个细长金属条带)的可能性。这样，克服了形成长的细长多层管状体中的困难。细长管用作内套管的优点在于，管可以由耐腐蚀材料制成。这样，管线的必要条件(耐腐蚀性和强度)至少部分地是独立的。内套管尤其提供了耐腐蚀性，外层提供了大部分强度(轴向以及径向)。细长体中心处的空芯是用于输送空气和/或液体的空间。
细长管适当地由金属，特别地由钢，更特别地由抗腐蚀钢制成。基本上，可以使用给所容纳产品提供密封结构的任何材料，其提供耐腐蚀性、耐应力或耐氢致裂纹。
根据本发明制造细长管的方法包括几个步骤。在第一步骤中，形成旋转临时管。步骤(a)中的临时管是通过将扁平细长金属条带连续供应给导向架形成的，所述导向架将条带形成螺旋结构，使得螺旋结构的连续绕圈不重叠。
导向架适当地包括筒体。通过在筒体内侧上引导金属条带，形成螺旋结构。导向架优选地包括由辊子形成的筒体。这样，所形成的临时管在其通过导向架的移动期间经受较少阻力。
优选地，通过将预成形为螺旋结构形状的扁平细长金属条带连续供应给导向架形成临时管，使得螺旋结构的连续绕圈不重叠。螺旋结构的连续绕圈不彼此重叠，优选地，彼此接触或几乎接触。
预成形的扁平细长金属条带适于在滚压成形系统中通过扁平细长金属条带的塑性变形获得。滚压成形系统由心轴组成以允许扁平金属条带弯曲成平滑曲面，不产生令人讨厌的皱褶、扭纹或皱缩。心轴可以通过直接连接到电动机或发动机上驱动而被驱动，或者通过附接到轴承支撑、皮带轮传动的支架上而被驱动。这种心轴在本领域众所周知。适当的心轴是管状杆或辊子。优选地，使用辊子。滚压成形系统包括辊子组件，优选地3到5个辊子，更优选地3个辊子。辊子可以具有相同尺寸或不同尺寸。在三辊系统的情况下，围绕中间辊完成实际弯曲(或预成形)(例如参见EP07107564.2，图6)。该辊子的直径适当地为1厘米到30厘米，优选地2厘米到20厘米。其它辊子的尺寸可以更小或更大，但是优选地存在用于轴承和驱动装置的充分空间。优选地，所有辊子设置有驱动装置以拉动金属条带穿过滚压成形系统。优选地，条带通过导向元件供应到滚压成形系统中，导向元件包括设置有细长狭缝的细长箱体，狭缝的宽度略大于金属条带，优选地，狭缝比金属条带的宽度大高达2毫米，更优选地高达1毫米，最优选地高达0.5毫米。
优选地，通过使一卷扁平细长金属条带开卷，随后进行拉直制造扁平细长金属条带。
优选地，扁平细长金属条带在供给到导向元件之前通过切掉边缘而进行切边。在切边过程中，去除条带边缘的所有不规则部分。可以通过刮削、砂纸打磨或抛光进行切边处理，但是优选地通过激光切边进行。切边尤其提高了焊接工艺的质量。
细长扁平金属条带可以在一定角度下提供给滚压成形系统，该角度为条带和滚压成形系统中辊子法线之间的角度。由于这个角度，金属条带在辊子上滑动或滑移。适当地，扁平细长金属条带以0.6到1.4乘以角α，优选地0.8到1.2乘以角α的进给角供应给辊子，角α与最终管状体中的角α相同(例如参见EP07107564.2，图4)。
适当地，导向元件包括两排辊子或轴承以引导扁平细长金属条带，两排辊子或轴承形成狭缝边缘并且由特别是金属或合金(其具有比金属条带硬度更高的硬度)的材料制成。
适当地，导向元件和滚压成形系统之间的距离小于5厘米，优选地小于1厘米，更优选地小于0.5厘米。相对短的距离是优选的，从而避免金属条带起皱。
连续制造的临时管(＝连续增长的临时管)具有管子连续增长的第一端部和与第一端部相对的第二端部。管子在第一端部处连续增长，这是因为滚压成形系统将一个或更多个扁平细长金属条带连续供应给导向架，所述导向架形成螺旋结构，使得螺旋结构的连续绕圈不重叠。导向架由辊子组成以在管子不产生不希望的皱褶、扭纹或皱缩的情况下引导连续增长的管子。
请注意，就一层中的两个(或更多个)金属条带来说，相邻层可以具有相同的结构或者包括更多或更少的条带。为了获得两个同心层(其中，层的螺旋结构的连续绕圈之间的接触线(以及在一个螺旋结构中的两个或更多个条带情况下的任意接触线)由相邻层的螺旋结构的绕圈完全覆盖)的希望重叠，必要的是，层中每个螺旋结构(包括一个或更多个条带)的螺距对于所有层而言相同。优选地，每一层由一个或两个金属条带，更优选地由一个金属条带组成。
适当地，临时管由两个同心层组成，每一层由具有不重叠的连续绕圈的螺旋结构组成。应当理解，临时管中的外层直径需要略大于内层。
两个同心层之间的间隙可以充满粘合剂，粘合剂骨架(adhesivematrix)充满例如绝缘物质或充满空气。
适当地，临时管由单层组成，其由具有不重叠的连续绕圈的螺旋结构组成。在临时管由通过一个金属条带形成的单层组成的情况下，螺旋结构直径为5到250厘米，优选地10到150厘米，更优选地15到125厘米。
适当地，螺旋结构的两个连续绕圈之间的轴向间隙在焊接之前为至多0.5厘米，优选地至多0.2厘米，更优选地至多0.1厘米，最优选地，其中，连续绕圈彼此接触。
由两个或更多个条带组成的单层通过由第二或多个滚压成形系统将两个或更多个条带供应给导向架而形成。优选地，通过连续供应预成形为具有绕圈的螺旋结构形状的两个或更多个条带形成由两个或更多个条带组成的单层，使得螺旋结构的连续绕圈不重叠并且优选地彼此接触或几乎接触。
位于导向架上的螺旋结构的连续绕圈优选地通过激光焊接彼此螺旋地焊接。优选地，螺旋结构的连续绕圈在螺旋结构供应给导向架时或者在螺旋结构由导向架形成时彼此焊接。这样，两个或更多个螺旋结构(其通过将两个或更多个金属条带供应给导向架获得)形成一个螺旋结构。绕圈以1米/分钟到10米/分钟，优选地2米/分钟到8米/分钟，更优选地3米/分钟到5米/分钟的速度彼此焊接。应当理解，制造管子的速率在使用两个螺旋结构时较快。
临时管的第二端部与第一端部相对。临时管的第二端部连续旋转，从导向架并沿其向前移动，这是因为临时管从第一端部连续增长。
当使用根据本发明的方法时，在生产设备中装卸旋转的长临时管的情况下，可以毫无困难地连续形成长的细长管。
通过在本发明方法的步骤(b)中从临时管的第二端部切割筒体完成上述工作。优选地，通过激光切割对筒体进行切割。适当地，切割筒体可以从导向架移动到第二导向架。在第二导向架，连续筒体可以按照这样的方式放置，使得筒体的端部彼此接触。
在步骤(b)中所获筒体的长度为至少1米，优选地3米到30米，更优选地4米到15米。
在本发明方法的步骤(c)中，筒体彼此焊接以形成细长管。优选地，形成非转动的细长管。
优选地，本发明的步骤a、b和c在同一地点或者彼此紧邻地进行。紧邻在这里是指步骤a、b和c在彼此小于100米，优选地小于10米的距离内进行。
这样，筒体还可以在制造地点彼此焊接，代替首先将筒体运送到运输天然气和液态石油产品的地点。优选地，筒体通过激光焊接彼此焊接。筒体以1-10米/分钟的速度，优选地以2-8米/分钟的速度，更优选地以3-5米/分钟的速度彼此焊接。
已经发现，在本方法中获得的细长管可以由一层或两层构成，其中，每一层由具有不重叠连续绕圈的螺旋结构组成。这样，不会引起应力腐蚀。因此，本发明还涉及根据本发明获得的细长管。
细长体的长度适当地为至少20米，优选地为100米到20千米，更优选地为500米到5千米。
细长管在每层包括一个条带时，所述层适当地具有3∶1到40∶1，优选地4∶1到28∶1，更优选地6∶1到20∶1的周长条带比(circumferenceto strip ratio)。
在细长管中，一个金属条带适当地具有至少2厘米，优选地20-300厘米，更优选地10-200厘米的宽度，并且具有0.2-5毫米，优选地0.4-4毫米，更优选地0.8-2毫米的厚度。在一层有两个金属条带组成的情况下，每个条带可以小于在只由一个条带组成的层中所用的条带。
本发明还包括细长管在制造包括管状内部空芯的细长多层管状体中的用途，所述细长管作为围绕空芯的内套管和围绕该内套管的外套管。
外套管包括彼此围绕的至少两个同心层。当只使用一层时，轴向负荷阻力过低。基本上，对层的最大数量没有限制，但是切实可行的数量是最多24，尤其是最多20。
每一层由预成形为螺旋结构的一个或更多个细长金属条带组成，所述螺旋结构具有不彼此重叠的连续绕圈。预形成的扁平细长金属条带适于在用于制造内套管的如上所述的滚压成形系统中通过扁平细长金属条带的塑性变形获得。
细长多层体(在每一层中包括一个条带时)适当地具有3到40、优选地4到28、更优选地6到20的周长/条带宽度比，周长为外套管的最小层(或围绕内套管的第一层)的周长。就每层中超过一个条带而言，条带宽度定义为该层中的条带宽度之和。
螺旋结构的直径可以是内套管直径的1到1.4倍，适当地，螺旋结构的直径为内套管直径的1到1.25倍，优选地，1到1.12倍，更优选地1到1.04倍。
外套管的一层中的两个绕圈之间的距离优选地相对较小。这样，可以在没有与粘合层破裂有关的任何潜在问题下相对容易地传递作用力。螺旋结构在连续绕圈之间沿轴向方向具有至多1厘米的间隙。为了获得至少两个同心层(其中，不是外层的层中的每个间隙由连续围绕层的螺旋结构的绕圈完全覆盖)的希望重叠，必要的是，层中每个螺旋结构(包括一个或更多个条带)的螺距对于所有层而言相同。外套管中的连续层通过粘合剂彼此粘接。优选地，内层和外层通过粘合剂彼此粘接。基本上，使用各种粘合剂(液体、粉末等)，但是从切实可行的观点出发，浸渍的编织或非编织条带是优选的。优选地，粘合层包括可固化聚合物，优选地为具有织物载体的薄膜基环氧树脂，更优选地为Cytec FM 8210-1。
内套管和外套管中的第一层之间的距离适当地为至多2毫米，优选地为0.01-1毫米。同样，外套管中的两层之间的距离为至多2毫米，优选地为0.01到1毫米。通常，内套管和第一层之间以及外套管的层之间的间隙充满粘合剂。
细长多层管状体的长度为1米到40千米，乃至更长。适当地，长度为至少20米，优选地为100米到20千米，更优选地为500米到5千米。
所述细长多层管状体的制造包括提供内套管，提供预成形为螺旋结构形状的一个或更多个第一扁平细长金属条带，以及将螺旋结构施加到内套管上以形成外套管的第一层。通过提供和施加粘合剂，外套管中的第一层和内套管彼此粘接。通过提供预成形为螺旋结构形状的一个或更多个第二扁平细长金属条带和将螺旋结构施加到外套管的第一层上，形成外套管的第二层。可选地，该方法之后为提供和施加一个或更多个附加的粘合剂层和预成形为螺旋结构形状的扁平细长金属条带。
外套管的第一层(由形式为螺旋结构的一个或多个细长金属条带组成)可以缠绕向前移动的非旋转的端部敞开的细长管。这样，克服了形成长的细长多层管状体中的困难。
外套管可以由例如高强度钢，尤其是处于马氏体相的材料占据高比例的钢制成。这种管状体具有下列优点，即，对于具有较小壁厚的管而言，由此对于较轻重量的管状体而言，可以承受高内部压力。内套管可以由例如耐腐蚀材料制成。这样，管线的必要条件(耐腐蚀性和强度)至少是独立的。
如上所述的细长多层管状体适当地由规定的最小屈服强度(SMYS)为至少100000lbs/in2，优选地150000到300,000lbs/in2，更优选地180000到250000lbs/in2的金属条带制成。
附图说明
下面将参考附图以举例方式更详细地描述本发明，其中：
图1示意性地显示了根据本发明的细长管的一部分的侧视图；和
图2显示了位于导向架上的临时管的一部分和给导向架供应扁平细长金属条带的滚压成形系统。
具体实施方式
图1只显示了位于管1的前侧的线条。管1由两个同心层组成，每个层由具有非重叠连续绕圈(winding)的螺旋结构组成。螺旋结构的两个绕圈已经在附图中标出，即：外层的绕圈2和内层的绕圈3。每层由一个金属条带组成。内层螺旋结构的连续绕圈之间的间隙由外层绕圈完全覆盖。连续绕圈彼此焊接。焊接接头在附图中以4表示。
在图2中，形成临时管，其具有连续增长的第一端部1和与第一端部1相对的第二端部2。扁平细长条带3供给到滚压成形系统4中。它在三个心轴的作用下成螺旋形弯曲。螺旋形弯曲的金属条带提供给导向架5。位于导向架上的螺旋结构的连续绕圈通过激光6彼此螺旋地焊接。

Claims (10)

1.一种用于制造细长管的方法，所述方法包括下列步骤：
(a)通过将扁平细长金属条带连续地供应给导向架而形成旋转临时管，所述旋转临时管具有连续制造该旋转临时管的第一端部和与所述第一端部相对的第二端部，所述导向架将所述条带形成螺旋结构，使得螺旋结构的连续绕圈不重叠，并且使由导向架形成的螺旋结构的连续绕圈彼此螺旋地焊接；
(b)从旋转临时管的第二端部切割筒体；和
(c)将在步骤(b)中获得的筒体彼此焊接以形成细长管。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤a、b和c在同一地点或者彼此紧邻地执行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，通过将预成形为螺旋形状的扁平细长金属条带连续供应给导向架而形成临时管。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在步骤(c)中形成的端口敞开的细长管是非旋转管。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，每层的螺旋结构的连续绕圈之间的接触线由相邻层螺旋结构的绕圈完全覆盖。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，在步骤(a)中形成的临时管由两个同心层构成。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，在步骤(c)中，筒体通过激光焊接，优选地利用1到10米/分钟的焊接速度彼此焊接。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，螺旋结构的两个连续绕圈之间的轴向间隙在焊接之前为至多0.2厘米，优选地至多0.1厘米，更优选地，其中，连续绕圈彼此接触。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的方法，其中，扁平细长金属条带是钢带，优选地为耐腐蚀钢带。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法获得的细长管在制造包括管状内部空芯的细长多层管状体中的用途，所述细长管作为围绕空芯的内套管和围绕内套管的外套管，所述外套管包括彼此围绕的至少两个同心层，每一层由预成形为螺旋结构形状的一个或更多个细长金属条带组成，所述螺旋结构具有不彼此重叠的连续绕圈并且连续绕圈之间沿轴向方向具有至多1厘米的间隙，其中，非外层的层中的每个间隙由连续围绕层的螺旋结构的绕圈完全覆盖，其中，外套管中的连续层通过粘合剂彼此粘接，所述方法包括提供细长管作为内套管，提供预成形为螺旋结构形状的一个或更多个第一扁平细长金属条带并且将螺旋结构施加到内套管上以形成外套管的第一层，提供和施加粘合剂，提供预成形为螺旋结构形状的一个或更多个第二扁平细长金属条带并且将螺旋结构施加到外套管的第一层上以形成外套管的第二层，可选地，随后进一步提供和施加一个或更多个粘合剂附加层和预成形为螺旋结构形状的扁平细长金属条带。
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