CN112513331A - 管主体阴极保护 - Google Patents

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CN112513331A CN201980041578.2A CN201980041578A CN112513331A CN 112513331 A CN112513331 A CN 112513331A CN 201980041578 A CN201980041578 A CN 201980041578A CN 112513331 A CN112513331 A CN 112513331A
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Abstract

公开了用于生产流体的海底输送的柔性管、制造柔性管主体的方法和为具有破裂管环形空间的柔性管的至少一个抗拉铠装层的铠装线提供腐蚀保护的方法。该柔性管包括流体保持层、外部护套和设置在流体保持层与外部护套之间的至少一个抗拉铠装层，该至少一个抗拉铠装层包括第一材料的多根螺旋缠绕的单丝铠装线，每根铠装线具有纵横比大于1:2的非圆形横截面。抗拉铠装层还包括插置在铠装线之间的至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件，该至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件基本上具有1:1的横截面纵横比，并且包括另一种材料，阳极元件横截面的面积是所述非圆形横截面的相应面积的50%或更小。

Description

管主体阴极保护
技术领域
本发明涉及一种用于为柔性管提供腐蚀保护的方法和设备。特别地，但不排他地，本发明涉及提供抗拉铠装(tensile armour)层，该抗拉铠装层包括具有非圆形横截面的单丝铠装线和具有基本圆形横截面的细长阳极元件，阳极元件与相邻的主铠装线线匝插置在一起。铠装线和阳极元件由不同的材料形成。
背景技术
传统上，柔性管用于从一个位置向另一个位置输送诸如石油和/或天然气和/或水的生产流体。柔性管在将海底位置(可能在水下深处，比如1000米或更深处)连接到海平面位置时特别有用。管可具有典型地高达约0.6米的内径(例如，直径可在从0.05m至0.6m的范围内)。柔性管通常形成为柔性管主体和一个或多个端部配件的组件。管主体典型地形成为形成承压导管的层状材料的组合。管结构允许较大的挠度，而不会造成在管的使用寿命期间损害管的功能的弯曲应力。存在不同类型的柔性管，诸如根据API 17J制造的无粘结柔性管或复合类型柔性管等。管主体通常被构建为包括聚合物层和/或复合物层和/或金属层的组合结构。例如，管主体可包括聚合物层和金属层、或聚合物层和复合物层、或聚合物层、金属层和复合物层。各层可由诸如挤出管的单件形成，或者通过以期望的螺距螺旋缠绕一根或多根线或者通过将同心地并排布置的多个分立环连接在一起而形成。根据所使用的柔性管的层和柔性管的类型，一些管层可粘结在一起或保持不粘结。
一些柔性管已用于深水(小于3,300英尺(1,005.84米))和超深水(大于3,300英尺)开发。对石油的需求不断增加，导致在环境因素更加极端的越来越深的地方(例如超过8202英尺(2500米))进行勘探。例如，在这样的深水和超深水环境中，洋底温度增加了生产流体冷却到可导致管道堵塞的温度的风险。在实践中，柔性管通常被设计成在-30℃至+130℃的操作温度下工作，并且被开发用于甚至更极端的温度。增加的深度也增加了与柔性管必须在其中操作的环境相关联的压力。例如，柔性管可能需要在作用在管上的范围从0.1MPa至30MPa的外部压力下操作。同样，输送石油、天然气或水很可能从内部产生作用在柔性管上的高压，例如来自作用在管上的内孔流体的范围从0到140MPa的内部压力。结果，增加了对诸如柔性管主体的管骨架(carcass)或压力铠装层或抗拉铠装层的某些层的高水平性能的需求。为完整起见，应当指出，柔性管也可用于浅水应用(例如深度小于约500米)，或甚至用于岸上(陆上)应用。
众所周知，柔性管的内部流体保持层(通常称为衬里或阻隔层)和外部流体保持层(称为外部护套)在它们之间限定了环形区域，各种金属结构可位于该环形区域中。例如，这种金属结构是抗拉铠装线匝或压力铠装线匝等。此外，众所周知，如果柔性管的外部护套在使用中或安装时破裂，海水进入环形区域可导致金属零件的腐蚀。为了防止腐蚀，已经采用了阴极保护。阴极保护是一种提供腐蚀保护的机制，并且这种阴极保护对本领域技术人员来说是众所周知的。例如，推荐作法DNV-RP-B401或推荐作法DNV-RP-F103提供了为海底管道和柔性管立管提供阴极保护(CP)系统的指南。总之，这种CP系统依赖于包含诸如铝或锌块的金属阳极，它们不太贵重，并且因此比将要保护的柔性管的金属区域具有更低的参考电势。在阳极所在的接触点处，诸如钢线匝的柔性管金属将具有阳极的电势。该电势沿着远离阳极的柔性管主体的长度逐渐增加。电势的变化是由金属元件的结构的电阻以及其它因素导致的衰减效应造成的。
由于这些众所周知的衰减效应，以及用作CP系统一部分的阳极常规地安装到柔性管的端部配件的事实，下一个相邻端部配件之间的柔性管主体的有效长度受到限制。有效地，常规地使用比期望更多的端部配件，以便沿着管道以所需的频率水平提供装配到端部配件的阳极。这种沿着柔性管包括“额外”端部配件的要求常规地增加了与提供海底管道和/或立管相关联的成本和复杂性。
有时还已知在海底管上的护罩破裂的情况下能够沿着一段柔性管主体的整个长度提供局部保护。提供这种局部保护可能是复杂的，并且费用高昂。
还进一步已知的是，与柔性管主体和柔性管的制造相关联的制造技术可能是复杂并且因此昂贵的过程。
发明内容
本发明的目的是至少部分地减轻一个或多个上述问题。
本发明的某些实施例的目的是沿着柔性管主体的整个长度提供阴极保护。
本发明的某些实施例的目的是为内部和外部抗拉铠装线提供阴极保护。
本发明的某些实施例的目的是提供紧邻柔性管主体中需要保护的任何材料的一个或多个内部阳极，并且将阳极部件放置在与需要保护的材料相似的电解质(诸如缺氧海水或富氧海水)中。
本发明的某些实施例旨在沿着柔性管主体的整个或部分长度提供有效的局部阳极位置，以帮助克服常规技术遭受的衰减问题。
本发明的某些实施例的目的是提供一种用于消除阴极保护系统沿着柔性管的长度的衰减效应的机制。
本发明的某些实施例的目的是在包括金属部件的柔性管的层之间提供电连接。
本发明的某些实施例的目的是在柔性管的相对层之间提供抗微动磨损层，从而为相对层提供隔离，但也有助于保持间隔开的层中的金属零件电连接。
本发明的某些实施例的目的是减少沿着柔性管主体的长度的衰减效应。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于生产流体的海底输送的柔性管，其包括：
流体保持层；
外部护套；和
至少一个抗拉铠装层，其设置在流体保持层和外部护套之间并且包括第一材料的多根螺旋缠绕的单丝铠装线，每根铠装线具有纵横比大于1:2的非圆形横截面；其中
抗拉铠装层还包括插置在铠装线之间的至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件，该阳极元件基本上具有1:1的横截面纵横比，并且包括另一种材料，该阳极元件横截面的面积是所述非圆形横截面的相应面积的50%或更小。
适当地，所述另一种材料比所述第一材料更具电活性，并且任选地为圆形或正方形或六边形或l形横截面。
适当地，所述另一种材料比所述铠装线的第一材料对柔性管中海水保持管环形区域的腐蚀环境更具活性。
适当地，每个阳极元件的所述另一种材料能够至少部分地溶解于海水中。
适当地，每个阳极元件在端接柔性管的相应端部的端部配件之间沿着柔性管延伸整个长度。
适当地，每个阳极元件都是牺牲阳极。
适当地，每个阳极元件的所述另一种材料包括镁和/或铝和/或锌。
适当地，每个阳极元件包括所述另一种材料的至少一根细长股线。
适当地，每个阳极元件包括单丝线或绞合线，该绞合线包括所述另一种材料的多根细长丝。
适当地，绞合线阳极元件在径向方向上的厚度在相同抗拉铠装层中抗拉铠装线的厚度的110%和135%之间。
适当地，每个阳极元件包括细长芯，该芯包括沿着阳极元件的整个长度延伸的又一种材料。
适当地，芯的所述又一种材料的强度大于所述另一种材料的强度。
适当地，每个阳极元件包括沿着阳极元件的整个长度延伸的穿孔的壳体，该壳体包括又一种材料。
适当地，穿孔的壳体的所述又一种材料的强度大于所述另一种材料的强度。
适当地，抗拉铠装层包括多个细长阳极元件。
适当地，多个细长阳极元件在抗拉铠装层中周向地间隔开。
适当地，细长阳极元件随后在抗拉铠装中周向地均匀分布。
适当地，每个单丝阳极元件在径向方向上的厚度小于公共抗拉铠装层中的抗拉铠装线中的每一根的相应厚度。
适当地，所述厚度是所述相应厚度的约95%至98%。
适当地，在抗拉铠装层的径向内表面和/或径向外表面上的至少一个带层，包括至少一个螺旋缠绕的导电带元件。
适当地，带层包括所述至少一个螺旋缠绕的导电带元件和至少一个电绝缘带元件，电绝缘带元件的线匝插置在导电带元件的线匝之间。
适当地，抗拉铠装层包括柔性管的径向内部抗拉铠装层，并且带层插置在抗拉铠装层和径向地设置在流体保持层外部的压力铠装层之间。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造柔性管主体的方法，该方法包括以下步骤：
提供流体保持层；
通过在下卧层(underlying layer)上螺旋缠绕第一材料的抗拉铠装线来提供至少一个抗拉铠装层，每根抗拉铠装线具有纵横比大于1:2的横截面；
同时螺旋缠绕基本上具有1:1的横截面纵横比的至少一个细长阳极元件，该细长阳极元件的面积是所述阳极元件横截面的相应面积的50%或更小，并且包括不同于铠装线的所述第一材料的另一种材料，其中，所述至少一个阳极元件插置在相邻铠装线之间；和
提供外部护套。
适当地，该方法还包括以与抗拉铠装层中的铠装线周向地间隔开的关系螺旋缠绕多个分立的细长阳极元件。
适当地，该方法还包括将每个细长阳极元件缠绕在紧邻的铠装线之间。
适当地，该方法还包括将多个分立的细长阳极元件以并排布置作为一组螺旋缠绕在一起，其中，每组分立的细长阳极元件由此设置在紧邻的铠装线之间。
适当地，该方法还包括以与抗拉铠装层中的铠装线周向地间隔开的关系同时缠绕多组分立的细长阳极元件。
根据本发明的第三方面，提供了一种为具有破裂管环形区域的柔性管的至少一个抗拉铠装层的铠装线提供腐蚀保护的方法，该方法包括：
在至少一个抗拉铠装层中的第一材料的多个螺旋缠绕铠装线和另一材料的至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件之间提供电子通道；和
当海水经由外部护套裂口进入柔性管的环形区域时，在每个阳极元件和海水之间提供离子通道。
适当地，该方法还包括：提供电子通道的所述步骤包括在第一材料和另外的材料之间提供电子通道，其中，第一材料不同于另外的材料，并且另外的材料比第一材料更具电活性。
本发明的某些实施例提供了屏蔽内部线的外部抗拉铠装层的线，并且这为克服衰减限制的长管提供了局部阳极位置。
本发明的某些实施例延长了可生产的管的最大长度，并且仍然受到阴极保护系统的保护。这可任选地在不需要管道中连接的情况下实现，根据常规技术原本需要管道中连接。
本发明的某些实施例提供了阳极，该阳极可沿着柔性管的长度固定到端部配件或柔性管主体本身，并且这些阳极连接到细长阳极元件，该细长阳极元件在柔性管主体内沿着柔性管主体的整个或部分长度作为抗拉铠装线的替代品延伸。
本发明的某些实施例用共享合适几何形状的阳极元件代替柔性管中的一根或几根抗拉铠装线，以向柔性管提供分布式阴极保护。这种阳极元件在海底管道上的护罩破裂的情况下提供局部保护。
本发明的某些实施例提供了一种有效地将柔性管主体中的多层金属元件电连接在一起的方法。结果，沿着柔性管的长度的电阻减小，从而降低衰减效应。
本发明的某些实施例提供了一种抗微动磨损层，该抗微动磨损层可用在柔性管主体中的相对层之间，并且还包括一个或多个导电元件，该导电元件桥接分离层之间的空间，以帮助在沿着柔性管主体的长度的重复位置处提供电连接。
附图说明
现在将在下文中参照附图仅以示例的方式描述本发明的某些实施例，在附图中：
图1示出了柔性管主体；
图2示出了结合柔性管主体的柔性管的用途；
图3示出了沿着柔性管主体的长度的横截面；
图4示出了包括抗拉铠装线匝和阳极线匝的柔性管主体层；
图5示出了备选的抗拉铠装层，其具有纵向地布置成绞合线以提供阳极元件的阳极材料的股线；
图6示出了备选的抗拉铠装层，其中阳极元件包括壳体、芯和多根阳极材料股线；和
图7示出了由导电带和电绝缘带两者提供的中间层。
在附图中，相似的附图标记指代相似的部分。
具体实施方式
贯穿本说明书，将参照柔性管。应当理解，本发明的某些实施例适合与多种柔性管一起使用。例如，本发明的某些实施例可结合根据API 17J制造的类型的柔性管和相关联的端部配件使用。这种柔性管通常被称为无粘结柔性管。其它实施例与其它类型的柔性管相关联。
转到图1，应当理解，所示的柔性管是管主体的一部分和一个或多个端部配件(图1中未示出)的组件，在每个端部配件中，管主体的相应端部终止。图1示出了管主体100是如何由形成承压导管的分层材料的组合形成的。如上所述，尽管图1中示出了许多特定的层，但是应当理解，本发明的某些实施例可广泛地应用于包括由多种可能的材料制成的两层或更多层的同轴管主体结构。管主体可包括包含复合材料的一个或多个层，形成管状复合物层。还应注意，层厚度仅出于说明目的示出。如本文所用，术语“复合物”用于泛指由两种或更多种不同材料形成的材料，例如由基质材料和增强纤维形成的材料。
因此，管状复合物层是由复合材料形成的具有大体管状形状的层。备选地，管状复合物层是由多个部件形成的具有大体管状形状的层，多个部件中的一个或多个由复合材料形成。该层或复合物层的任何元件可经由挤出、拉挤成型或沉积过程制造，或者通过缠绕过程制造，在该缠绕过程中，自身具有复合结构的带的相邻线匝与相邻线匝固结在一起。无论使用何种制造技术，复合材料可任选地包括具有第一特性的材料基质或主体，其中嵌入了具有不同物理特性的另外的元件。也就是说，在一定程度上对齐的细长纤维或随机定向的较小纤维可被定型成主体或球体，或者其它规则或不规则形状的颗粒可嵌入基质材料中，或者上述一种以上的组合。适当地，基质材料是热塑性材料，适当地，热塑性材料是聚乙烯或聚丙烯或尼龙或PVC或PVDF或PFA或PEEK或PTFE或这种材料的合金，其具有增强纤维或填料，增强纤维由玻璃、陶瓷、玄武岩、碳、碳纳米管、聚酯、尼龙、芳族聚酰胺、钢、镍合金、钛合金、铝合金等中的一种或多种制成，填料由玻璃、陶瓷、碳、金属、巴克敏斯特富勒烯、金属硅酸盐、碳化物、碳酸盐、氧化物等制成。
图1所示的管主体100包括内部压力护套110，其用作流体保持层并包括确保内部流体完整性的聚合物层。该层为任何输送的流体提供边界。应当理解，该层本身可包括多个子层。应当理解，当使用骨架层120时，内部压力护套通常被本领域技术人员称为阻隔层。在没有这种骨架的操作(所谓的光滑内孔操作)中，内部压力护套可称为衬里。图1中示出了阻隔层110。
应当注意，骨架层120是耐压层，其提供互锁构造，该互锁构造可用作最内层，以完全或部分地防止内部压力护套110由于管道减压、外部压力、抗拉铠装压力和机械压碎载荷而塌陷。骨架是抗压层。应当理解，本发明的某些实施例因此适用于“粗内孔”应用(具有骨架)，而某些其它实施例适用于“光滑内孔”应用。适当地，骨架层是金属层。适当地，骨架层由不锈钢、耐腐蚀镍合金等形成。适当地，骨架层由复合物、聚合物或其它材料、或材料和部件的组合形成。骨架层径向地定位在阻隔层内。
压力铠装层130是耐压层，其提供了结构层，该结构层增加了柔性管对内部和外部压力以及机械压碎载荷的抵抗力。该层还在结构上支撑内部压力护套。适当地，如图1所示，压力铠装层形成为管状层。适当地，对于无粘结型柔性管来说，压力铠装层由捻角接近90°的线的互锁构造组成。适当地，捻角相对于管主体的轴线在80°和90°之间。适当地，在这种情况下，压力铠装层是金属层。适当地，压力铠装层由碳钢、铝合金等形成。适当地，压力铠装层由拉挤成型复合物互锁层形成。适当地，压力铠装层由复合物形成，该复合物通过挤出或拉挤成型或沉积或缠绕，随后固结而形成。压力铠装层定位在下面的阻隔层的径向外侧。
柔性管主体还包括第一抗拉铠装层140和第二抗拉铠装层150。每个抗拉铠装层用于承受拉伸载荷，并且也任选地承受内部压力。适当地，主抗拉铠装线匝是金属单丝线(例如，钢、不锈钢或钛等)。对于根据本发明的某些其它实施例的柔性管，主抗拉铠装线匝是聚合物复合物带线匝(例如，设置有热塑性(例如尼龙)基质复合物或热固性(例如环氧树脂)基质复合物)。复合物带因此形成可缠绕的单丝线。抗拉铠装层由多根主单丝线形成。为了赋予该层强度，该层位于内层之上，并且以典型地在约10°至55°之间的捻角沿着管的长度螺旋缠绕。适当地，多个抗拉铠装层成对地反向缠绕。适当地，抗拉铠装层是金属层。适当地，抗拉铠装层是由碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金等形成的主线匝。适当地，抗拉铠装层由复合物、聚合物或其它材料或材料的组合形成。
适当地，柔性管主体包括任选的带层160、170、180，其有助于包含下面的层，并在一定程度上防止相邻层之间的磨蚀。带层可任选地是聚合物或复合物或材料的组合，也任选地包括管状复合物层。带层可用于帮助防止金属对金属的接触，以帮助防止磨损。抗拉铠装上的带层也有助于防止“局部扭曲”。
柔性管主体还包括任选的绝缘层和/或金属线匝层或聚合物层或带层或包括诸如光纤的特殊材料的层和外部护套190，外部护套190包括用于保护管免受海水和其它外部环境的渗透、腐蚀、磨蚀和机械损坏的聚合物层。任何热绝缘层都有助于限制通过管壁到周围环境的热损失，并且可包括多层带或至少一层挤出的绝缘材料。
每个柔性管包括管主体100的至少一个部分(称为段或部段)以及位于柔性管的至少一个端部处的端部配件。端部配件提供在柔性管主体和连接器之间形成过渡的机械装置。例如，图1中所示的不同管层终止于端部配件中，以便在柔性管和连接器之间传递载荷。
图2示出了适于将诸如石油和/或天然气和/或水的生产流体从海底位置221输送到浮动设施222的立管组件200。例如，在图2中，海底位置221包括海底流线225。柔性流线225包括全部或部分搁置在海底230上或埋在海底下并用于静态应用的柔性管。浮动设施可由平台和/或浮筒提供，或者如图2所示由船提供。立管组件200被提供为柔性立管，也就是说，将船连接到海底设施的柔性管240。柔性管可为具有连接端部配件的柔性管主体的段。
应当理解，如本领域技术人员所熟知的，存在不同类型的立管。本发明的某些实施例可用于任何类型的立管，诸如自由悬浮式(自由悬挂、悬链线立管)、一定程度上受限制的立管(浮筒、链条)、完全受限制的立管或封闭在管(I或J管)中的立管。在API 17J中可找到这种构型的一些(尽管不是全部)示例。图2还示出了柔性管的部分如何可被用作跨接管250。
图3更详细地示出了穿过图1所示的一段柔性管主体100的横截面。如图3所示，骨架层120支撑阻隔层110。阻隔层110的内表面提供了流体保持表面，该流体保持表面限定了内孔区域300，生产流体的输送可沿着该内孔区域300进行。生产流体的流动方向将是图3中进出页面的方向。
最内带层160位于压力铠装层130的径向最外表面上，以帮助支撑压力铠装层的线匝。该最内带层160也帮助在内部/下面的压力铠装层130和第一抗拉铠装层140的线匝之间提供抗微动磨损效果。第一抗拉铠装层的抗拉铠装线的相邻线匝3100,1...m在图3中示出。最内带层160是压力铠装层130和内部抗拉铠装层140之间的中间层。
另外的带层170是第一抗拉铠装层140和第二抗拉铠装层150之间的中间层。第二抗拉铠装线的相邻线匝3200,1...n有助于提供外部抗拉铠装层150。
另外的带层180缠绕在第二抗拉铠装层150的外部。这有助于为抗拉铠装层提供支撑和防局部扭曲效果。外部护套190形成在外部带层180之外。该另外的带层180是外部抗拉铠装层和覆盖层之间的中间层。
图3也有助于显示每根抗拉铠装线如何具有大于1:2的纵横比。也就是说，每根单丝铠装线的横截面的长度大于其厚度(缠绕时在径向方向上)的两倍。
图3还进一步有助于显示最外抗拉铠装层如何包括至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件3501, 2, 3。三个这样的线匝在图3中示出。这些3502中的一个在柔性管主体的横截面的一部分的放大视图中更清楚地示出。应当理解，这种阳极元件可缠绕成周向间隔开的元件(如图3所示)，或者可组合在一起。备选地，阳极元件350的组可通过横截面周向间隔开。有利地，当抗拉铠装线纵横比是阳极元件的纵横比的倍数时，那么多个阳极元件可仅替换单根抗拉铠装线，并且阳极元件可围绕抗拉铠装层的圆周均匀地分布。作为图3中的示例，抗拉铠装线的纵横比为3:1，并且有三个纵横比为1:1的均匀分布的阳极元件，其间隔大约120度缠绕在该层内。
每个阳极元件350是基本上具有1:1的纵横比的细长主体，其可部分螺旋缠绕以代替抗拉铠装线。每个阳极元件具有沿着柔性管主体延伸相当长的长度。任选地，每个阳极元件沿着端部配件之间的柔性管一直延伸。备选地，阳极元件可仅在柔性管主体内延伸预定距离。例如，整个长度的一半或整个长度的三分之一或20m或50m等。每个阳极元件可具有相似或不同的长度。
图3所示的阳极元件是具有圆形横截面的单丝结构。因此，阳极元件的横截面的面积是具有至少2:1的纵横比的抗拉铠装线的横截面的相应面积的50%或更小。
每个阳极元件由不同于构成抗拉铠装的第一材料的材料制成，或者至少包括该材料。阳极元件的另一种材料比第一材料更具电活性。阳极线匝的材料对海水保持环形空间的腐蚀环境更具活性。也就是说，如果在使用中外部护套被破坏，并且柔性管中的环形区域被海水淹没，则阳极线匝材料比主抗拉铠装线匝的材料对腐蚀环境更具活性。任选地，阳极元件的另一种材料能够至少部分地溶解于海水中。
任选地，阳极元件表现为牺牲阳极。适当地，每个阳极元件是镁和/或铝和/或锌线或者它们的合金(单独地或者组合地)。
图4有助于说明圆形阳极线350如何可以螺旋缠绕在单丝抗拉铠装线匝的相邻线匝320之间的抗拉铠装层150中。为了清楚起见，图4中仅示出了单个柔性管主体层的主线匝和阳极线匝。
图5A以许多类似于前述实施例的方式示出了本发明的备选实施例。在该实施例中，外部抗拉铠装层150由主抗拉铠装线的线匝和阳极元件的线匝提供。抗拉铠装线是具有大于1:2的纵横比的单丝结构(也就是说，它们的宽度大于它们的高度)。每个阳极元件是多丝结构，其具有螺旋缠绕成绞合线或线绳布置的丝。为了改善绞合线或线绳的包装(增加横截面积，并减少阳极元件的横截面中的自由体积)，一些丝的横截面大于其它丝。图3、图4和图5A中的所有阳极元件丝都具有圆形横截面。阳极元件的总体横截面(其本身由多个部件形成)是基本上圆形的，并且因此具有1:1的纵横比。应当理解，一些丝可具有备选的横截面形状和/或可由不同的材料制成或包含不同的材料。每个阳极元件的所有丝的组合横截面(也就是说阳极元件的横截面)的横截面区域具有主抗拉铠装线匝的横截面的相应面积的50%或更小的面积和基本上为1:1的纵横比。
有利地，图5B示出了绞合线阳极元件，其在径向方向上的厚度略大于在相同的抗拉铠装层中抗拉铠装线的厚度。结果，有可能将阳极元件结合到内部抗拉铠装层140中，并使用线本身穿透该层的任一侧的薄带层，并且与该层任一侧的管层(压力铠装层130和抗拉铠装层150)中的所有线进行电接触，而不需要通过导电带形成连续性。绞合线或线绳阳极元件的厚度必须大于抗拉铠装层140的厚度以突破带层170和160并实现与它们的连续性的量将取决于那些带层的厚度。带层的径向厚度可累加(具有重叠)至高达约1mm，因此阳极元件的厚度可能需要比在其中缠绕阳极元件的抗拉铠装层厚高达2mm。然而，典型地，带层比这薄，并且为了以这种方式有效，阳极元件可比抗拉铠装层140的抗拉铠装线310厚至少10%；然而，根据柔性管主体设计和带材料，阳极元件可比相同抗拉铠装层140的抗拉铠装线310厚至多35%。
构成可缠绕阳极元件的丝中的一根或多根以及任选地所有丝包括不同于抗拉铠装线匝的材料的材料。任选地，阳极元件的材料比抗拉铠装线匝的材料更具电活性。
图5C至图5E示出了纵横比基本上为1:1(其可为可选择的或优选的)的另外的备选阳极元件形状，以便改善柔性管主体的设计参数(例如，为了增加抗拉铠装层的充填率，可选择与抗拉铠装线的边缘的形状的反形状逼近的阳极元件，和/或为了最大化与上覆或下卧导电带的接触面积，如在图5C至图5E中可见)。图5C示出了阳极元件的H形(或沙漏形)横截面。图5D示出了具有截角(八边形)横截面的正方形。图5E示出了正方形横截面。
图6示出了本发明的又一个实施例，其中内部抗拉层140在外部抗拉层150的径向内侧。外部带层在外部抗拉层的径向外侧。内部带层160在内部抗拉层的径向内侧。中间带层在内部抗拉铠装层和外部抗拉铠装层之间。如图所示，外部抗拉层具有缠绕在单丝抗拉铠装线匝之间的至少一个细长且可缠绕的阳极元件650。与前述实施例一样，抗拉铠装层可包括仅一个阳极元件，或者可包括多个螺旋缠绕的细长元件。阳极元件可单独地缠绕在相邻的主抗拉铠装线匝之间，或者可成组地缠绕在相邻的抗拉铠装线匝之间。
图6中的阳极元件650具有芯660和外部壳体670。外部壳体具有穿孔675(通过虚线示出)，其使壳体是可透流体的。阳极材料的股线(图6中示出了七根)位于芯660和壳体670之间。芯为阳极元件提供强度。同样，壳体为阳极元件提供强度。任选地，可使用没有壳体的芯和周围的阳极股线。任选地，穿孔的壳体和内部阳极丝(或单根内部单丝阳极线)可在没有芯的情况下使用。适当地，穿孔的壳体提供了对径向力的抗压性和/或抗拉强度。适当地，芯提供了对阳极材料的周围丝的支撑和/或抗拉强度。
图7有助于更详细地示出中间带层170。应当理解，可类似地提供另外的中间带层160、180。如图7所示，带层是相对较薄的层，通过将薄的、长的、基本平坦的条螺旋缠绕在下卧层周围而形成。任选地，用于某些中间层的带的细长条可为电绝缘材料，并用于提供抗微动磨损特性(防止相邻金属层抵靠彼此摩擦)。备选地，如图7所示，中间带层可通过缠绕两个不同的条形成，每个条具有不同的特性。在图7中，由聚丙烯等形成的电绝缘带缠绕在下卧层上(在图7所示的示例中，缠绕在最内抗拉铠装层140上)。该带薄而柔韧，因此带的相邻线匝7000,1...4重叠和弯曲。图7中示出了另一个条状带的线匝7100,1...4。这些线匝由诸如钢等的金属材料形成。任选地，可使用其它导电材料，诸如但不限于铜、铝、镍、金或银箔或带，其包含这些材料的合金或包含诸如石墨烯等的其它导电材料。电绝缘线匝和导电线匝被插置。以这种方式，带层提供了廉价且柔性的抗微动磨损特性与导电通道的组合，该导电通道将下卧层(诸如金属下层)与上覆层(诸如金属上层)电连接(例如，第一抗拉铠装层140的阳极元件和/或主单丝抗拉铠装线线匝可电连接到第二抗拉铠装层150)。结果，上覆层的线匝(主线匝和/或阳极元件线匝)和下卧层的线匝经由中间层电互连。结果，由沿着柔性管主体的长度延伸的任何金属层提供的净电阻减小。结果，原本预期的CP系统的衰减效应显著降低。结果，相对于常规技术，沿着柔性主体的长度所需的阳极元件的频率降低。还应当理解，每种类型的带的厚度可变化，并且不必与图7中所示相似。例如，电绝缘线匝可为导电线匝的厚度的两倍，或者甚至更大，例如高达50倍厚(一个示例是厚度为0.05mm的薄金属箔被应用为具有厚度2.5mm的绝缘聚丙烯带的导电带)。
包括导电元件和电绝缘元件的中间带层使得能够使用多种材料，并且最大限度地利用这些材料的材料特性。例如，可使用电绝缘材料，其提供优异的抗微动磨损和/或支撑能力。另外，可使用高导电性的材料，并将其作为线匝分布在整个中间层上，以提供在原本间隔开的层之间形成电连接的桥。通过将相对的层电连接在一起，相对于常规技术，柔性管主体的每单位长度的电阻大大降低，并且因此可降低衰减效应。结果，沿着柔性管主体的长度的阳极元件的需要频率低于根据常规技术提供期望水平的阴极保护原本所需的频率。应当理解，虽然图7所示的中间层包括邻近导电带缠绕并且与导电带顺序地交替的电绝缘带，但是根据本发明的某些实施例，有可能根据需要利用多个绝缘带线匝与单个电绝缘带线匝，反之亦然。
任选地，中间层的线匝可仅由导电带形成。
虽然上面已经描述了其中外部抗拉铠装线形成为包括细长的可缠绕阳极元件的本发明的某些实施例，但是其它实施例在仅内部抗拉层或内部抗拉铠装层和外部抗拉铠装层两者中使用类似的阳极元件线匝。
适当地，使用缠绕站将带螺旋缠绕在下卧层周围，该缠绕站随着一个或多个带源旋转，将(一个或多个)绝缘带和(一个或多个)导电带进料到相应的触地点。这些触地点使得每个连续的细长带能够被同时缠绕，尽管在周向和/或纵向上处于偏移位置。以这种方式，不同带的紧邻的下一个线匝可与紧邻的前一线匝(可具有相同或不同的带类型)具有0-90%的重叠。适当地，带线匝至少有部分重叠。
在本说明书的整个描述和权利要求书中，词语“包括”和“包含”以及它们的变体意味着“包括但不限于”，并且它们不旨在(并且也不)排除其它部分、添加物、部件、整体或步骤。在本说明书的整个描述和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则单数包括复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为设想了复数以及单数。
结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性或组应被理解为适用于本文描述的任何其它方面、实施例或示例，除非与其不兼容。本说明书(包括任何所附的权利要求书、说明书摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以任何组合进行组合，除了其中特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外。本发明不限于任何前述实施例的任何细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附的权利要求书、说明书摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的一个或新颖的组合，或者扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
读者的注意力被引向与本申请相关的与本说明书同时提交或在本说明书之前提交的所有论文和文献，这些论文和文献与本说明书一起公开供公众查阅，并且所有这些论文和文献的内容通过引用结合于此。

Claims (25)

1.一种用于生产流体的海底输送的柔性管，包括：
流体保持层；
外部护套；和
至少一个抗拉铠装层，其设置在所述流体保持层和所述外部护套之间，其包括第一材料的多根螺旋缠绕的单丝铠装线，每根铠装线具有纵横比大于1:2的非圆形横截面；其中，
所述抗拉铠装层还包括插置在铠装线之间的至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件，所述至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件基本上具有1:1的横截面纵横比，并且包括另一种材料，所述阳极元件横截面的面积是所述非圆形横截面的相应面积的50%或更小。
2.根据权利要求1所述的柔性管，其特征在于，所述另一种材料比所述第一材料更具电活性，并且任选地为圆形或正方形或六边形或l形横截面。
3.根据权利要求1或2所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述另一种材料料比所述铠装线的所述第一材料对所述柔性管中海水保持管环形区域的腐蚀环境更具活性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，还包括：
每个阳极元件的所述另一种材料能够至少部分地溶解于海水中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，每个阳极元件在端接所述柔性管的相应端部的端部配件之间沿着所述柔性管延伸整个长度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，每个阳极元件都是牺牲阳极。
7.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，每个阳极元件的所述另一种材料包括镁和/或铝和/或锌。
8.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，每个阳极元件包括所述另一种材料的至少一根细长股线。
9.根据权利要求8所述的柔性管，其特征在于，还包括：
每个阳极元件包括单丝线或绞合线，所述绞合线包括所述另一种材料的多根细长丝。
10.根据权利要求9所述的柔性管，其特征在于，所述绞合线阳极元件在径向方向上的厚度在相同的所述抗拉铠装层中所述抗拉铠装线的厚度的110%和135%之间。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的柔性管，其特征在于，还包括：
每个阳极元件包括细长芯，所述细长芯包括沿着所述阳极元件的整个长度延伸的又一种材料。
12.根据权利要求11所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述芯的所述又一种材料的强度大于所述另一种材料的强度。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的柔性管，其特征在于，还包括：
每个阳极元件包括沿着所述阳极元件的整个长度延伸的穿孔的壳体，所述穿孔的壳体包括又一种材料。
14.根据权利要求13所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述穿孔的壳体的所述又一种材料的强度大于所述另一种材料的强度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述抗拉铠装层包括多个细长阳极元件。
16.根据权利要求15所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述多个细长阳极元件在所述抗拉铠装层中周向地间隔开。
17.根据权利要求16所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述细长阳极元件随后在所述抗拉铠装中周向地均匀分布。
18.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，还包括：
每个单丝阳极元件在径向方向上的厚度小于公共抗拉铠装层中的所述抗拉铠装线中的每一根的相应厚度。
19.根据权利要求18所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述厚度是所述相应厚度的约95%至98%。
20.根据前述权利要求中任一项所述的柔性管，其特征在于，还包括：
在所述抗拉铠装层的径向内表面和/或径向外表面上的至少一个带层，其包括至少一个螺旋缠绕的导电带元件。
21.根据权利要求20所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述带层包括所述至少一个螺旋缠绕的导电带元件和至少一个电绝缘带元件，所述电绝缘带元件的线匝插置在所述导电带元件的线匝之间。
22.根据权利要求21所述的柔性管，其特征在于，还包括：
所述抗拉铠装层包括所述柔性管的径向内部抗拉铠装层，并且所述带层插置在所述抗拉铠装层和径向地设置在所述流体保持层外部的压力铠装层之间。
23.一种制造柔性管主体的方法，包括以下步骤：
提供流体保持层；
通过在下卧层上螺旋缠绕第一材料的抗拉铠装线来提供至少一个抗拉铠装层，每根抗拉铠装线具有纵横比大于1:2的横截面；
同时螺旋缠绕基本上具有1:1的横截面纵横比的至少一个细长阳极元件，所述至少一个细长阳极元件的面积是所述阳极元件横截面的相应面积的50%或更小，并且包括不同于所述铠装线的所述第一材料的另一种材料，其中，所述至少一个阳极元件插置在相邻铠装线之间；和
提供外部护套。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括：
以与所述抗拉铠装层中的所述铠装线周向地间隔开的关系螺旋缠绕多个分立的细长阳极元件。
25. 一种为具有破裂管环形区域的柔性管的至少一个抗拉铠装层的铠装线提供腐蚀保护的方法，包括：
在至少一个抗拉铠装层中的第一材料的多个螺旋缠绕铠装线和另一材料的至少一个螺旋缠绕的细长阳极元件之间提供电子通道；和
当海水经由外部护套裂口进入所述柔性管的环形区域时，在每个阳极元件和所述海水之间提供离子通道。
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