CN1292074A

CN1292074A - 至少一条深海海底管道的绝热装置和方法

Info

Publication number: CN1292074A
Application number: CN99803439A
Authority: CN
Inventors: 米歇尔·贝洛; 雷蒙·阿洛; 雷吉斯·皮翁艾蒂; 格扎维埃·罗谢
Original assignee: Bouygues Offshore SA
Current assignee: Saipem SA
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-04-18
Anticipated expiration: 2019-12-30
Also published as: EP1058800A1; BR9908377A; EP1058800B1; CN1148523C; AU3049700A; US6978825B1; DE69925579D1; OA11481A; ATE296986T1; WO2000040886A1; ID28216A

Abstract

本发明涉及至少一种深海海底管道(1)的绝热装置,它包括围绕管道的绝热覆盖层及保护外罩(3),其特征在于,绝热覆盖层包括一种基本不可压缩的材料(4),这种材料在高于围绕使用中管道(1)的外部周围温度T₂而低于在管道中流通的流出物的温度T₁的熔化温度T₀下进行液/固相变化,所述材料(4)最好浸渍在一种吸收基体(2)中,吸收基体围绕管道(1),最好最靠近其外表面,保护外罩(3)强度大,可变形,并确保围绕所述绝热覆盖层的密封性。

Description

至少一条深海海底管道的绝热装置和方法

本发明涉及一种至少一条深海海底管道的绝热装置和绝热方法。

本发明技术领域涉及围绕热流出物流通的管道在其外部绝热、以限制热量耗损的绝热系统的制造和安装领域。

本发明特别适用于深海油田的开发，即适用于安装在海上的石油装置，其中，水面设备一般位于浮式结构上，井口处于海底。本发明涉及的管道或者是井口之间的连接管道，或者海底海面连接管道位于海底的部分。

目前，深海开发水深达1500米。未来的深海开发水深达3000米或3000米以上。

本发明主要应用于对尤其水深超过300米的水下或海底输送热石油产品的管道或管系进行绝热，在正常生产状态下以及在暂停生产的情况下，热石油产品的急剧冷却会带来问题。

实际上，在这种应用中，开采温度一般为60℃以上至80℃，而深水的周围水温可能低于10℃，如果石油产品的温度相对于其开采温度降低一个很大的数值，则会产生许多问题。对于70℃至80℃的初始温度来说，如果石油产品冷却到例如30℃以下至60℃，一般会出现下述现象：

-粘度加大，从而降低管道的流量，

-溶解的石蜡析出，从而增大产品的粘度，其沉积物可能缩小管道的有效内径，

-沥青烯的絮凝作用产生同样的问题，

-气体水化物突然大量而密集地形成，在高压低温下沉积，从而突然堵塞管道。

石蜡和沥青烯沉积在管壁上，从而需要从管道内刮除，相反，水化物则难以甚至不可能去除。

因此，这种管道绝热的作用是不仅在生产状态下而且在减少或暂停生产的情况下延缓被输送石油流出物的冷却，避免流出物的温度降低到例如30℃以下，以限制上述问题的出现，或者至少可以使之可逆，在生产状态下，对于70℃至80℃的管道入口开采温度来说，石油流出物在到达水面时，其温度确定为例如至少40℃。

另外，当这种管道敷设在300米以上的深海时，由于周围压力至少为30巴，因此禁止使用在陆地上或浅水下使用的性能良好的绝热材料，因为这些材料利用的气体导热系数实际上很小，其对流受到固态多孔材料、蜂窝状材料或纤维材料的阻止；气体的压缩性不能使这些普通的绝热材料承受外部高压。

1991年10月25日公开的日本专利申请JP2176299描述了一种用于建筑物中供给热水的金属管或合成树脂管的绝热装置，这种装置在例如13℃的环境温度下，在停止热水供给一小时后，保温达50℃以上；为此，文中所述的结构包括热水流通管，所述管最好可以变形，以便于敷设，管外覆盖有一层在200％的石蜡中浸渍过的多孔材料层，其周围再覆盖另一层耐高温材料层；使用石蜡所获得的绝热系数较大，尽管比以上所述的具有气体的绝热材料要小，而且这种日本装置的蓄热能力由于具有减少热损失的耐高温外层而得到加强，其优越性是可以在任何部位对整个结构进行切割以便于安装，并且不会损失蓄热功率。但是，这种解决方案不能用于深海水中，在深海，必须能够承受较大的静水压力，确保足够的密封性以避免发生任何污染和／或热效率损失。另外，这种方案不具有本发明的特征。

此外，已经开发出其它几种浸渍性强的绝热方法，可以归类为三个系列，即：

-整块塑料外覆盖层，例如聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯塑料覆盖层，但是其导热系数因为约为0．2至0．3瓦／米／摄氏度，所以很一般，在连续开采时，这是足够的，但是在暂停生产的一定时间内，这不足以保持最低限度的温度，

-复合铸塑材料覆盖层，复合铸塑材料由若干空心球构成，这些空心球含有一种气体，可以承受外部压力，埋置在例如混凝土、环氧树脂、弹性材料、聚丙烯这样的不同粘合剂中；性能最好的是以环氧树脂粘合剂和空心玻璃微球为基体的复合铸塑材料，其导热系数很小，因为约为0．10至0．15瓦／米／摄氏度，所以引人注目，但是，这些覆盖层的价格很高，

-“管中管”，一个输送流出物的第一内管同心地布置在一个承受外部静水压力的第二管中；两个管之间的环形间隙可以充填导热系数很小(0．02瓦／米／摄氏度)的绝热材料，为了不压坏管子，应保持在大气压下，两个管之间的环形间隙也可以保持真空；该方案需要以有规律的间隔纵向布置完全密封的隔板，以确保安全，但是这种装置的结构和安装都比较复杂，成本很高。

另一种方法是预制复合铸塑泡沫塑料壳体，使之围绕管道进行装配，或者围绕所述管道包一层连续的复合铸塑泡沫塑料覆盖层。为此，复合铸塑泡沫塑料由空心微球构成，空心微球含有一种气体，并且由一般为环氧树脂类的一种树脂加以粘合。

这些用于深海的绝热技术使用性能很高的产品，成本极高，且难以大规模采用。

在敷设单独的管道或者管组(称为“管束”)的情况下，一般最好在陆地上按照500至1000米的统一长度预制所述管道，然后用拖车进行牵引。在管道有数公里长的情况下，则牵引同下一个相接合的第一长度，在接合期间，拖车保持对整个管道进行牵引，这样可以持续数小时。当整个管道或管组下水时，则用拖轮牵引，一般擦着水底朝现场牵引，然后在现场进行安装。

一条或若干管道或者“管束”的绝热由一个外罩加以保护，外罩具有双重作用：一方面，避免在牵引时可能造成损坏，在某些情况下要牵引数百公里的距离，这需要使用强度很高的材料，例如钢、热塑性或热固性材料或者复合材料；另一方面，围绕绝热系统形成密封。

如果外部绝热覆盖层由围绕管道装配的复合铸塑泡沫塑料壳体构成，则需要进行所述密封，因为各个壳体之间的间隙以及壳体和外罩之间的间隙充填有基本不能压缩的物质，一般是淡水或钝化的海水，或者是其它与内部组件相兼容的物质。

实际上，水深达2000米，静水压力约为200巴，即20兆帕，这意味着管道及其绝热系统不仅在热流出物流通的管道压力减压时应能承受这种压力而不损坏，而且应能承受温度循环的影响，温度循环会引起各种不同成分以及隙间流体的容积变化，因此，如果外罩是密封的，则会引起或者由于超过允许应力或者由于所述外罩发生内裂(负内压的变化)而可能导致局部或全部损坏的正压或负压。

如果所述外罩不密封，那么，整个装置与外部压力等压，但是，由此会造成“管束”内部和外部环境之间的流体交换。在“管束”间隙充填有淡水、钝化海水或其它与内部组件相兼容的物质的情况下，由于要避免与外部环境的流体交换，因此就要配置由弹性材料挠性薄膜构成的袋子，阻止容积变化，使压力变化保持在一个合理的水平，但是这些袋子使绝热装置的装配复杂化，而且不能使应力均匀分布。

因此，提出的问题是可以对用于敷设在海底尤其是深海的至少一条海底管道实施绝热，管道的绝热覆盖层不仅能够承受静水压力，而且也能够承受同其本身重量有关的、在敷设过程中管道经受摩擦和冲压而产生的各种作用力；所述绝热覆盖层应能使一种热流出物、例如在海底在例如60℃下开采的石油产品，在水中经过数公里的输送后到达水面时，保持在上述温度、例如40℃，另外，甚至在暂停生产数小时之后，也能使温度保持在例如30℃以上，由于提供各种各样的使用可能性，因此生产成本低于现有复合铸塑材料的成本，而且不会污染环境。

一种解决所提出的问题的方案是一种至少一条用于敷设在深海的海底管道的绝热装置(实际上，所述管道可以是唯一的管道，或者是与其它管道装配在一起的称之为“管束”或“管组”的管道)，这种绝热装置包括一层围绕管道的绝热覆盖层以及一个保护外罩；根据本发明，所述绝热覆盖层包括一种材料，这种材料在高于围绕使用中管道的外部周围温度T₂而低于在管道中流通的流出物的温度T₁的熔化温度T₀下进行液-固相变化，基本不可压缩，所述保护外罩强度大(例如抗磨蚀、抗摩擦、抗腐蚀以及抗机械冲击)，可变形(尤其是在静水压力作用下和／或温度变化时在液-固相变化的情况下根据材料的容积变化进行变形)，确保对所述绝热覆盖层的密封性以及围绕所述绝热覆盖层的密封性。

所述绝热覆盖层最好围绕管道最好最靠近所述管道的外表面包括一种吸收基体，所述基体为所述基本不可压缩的材料所浸渍。

所述绝热覆盖层可以直接围绕在管道周围，或者间接地围绕在管道周围。在后一种情况下，所述绝热覆盖层可以围绕在一条尤其是已经用复合铸塑泡沫塑料进行绝热的管道周围。

保护外罩至少在其周边支承在刚性固化的材料上，适于承受管道的重量，并且在管道从地面开始进行敷设时经得住摩擦。

特别是，保护外罩可以根据绝热覆盖层在静水压力作用下和温度变化时的容积变化进行变形。

所述外罩可以具有至少一个出气口，以避免穿过内管的壁扩散的气体、例如氢气可能的聚集，所述氢气由在管道中流通的流出物产生。

本发明还涉及一种绝热方法，这种绝热方法使用一层围绕至少一条海底管道的绝热覆盖层以及一个保护外罩，例如：

-使用一层绝热覆盖层最好直接围绕所述管道，所述绝热覆盖层包括一种在一定的熔化温度下T₀进行相变化而且基本不可压缩的材料，所述不可压缩的材料最好在一种吸收基体中浸渍过，将所述绝热覆盖层封闭在强度高而且可变形的保护外罩中，

-使热流出物在高于材料熔化温度T₀的温度T₁下在管道中流通，而外部周围温度T₂低于熔化温度T₀，因此，进行相变化的材料最好从管道起在一部分浸渍基体中为液体，直至管道和外罩之间的一个热交换平衡极限，超过该极限，材料为固体，

-当流出物在管道中暂停流通时，由于材料的液态部分冷却时逐渐固化，材料固化作用的潜热产生热传导，因此，在预定时间内，所述流出物的温度保持在一定的温度T₃以上。

其结果是一种至少一条用于敷设在海底特别是深海的海底管道的新的绝热装置和绝热方法，这种绝热装置和绝热方法避免了现有装置中的前述缺陷，解决了所提出的问题。实际上，保护外罩无需抗静水压力，因为它支承在一种基本不可压缩的材料上。

这种材料选择成也在高于围绕使用中管道的周围温度T₂的熔化温度T₀下进行液／固相变化，以便其外部始终为固态，一方面具有足够的强度以吸收由保护外罩传递的各种作用力，另一方面具有较好的热惯性。所述熔化温度T₀也应该选择成低于在管道中流通的流出物的温度，使围绕管道的所述材料的一部分在正常生产状态下借助于流出物的供热而熔化。相反，在降低开采量或暂停生产的情况下，所述进行相变化的材料由于熔化热焓大于50千焦耳／千克而向管道中的流出物释出其热量，从而延缓所述流出物的冷却，达到预期的目的。

另外，所述进行相变化的材料的外部固态部分限制所述材料发生污染周围环境的危险，因为万一保护外罩破裂，这部分材料的固体状态仍然保持其完整性。

所述基本不可压缩的材料选择成其导热系数小，尤其是小于0．3瓦／米／摄氏度。

所述不可压缩的材料尤其在这样一些材料中加以选择，这些材料由至少90％的下述化学成分构成，这些化学成分选自：尤其包括一个具有至少10个碳原子的碳氢链的链烷，或者水合盐或非水合盐，二元醇，沥青，柏油，蜡，以及其它在环境温度下的固态脂肪类化合物，例如油脂，人造奶油或者脂肪醇和脂肪酸。

不可压缩的材料最好由包括一个具有至少14个碳原子的碳氢链的石蜡构成。

前述进行相变化的材料在其改变状态时，一般具有较大的容积变化，在石蜡的情况下可达20％。保护外罩应能进行调节而不损害所述容积变化。

因此，本发明的另一个目的是制造绝热系统的一种保护外罩，一方面，当一组管道及其绝热系统在牵引和在现场安装时，这种保护外罩确保其完整性，另一方面，当发生同由于海底压力而造成的应力有关的温度变化时，所述保护外罩克服由各种组件的差示膨胀产生的应力。

使用下述一种至少一条海底管道的绝热装置即可达到该目的，所述绝热装置包括一层围绕管道的绝热覆盖层和一个保护外罩，根据本发明，所述保护外罩横截面的外周边是一条闭合曲线，其长度的平方与其所限定的面积之比至少为13；围绕绝热覆盖层并确保其密封性的保护外罩贴合绝热覆盖层的外形，其横截面并非迄今所采用的圆形，而是椭圆形、多边形、例如矩形、或者两者相结合。

如果绝热装置包括至少两个沿同一平面布置的管道，那么，所述外罩在与所述平面相同的方向上呈长形。

当发生内部容积变化时，外罩朝圆形进行变形，在数学上以不变的周长构成较大的截面。

如果是一个圆形型面的密封外罩，那么，容积的增大会在壁上产生应力，所述应力同由所述容积增大而造成的压力增大有关系。

反之，在矩形型面的情况下，容积增大主要使平壁弯曲，隙间流体的扩散在这些变形区域聚集。壁上产生的作用力主要是在壁的厚度上的弯曲作用力，如果外罩在其周边及其整个长度上具有不变的厚度，则最大的弯度在最大的侧边形成。

例如，一个直径为1米的圆，其截面约为0．785平方米，周长约为3．1416米；一个具有同样周长的正方形，其截面约为0．617平方米，当以不变的周长从一个正方形转变到一个圆形时，膨胀容量为21．5％；所述正方形形状相当于保护外罩横截面闭合曲线外周长的平方与所述周长所限定的面积之比的比值，该比值等于16。

同样，一个其上述比值大于16的扁平长方形，在周长不变的情况下，具有较大的理论膨胀容量；因此，一个长方形，如果大边为1．2米，小边为0．3708米，周长同样为3．1416米，而截面只有0．44496平方米，那么，其理论膨胀容量为43．3％。

因此，绝热覆盖层横截面的形状越扁平，其外罩由于在温度作用下组成部分的膨胀而吸收膨胀的能力越强。

但是不要忽视，因为壁的弯曲变形趋向于一个很不完全的圆，所以并不能完全达到理论膨胀容量。因此，有效膨胀容量只是所述理论膨胀容量的一部分，相当于30％或50％，视构成外罩的材料的质量而定，外罩可以用钢、热塑性或热固性材料或者复合材料制成。

因此，为了获得较大的容积变化，最好采用这样的型面，其中所述外罩横截面的周边具有凹向所述外罩外部的凹入的反向弯曲度。

在椭圆形型面的情况下，内部压力的变化意味着弯曲应力和纯牵引应力的结合，因为椭圆形的可变弯曲度像建筑上的拱顶那样，不同于本发明外罩的情况，应力是牵引应力，而不是压缩应力。因此，椭圆形或接近椭圆形的形状膨胀容量小，若采用椭圆形，则椭圆形的长轴长度与短轴长度之比要尽可能高，例如至少为2∶1或3∶1。

因此，外罩的形状要根据绝热覆盖层在温度变化的作用下的整个容积膨胀情况加以选择。对于主要使用易受膨胀影响的材料的绝热系统来说，长方形、多边形或椭圆形可以使壁的弯曲膨胀在外罩上产生最小的牵引应力。

对于在例如气态碳氢化合物、链烷族(石蜡)或进行相变化的材料的温度变化下具有较大膨胀性的流体来说，最好采用扁平长方形，以形成必要的膨胀储备。若形成前述的反向弯曲度，则可增大这种膨胀储备。

本发明还有其它一些优越性，但是以上所列举的一些优越性足以证明其新颖性和重要性。下面参照附图的描述涉及本发明的非限制性实施例，不超出本发明的范围还可以实施其它变型，特别是选用在水下深度、周围环境温度、流出物的温度等方面具有所需用途的进行液／固相变化的材料。

附图如下：

图1是一个本发明绝热装置的剖面图，所示的绝热装置具有三个装配成管组或“管束”的管道，但可适用于一条单一管道或大量相连接的管道。

图2A和2B是如图3E所示的本发明绝热装置的安装和制造方法的若干阶段的细部图。

图3A至3E以及4A至4C示出本发明绝热方法的一个实施例的各个不同阶段。

图5A和5B是在两个管段之间进行连接的一个本发明装置的剖面图。

图6是一个具有两条管道的管组或“管束”的剖面图，其中，绝热覆盖层和保护外罩呈圆形，是公知的现有技术。

图7是一个具有方形截面的本发明管束外罩的剖面图。

图8是一个具有多边形截面的外罩的剖面图。

图9是一个在环境温度下具有扁平长方形截面并且处于由于温度而造成的最大膨胀位置的外罩的剖面图。

图10是一个具有比值为3∶1的椭圆形截面的外罩的剖面图。

图11是一个具有比值为2∶1的椭圆形截面的外罩的剖面图。

图12是一个具有扁平长方形截面的两端呈圆弧形的外罩的剖面图。

图13是一个其弯曲截面具有弯曲点、因而具有凹入的反向弯曲度的外罩的剖面图。

图14是一个管组的剖面图，所述管组包括管道、电缆和控制件，它们根据本发明平放地加以布置，由一层绝热覆盖层进行绝热，由一个截面基本为扁平长方形的保护外罩进行保护，并且具有一个下耐磨损板。

图15是一个本发明“管束”的剖面图，该管束具有基本呈扁平长方形的截面，由金属板制成，并且具有一个焊接盖子。

图16是其它实施例中上述“管束”的剖面图，其中，盖子可以或者进行焊接，或者进行机械装配。

图17是其它实施例中上述管束的剖面图，其中，盖子由一种现场浇铸的强度大的挠性材料取代。

实施例1：以石蜡为主要成分的绝热覆盖层。

如前所述，至少一条用于敷设在深海海底8的海底管道1的绝热装置以公知的方式包括一层围绕管道的绝热覆盖层以及一个保护外罩3。根据本发明，如图所示，绝热覆盖层由一种基本不可压缩的材料组成，这种材料在高于围绕使用中管道的外部周围温度T₂而低于在管道1中流通的流出物6的温度T₁的熔化温度T₀下进行液-固相变化；其中，材料4在固态时的导热系数很小，最好小于0．3瓦／米／摄氏度，其熔化热焓最好大于50千焦耳／千克；绝热覆盖层例如由至少90％的链烷族化学成分组成，这些化学成分是通式为C_nH_2n+2的饱和烃、例如石蜡或蜡；所述化学成分也可以是水合盐或非水合盐，二醇类，沥青，柏油，脂肪醇；所述材料的熔化温度应为在管道1中流通的热流出物6的温度T₁与围绕使用中管道的周围环境温度T₂之间的温度，实际上，一般来说，熔化温度为20℃至80℃。例如，使用的分子式为C₂₄H₅₀的廿四烷石蜡具有50．9℃的温度T₀。

本发明绝热覆盖层包括一种吸收基体2，吸收基体围绕管道1，最靠近其外表面，浸渍有不可压缩的材料4；保护外罩3强度大，可变形，确保对绝热覆盖层的密封性以及围绕绝热覆盖层的密封性；保护外罩3至少在其周边支承在刚性固化的材料上，适于承受管道1的重量，并且在从地面开始进行管道敷设时，经得住摩擦。

保护外罩3可以变形，以便在静水压力的作用下以及当材料4在进行相变化时发生容积变化的时候，至少对其封闭的绝热覆盖层的容积变化进行补偿，保持其完整性，从而保持其封闭的容量；为此，绝热覆盖层可以用热塑性材料、例如聚乙烯或热固性材料或者金属制成，具有非圆柱形截面。在外部静水压力的作用下，形成外管的保护外罩3进行变形，支承在基本不可压缩的材料4的固化部分上；这样，保护外罩3变形度小，由此而产生的应力也小；因此，外罩厚度也可以较薄。

基体2可以由下述材料构成：轻质蜂窝状材料或纤维材料、例如多开孔泡沫塑料尤其是聚氨酯泡沫塑料，玻璃纤维或矿物纤维，织物，毡，纸等；实际上，构成基体的材料的性能应具有足够的吸收能力，以便同进行相变化的材料4的浸渍处理的相兼容，阻止材料的液化部分4₁的自然对流；基体可以是不均匀的，以便同浸渍处理的温度梯度相兼容，在进行相变化的材料的外部4₂始终为固态，因此不进行热对流运动的情况下，基体可以仅仅占据由保护外罩3和管道1所限定的环形空间的一部分容积；在这种情况下，液体部分4₁和固体部分4₂两个部分之间的界限19始终包括在基体2中。

例如，使用的吸收基体由植绒的织物构成。

根据例如图3A至3C所示本发明装置的实施方法的实施例：

-将一个密闭件7₂例如通过在部位16₁处的连续焊接固定在要绝热的管道1的外壁的一个端部上(图3)；

-在这部分管道1上完全和均匀地围绕管道安装吸收基体2构件，然后围绕这些基体2构件安装保护外罩3，使之例如通过连续焊接固定到封闭件7₂的端部上(图3B和3C)；根据一个最佳实施例，在基体2构件之间还插入间隔件9，这些间隔件以均匀的间隔沿管道1进行布置，支承在管道上，适于支承保护外罩3并使之定位；

-将一个第二封闭件7₁定位在保护外罩的另一端上，例如通过在部位16₂处的连续焊接使之固定在外罩和管道1上(图3D)；

-如果在基体2构件之间插入间隔件9，那么，当保护外罩3的所有构件安装就位并进行固定而构成封闭的外罩时，与间隔件9相垂直地安装束带(图4B)；

-例如通过一端开在封闭件7之一上的孔，在管道1和外罩3之间的环形间隙中完全充填以液化的其温度高于其熔化温度T0的进行相变化的材料4，直至所有基体2构件完全被浸渍。为此，可以使管道倾斜，以便通过例如图4A所示的环形间隙的下部充填进行相变化的材料4，这样，可以通过布置在相对的封闭件7上的通气孔15排气，以便进行充填(也可以在充填之前造成真空)；

-在预先配置间隔件9和束带17的情况下，用压力液化材料4充填环形间隙，使外罩3在束带17之间进行变形；所述变形相当于容积增大，是由液体材料4在充填温度下相对于其固态下的容积进行热膨胀所造成的，如图4B所示；

-使装置冷却，在材料4冷却和固化后，所述装置基本恢复其初始容积；如果如前所述是在压力下进行的充填，那么，外罩基本是直的，如图4C所示，这样可选的是可以卸下束带17。

封闭件7的主体是封闭的，而间隔件9的主体最好钻有孔口，以便充填进行相变化的材料；封闭件和间隔件最好用导热系数不大的非金属材料制成。如图2A和2B所示，封闭件也可以包括一个内环形件10和一个外环形件11，内环形件的材料与管道1的材料相同，外环形件的材料与外管3的材料相同；两个环形件刚性和密封地固定在封闭件的主体上；固定在管道1上的环形件可以包括一个装卸辅助凸缘18。

在进行相变化的材料的刚性部分22的机械特性不足以支承一条或若干管道1的情况下，间隔件9是必要的；另外，这种间隔件9确保一个或若干管组在外罩管3中的定位。

如果是一条在现场通过焊接或螺钉连接将预先绝热的管段装配起来的管段，那么，接合区域是不绝热的，应该在现场进行处理；可以围绕管段之间的接合部位布置预制浸渍件12，使之彼此连接，从而在接合区域进行绝热，所有预制浸渍件用一种热塑性或热固性树脂13通过复制浇铸加以固定，如图5A和5B所示。

实施例2：具有至少两个并置管道的扁平管组

图6是一个两条海底管道1的绝热装置的剖面图，这种绝热装置包括一层围绕管道的绝热覆盖层2和一个封闭整个装置的保护外罩3。绝热覆盖层2包括在实施例1中，整个装置横截面的周边24是一个圆；一种基本不可压缩的流体确保全部填满外罩3，填满半壳和外罩3之间的所有间隙；为了不受主要由温度变化而造成的较大应力的影响，如前所述，外罩在其整个长度上贴着其内壁具有一条连续孔道23，以便基本不可压缩的流体进行流动，并使整个装置保持在等压状态；外罩3或者在其端部或者在其长度上的多处也具有孔，使流体通过挠性隔膜直接或间接地同外部接触，以避免海水和基本不可压缩的流体之间的混合。

图7示出本发明“管束”的绝热装置的一种横截面，其中，横截面的外周边24呈方形，对一层绝热覆盖层2的绝热进行保护，如实施例1所述，绝热覆盖层由最好在一种吸收基体中浸渍过的石蜡组成。

图8示出其它实施例中图7所示装置的一种截面，其中，外罩3呈八边形。

图9示出其它实施例中图7所示装置的一种截面，其中，外罩3呈扁平长方形。在温度变化的作用下，绝热覆盖层2的膨胀限制在外罩3的变形中，外罩变形的外形具有曲线37。

图10示出其它实施例中图7所示装置的一种截面，其中，外罩3呈椭圆形，其长轴的长度与短轴的长度之比为3∶1。

图11示出其它实施例中图7所示装置的一种截面，其中，外罩3呈椭圆形，其长轴与短轴之比为2∶1。

图12示出其它实施例中图7所示装置的一种截面，其中，外罩3呈扁平长方形，其小侧边28凸起或呈圆弧形。

图13示出其它实施例中图7所示装置的一种截面，其中，外罩3横截面的周边24具有弯曲点、因而具有凹入的反向弯曲度35，增大了膨胀容量。

图14示出一个本发明绝热装置的一种截面，其中，外罩3包括两个石油流出物开采管道1₁、一个中央注水管道1₂以及两个装置加热管道，管道1₃例如用于从水面支承件输送一种热流体，管道1₄用于回流；管道1₃和1₄之间的一个连接管布置在管组的第二水下端部。管道1由一层绝热覆盖层加以围绕，绝热覆盖层充填有一种基本不可压缩的流体、例如石蜡，如实施例1中所述。管组或“管束”在其侧面配有可以接纳脐状件20的槽19，槽在图14的左部示出一个，在右部示出两个。

本发明绝热装置在其下部具有一个耐磨损板21，耐磨损板最好至少沿保护外罩3横截面的大边之一布置在横截面的一部分外周边24上，从而在牵引和现场安装时避免损坏封闭外罩3；装置敷设在海底22，只有耐磨损板21擦着海底。

耐磨损板21可以用比重为1的热塑性材料制成，因此，在管组牵引时和使用期间，都不会改变其浮力。

图15示出一个“管束”的一种剖面，其中，保护外罩3具有一个下部3₁，使用时朝上呈开口U形，管道1、绝热覆盖层2和不可压缩的流体4布置在其中，下部31由一个盖子34加以封闭，盖子装配在下部上，以构成整个保护外罩3；如图所示，管束基本呈长方形，例如由一个金属板制成，配有一个盖子34，盖子通过在部位25₁，25₂处的焊接装配在外罩上。管束包括管道1和电热线路26，整个管束由一层覆盖层2加以覆盖，覆盖层由布置在外罩3下部的间隔件27加以支承；覆盖层2或者由一种浸渍有石蜡的吸收基体构成，或者由复合铸塑泡沫塑料或其它抗压绝热材料构成；外罩3和绝热覆盖层2之间的间隙充填有基本不可压缩的流体4、例如石蜡，确保外罩3的内部容积完全充填，因此在该实施例中，外罩不贴合绝热覆盖层2的形状。

图16示出图15所示管束的另一个实施例，其中，外罩3和盖子34具有一个呈唇部28形状的搭接部分，搭接部分位于“管束”主截面的外部，这样可以通过下述方法进行装配：

-或者如图左部所示，穿过均匀间隔的孔29，加一个弹性垫30₁，进行栓接或铆接，或者直接在板之间进行胶接，

-或者如图右部所示，在区域30₂进行滚焊式连续焊接；滚焊是板材业领域技术人员所公知的，这里不再描述。

因此，在机械装配、胶接或两者相结合的情况下，外罩3可以用任意材料制成，例如用热塑性材料、热固性材料或复合材料制成。

图17示出图15所示管束的另一个实施例，其中，盖子由一层挠性材料层31加以取代。例如热塑性材料、热固性材料或者网状材料、例如弹性材料，所述材料封闭外罩3的U形下部3₁的上开口，在“管束”的所有组件全部安装之后浇铸而成，一层绝热覆盖层2包括一种基本不可压缩的流体4，绝热覆盖层2由充填的不可压缩流体4加以围绕，对流体的液位进行调节，以便留有足够的余地，确保材料层31具有足够的厚度、例如1厘米，这样，可以具有足够的粘合力粘合到外罩3的壁上。如图右部所示，接触面为一个直角32的形状，如图左部所示，接触面为S形形状33，板3增大了接触面以及承受剪应力的区域，一般来说，剪应力比胶接中的断裂更可取。

Claims

1．一种至少一条敷设在深海海底的海底管道(1)的绝热装置，它包括一层围绕所述管道的绝热覆盖层及一个保护外罩(3)，其特征在于，所述绝热覆盖层包括一种基本不可压缩的材料(4)，这种材料在高于围绕使用中管道的外部周围温度T₂而低于在所述管道中流通的流出物的温度T₁的熔化温度T₀下进行液-固相变化，所述保护外罩(3)强度大，可变形，并确保围绕所述绝热覆盖层的密封性。

2．根据权利要求1所述的绝热装置，其特征在于，所述绝热覆盖层围绕所述管道(1)最好最靠近其外表面具有一种浸渍有所述材料(4)的吸收基体(2)。

3．根据权利要求1或2所述的绝热装置，其特征在于，保护外罩(3)至少在其周边支承在刚性固化的材料(4)上，适于承受管道(1)的重量，并且在所述管道从地面开始进行敷设时经得住摩擦。

4．根据权利要求1至3之一所述的绝热装置，其特征在于，保护外罩(3)可以根据它所封闭的绝热覆盖层在静水压力作用下和温度变化时的容积变化进行变形。

5．根据权利要求1至4之一所述的绝热装置，其特征在于，保护外罩(3)具有至少一个气体出气口，所述气体是可能穿过所述海底管道(1)扩散的气体，由在所述管道中流通的流出物产生。

6．根据权利要求2至5之一所述的绝热装置，其特征在于，所述基体(2)由一种轻质蜂窝状材料或纤维材料构成，为所述基体浸渍的所述基本不可压缩的材料(4)具有20℃至80℃的熔化温度T0。

7．根据权利要求1至6之一所述的绝热装置，其特征在于，所述材料(4)在固相时的导热系数小于0．3瓦／米／摄氏度，其熔化热焓大于50千焦耳／千克。

8．根据权利要求2至7之一所述的绝热装置，其特征在于，所述基体(2)仅仅占据由所述保护外罩(3)和所述管道(1)所限定的环形空间的一部分容积。

9．根据权利要求1至8之一所述的绝热装置，其特征在于，这种绝热装置包括间隔件(9)，这些间隔件以均匀的间隔沿管道(1)进行布置，支承在所述管道上，并支承保护外罩(3)。

10．根据权利要求1至9之一所述的绝热装置，其特征在于，保护外罩(3)用热塑性材料制成。

11．根据权利要求1至10之一所述的绝热装置，其特征在于，所述基本不可压缩的材料(4)至少90％由链烷族的化学成分构成，最好是一种包括一个具有至少10个碳原子的碳氢链的石蜡。

12．根据权利要求11所述的绝热装置，其特征在于，所述基本不可压缩的材料(4)包括一种具有一个至少有14个碳原子的碳氢链的石蜡。

13．根据权利要求1至12之一所述的绝热装置，其特征在于，所述保护外罩(3)的横截面的外周边(24)是一条闭合曲线，其长度的平方与其所限定的面积之比至少为13。

14．根据权利要求12所述的绝热装置，其特征在于，所述保护外罩(3)的横截面的外形是一个椭圆形。

15．根据权利要求14所述的绝热装置，其特征在于，椭圆形长轴的长度与短轴的长度之比至少为2。

16．根据权利要求13所述的绝热装置，其特征在于，所述保护外罩(3)的横截面的外形是一个矩形。

17．根据权利要求13至16之一所述的绝热装置，其特征在于，这种绝热装置包括至少两个沿同一平面布置的管道(1)，所述外罩(3)的横截面在与所述平面相同的方向上呈长形。

18．根据权利要求13至16之一所述的绝热装置，其特征在于，所述外罩(3)的横截面的周边(24)具有凹入的反向弯曲度(35)。

19．根据权利要求13至18之一所述的绝热装置，其特征在于，这种绝热装置包括一个耐磨损板(21)，该耐磨损板布置在外罩(3)的一部分所述外周边(24)上。

20．根据权利要求19及根据权利要求14至17之一所述的绝热装置，其特征在于，所述耐磨损板(21)沿所述外罩(3)的横截面的大边之一进行布置。

21．根据权利要求13至20之一所述的绝热装置，其特征在于，所述保护外罩(3)的横截面的外周边(24)的长度的平方与所述周边所限定的面积之比至少为16。

22．根据权利要求13至21之一所述的绝热装置，其特征在于，保护外罩(3)具有一个U形下部(3₁)和一个盖子(34)，所述管道(1)布置在所述U形下部中，所述下部和所述盖子装配在所述外罩(3)上。

23．根据权利要求22所述的绝热装置，其特征在于，所述盖子(34)进行滚焊。

24．根据权利要求13至23之一所述的绝热装置，其特征在于，保护外罩(3)具有一个U形下部(3₁)和一个上开口，所述管道(1)布置在所述U形下部中，所述上开口由一层挠性材料层(31)加以封闭，所述挠性材料层在所有内部组件安装之后进行浇铸。

25．根据权利要求13至24之一所述的绝热装置，其特征在于，外罩(3)包括间隔件(27)，这些间隔件支承绝热覆盖层(2)，所述外罩(3)和所述绝热覆盖层(2)之间的间隙充填有一种基本不可压缩的流体(4)。

26．一种至少一条敷设在深海海底的海底管道(1)的绝热方法，这种绝热方法使用一层围绕所述管道的绝热覆盖层以及一个保护外罩(3)，其特征在于：

-使用一层绝热覆盖层(2)最好直接围绕所述管道(1)，所述绝热覆盖层包括一种在一定的熔化温度T₀下进行相变化而且基本不可压缩的材料(4)，所述基本不可压缩的材料最好在一种吸收基体中浸渍过，将所述绝热覆盖层封闭在强度高而且可变形的保护外罩(3)中，

-使热流出物(6)在高于所述材料(4)的熔化温度T₀的温度T₁下在所述管道(1)中流通，而外部周围温度T₂低于熔化温度T₀，因此，进行相变化的材料(4)最好从管道(1)起在一部分浸渍基体(2₁)中为液体，直至管道(1)和外罩(3)之间的一个热交换平衡极限(19)，超过所述极限(19)，材料为固态体，

-当流出物(6)暂停在管道(1)中流通时，由于所述材料(4)的液态部分(4₁)冷却时逐渐固化，其潜热产生热传导，因此，在预定时间内，所述流出物的温度保持在一定的温度T₃以上。

27．根据权利要求26所述的绝热方法，其特征在于：

-将一个密闭件(7₂)以连续和密封的方式固定在要绝热的管道(1)外壁的端部，

-在这部分管道(1)上完全和均匀地围绕所述管道安装吸收基体(2)构件，

-围绕这些基体(2)构件安装保护外罩(3)，使之在其端部连接到封闭件(7₂)上，

-在保护外罩(3)的另一端定位一个第二封闭件(7₁)，使之固定在所述外罩和管道(1)上，

-通过一端，用液化的其温度高于其熔化温度T₀的所述进行相变化的材料(4)，完全充填管道(1)和外罩(3)之间的环形间隙，直至所有基体(2)构件完全被浸渍，

-使装置冷却。

28．根据权利要求27所述的绝热方法，其特征在于：

-在吸收基体(2)构件之间插入间隔件(9)，这些间隔件沿管道(1)以均匀的间隔加以布置，支承在所述管道上，

-当保护外罩(3)的所有构件加以安装和固定以构成密封的外罩时，则同所述间隔件(9)相垂直地安装束带(17)，

-用所述压力液化材料(4)充填环形间隙，使外罩(3)在所述束带(17)之间进行变形，所述变形相当于容积增大，这是由充填温度下液体材料(4)的热膨胀造成的。