ITMI20040513U1 - Tubazioni per canalizzazione del tipo a doppio involucro d'isolamento termico - Google Patents

Description

Domanda di brevetto per modello di utilità dal titolo. " Tubazioni per canalizzazione del tipo a doppio involucro d’isolamento termico "

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda la progettazione e la realizzazione di tubazioni a doppio involucro come, in particolare, quelle destinate ad essere collegate testa a testa per costituire delle condotte o, più particolarmente, costruite per formare delle condotte da posare sul fondo del mare allo scopo di convogliare prodotti petroliferi in forma liquida e/o gassosa.

Per questa come per altre applicazioni industriali analoghe, essa apporta perfezionamenti alle tubazioni che, in linea generale, sono previste a doppio involucro d’isolamento termico definente un’intercapedine anulare stagna fra due tubi coassiali.

Un problema costante nella realizzazione di tubazioni del genere nasce dall’esigenza di un buon isolamento termico fra l’interno e l’esterno della tubazione, perlomeno in certi periodi della vita di una condotta che se ne serva. Per esempio, le condotte sottomarine che convogliano prodotti petroliferi si trovano a bassa temperatura (normalmente fra 0° e 20°C) sul fondo marino, mentre i fluidi convogliati devono sovente potersi presentare a temperatura relativamente alta (compresa fra 100° e 200°C, secondo le prescrizioni consuete). Ed anche quando questa temperatura diminuisce nell’arco di vita di un campo estrattivo, il fluido deve conservare una temperatura minima (per esempio di 40°C) fino al sito di destinazione, all’estremo della condotta, per evitare la formazione di condensati solidi.

Per di più, le distanze da percorrere sono considerevoli. Esse si misurano in decine di kilometri. La qualità dell’isolamento termico deve inoltre essere mantenuta per molti anni di utilizzo delle condotte. Fra gli altri imperativi della pratica, è da sottolineare che questa capacità d’isolamento termico non deve essere pregiudicata dalle operazioni di assemblaggio delle condotte, durante le quali le tubazioni vengono collegate testa a testa in successione, né dalle operazioni di posa di una condotta così formata, immersa progressivamente nel mare, né dalle condizioni di trasporto dallo stabilimento di fabbricazione delle tubazioni al sito di posa della condotta.

Altre difficoltà sono legate alle condizioni di fabbricazione delle tubazioni, alle tolleranze dimensionali, inevitabili per i tubi in considerazione della loro natura (generalmente un acciaio) e del loro diametro (generalmente compreso fra 100 e 700 millimetri), nonché alla realizzazione delle tenute stagne. Una delle soluzioni che sono state proposte all’industria petrolifera consiste nel creare un vuoto spinto nell’intercapedine anulare fra i due tubi coassiali di una tubazione a doppio involucro. E’ evidente che in questo caso la realizzazione delle tenute stagne risulta particolarmente critica, e che tanto il grado di vuoto che lo spessore sotto vuoto necessari incidono pesantemente sul costo delle tubazioni.

Le stesse esigenze di grado d’isolamento termico e di durevolezza si riscontrano in altre applicazioni, specialmente nelle situazioni che comportano un differenziale di temperatura dello stesso ordine di grandezza fra l’interno e l’esterno della tubazione, ma in senso inverso.

Nell’intento sopratutto di ridurre i costi e di migliorare la qualità e la durevolezza dell’isolamento termico, la presente invenzione propone una tubazione a doppio involucro d’isolamento termico, caratterizzata dal fatto che, in un’intercapedine anulare stagna fra un tubo interno ed un tubo esterno disposti coassialmente uno nell’altro, essa comprende una placca autoportante di materiale microporoso a pori aperti, dotata di flessibilità sufficiente per poter essere avvolta contro il tubo interno, e che fuori di detto materiale in detta intercapedine anulare, viene lasciato un passaggio libero riservato ad una circolazione longitudinale di gas mediante il quale viene fatta prevalere una pressione ridotta lungo tutta detta intercapedine anulare.

Secondo una forma realizzativa preferita dell’invenzione, un passaggio siffatto si presenta sotto forma di strato anulare lasciato libero fra la placca di materiale microporoso e la parete interna del tubo interno.

Questa forma realizzativa si presta particolarmente bene alle tubazioni la cui fabbricazione preveda di infilare il tubo interno (che sarà stato preventivamente dotato del materiale microporoso placcato contro di esso) entro un tubo esterno esistente. E’ questo generalmente il caso delle tubazioni che utilizzano tubi d’acciaio per delimitare il doppio involucro.

Come variante, potrebbe prospettarsi preferibile produrre il tubo esterno chiudendolo placcato contro il materiale microporoso, oppure realizzandolo per indurimento in situ di un materiale come una composizione di resina organica applicata al materiale microporoso per proiezione, immersione, estrusione, od altra tecnica analoga. In un contesto del genere, potrebbe rivelarsi difficile lasciare uno strato anulare completo aperto ad una circolazione gassosa longitudinale. Uno strato siffatto potrà allora essere sostituito da condotti inseriti nella superficie del materiale microporoso, per esempio prima di annegare l’insieme in un involucro di materia plastica, oppure evitando di chiudere le placche di materiale microporoso bordo contro bordo, così da lasciare libero un passaggio lungo una generatrice della tubazione.

Un materiale particolarmente appropriato per la tubazione secondo l’invenzione è rappresentato dalle placche d’isolante microporoso a base di materiale ceramico, preferibilmente a base di silice, come quelle reperibili in commercio e prodotte, in particolare, dalla Società Micropore International Ltd, con il marchio “Microtherm”.

Il materiale di queste placche si compone di una miscela di polvere silicica e fibre ceramiche di rinforzo, il tutto compattato in una struttura tridimensionale coerente di particelle fini che è trattenuta in un involucro non stagno. Quest’ultimo è costituito correntemente da un tessuto di fibre minerali legate in una stuoia di fibre incrociate non intessute, in particolare fibre di vetro, ma sarà più economico preferire per l’invenzione un tessuto di cotone, inglobando se del caso fibre di cotone legate assieme senza tessitura vera e propria.

Dal punto di vista chimico si tratta, almeno per la struttura microporosa silicica (senza tener conto del suo involucro), di una miscela formata per la maggior parte da silice, ma che contiene anche una parte minore di biossido di titanio.

Nell’applicazione che secondo l’invenzione viene fatta di questo genere di placche isolanti, la presenza di biossido di titanio conferisce al materiale microporoso proprietà anti-irraggiamento da sfruttare in prossimità del tubo interno, quello che nelle condotte è portato a temperatura elevata. A tale riguardo è interessante osservare che è noto produrre materiali microporosi a base di gel di silice pirogenato nei quali la proporzione di biossido di titanio supera 20% in peso del peso totale, per arrivare a circa 30-35% in peso per 60-70% in peso di silice, se si trascurano parti minori di altri ossidi minerali che complessivamente ammontano a meno di 5% in peso.

Questi materiali sono vantaggiosi anche nell’ambito della presente invenzione, in quanto sono caratterizzati da porosità aperta e da un diametro di poro minore di, od al più eguale a, 0,1 micron. Nel linguaggio tecnico qui usato, la porosità è detta aperta quando i pori aperti in comunicazione tra loro rappresentano la quasi totalità dei pori che la struttura microporosa presenta, cioè in pratica 85-95% circa in volume del volume totale dei pori, a sua volta dell’ordine di 80% del volume apparente.

Tutte le applicazioni che sono state raccomandate fino ad oggi per i materiali microporosi composti essenzialmente da particelle siliciche, in particolare da gel di silice pirogenato, sfruttano il fatto che il diametro dei pori aperti è minore del libero percorso medio delle molecole d’aria, il che garantisce essenzialmente una capacità d’isolamento termico ben superiore a quella di materiali più tradizionali, in particolare di quelli fabbricati in maniera da produrre principalmente pori chiusi.

Contrariamente a queste applicazioni note, la presente invenzione conduce a migliorare ulteriormente le loro prestazioni utilizzando il fatto che i pori sono aperti per creare un vuoto parziale all 'interno del materiale stesso.

In tal modo, l’invenzione permette di scegliere spessori di materiale microporoso che diventano sufficienti a portarne il potere isolante a limiti soddisfacenti, pur nel rispetto degli imperativi economici di fabbricazione e posa delle condotte, anche se un materiale siffatto è intrinsecamente molto costoso.

Al tempo stesso, dall’invenzione deriva la possibilità di far bastare un vuoto parziale, che si traduce preferibilmente in una pressione ridotta compresa fra 0,5 millibar e 100 millibar. Queste condizioni sono molto più facili da rispettare, per un costo molto inferiore a quello che comportavano i gradi di vuoto spinto proposti in passato per tubazioni a doppio involucro d’isolamento termico.

Grazie fra l’altro all’aumentato libero percorso medio delle molecole di gas che ne risulta, si arriva ad elevare il potere isolante di un fattore che va da 2 a 10, a seconda del valore di pressione ridotta scelto e delle condizioni termiche in opera.

E’ inoltre notevole che, secondo l’invenzione, lo spessore occupato dalla placca di materiale microporoso nell’intercapedine anulare fra i due tubi coassiali lasci libero un passaggio di circolazione laminare d’aria che facilita un’aspirazione diretta a generare la pressione ridotta propagandola lungo tutta la tubazione a partire da un’estremità di questa. Oltre a ciò, le esigenze poste per l’ottenimento delle tenute stagne risultano meno severe, il che contribuisce ad alleggerire le condizioni di fabbricazione e di trasporto delle tubazioni verso il sito di posa delle condotte e ad abbassare i costi.

In linea generale, si osserva che basta concedere uno spessore medio dell’ordine di 0,5-5 mm ad uno strato dell’intercapedine anulare, lasciato libero dalla parte del tubo esterno dal materiale microporoso, perché le operazioni di creazione della pressione ridotta risultino efficaci al fine di evacuare l’aria contenuta in origine nei pori del materiale isolante microporoso. Questo effetto può spiegarsi per il fatto che l’azione aspirante si esercita radialmente attraverso lo spessore di materiale microporoso su tutta la sezione trasversale della tubazione, mentre l’aria circola senza ostacoli in direzione longitudinale nello spazio lasciato libero.

Lo spessore utile di quest’ultimo si dimostra in pratica dello stesso ordine di grandezza di quelli corrispondenti alle tolleranze di fabbricazione dei tubi stessi ed alle esigenze tecnologiche dipendenti dalla fabbricazione di una tubazione siffatta mediante infila ggio di un tubo esterno precostituito sopra il tubo interno dotato della copertura composta dalla placca di materiale microporoso.

Un altro importante vantaggio della presente invenzione risiede nel fatto che il coefficiente d’isolamento termico ottenuto mediante la combinazione del materiale microporoso con la creazione di una pressione ridotta, sia nel materiale microporoso che nello spessore lasciato libero nell’intercapedine anulare fra i due tubi coassiali, permette di ridurre sensibilmente lo spessore totale di tale intercapedine anulare, e quindi le dimensioni del tubo esterno a parità di sezione utile del tubo interno e di costrizioni d’isolamento termico.

Si osserva così che uno spessore di materiale microporoso di 10mm è sufficiente a soddisfare le esigenze delle condotte convoglianti prodotti petroliferi sul fondo marino in molti casi d’applicazione pratica. In altri casi, sarà possibile aumentare questo spessore fino ad un valore che si colloca vantaggiosamente nella gamma da 5mm a 30mm, preferibilmente da 10mm a 20 millimetri.

Nella pratica, si presentano però delle situazioni in cui lo spessore dell’intercapedine anulare fra i due tubi coassiali non può essere ridotto a meno di 10-15 mm per altre ragioni di natura tecnologica, in particolare per consentire l’accesso da parte di macchine saldatrici usate per chiudere l’involucro anulare in maniera stagna alle estremità della tubazione e/o per consentire tale chiusura con mezzi che non comportino trasferimenti termici esagerati fra i tubi. In questo caso, lo spessore della placca di materiale microporoso verrà scelto vantaggio samen te pari ad un valore coprente da 30% a 95% dell’intercapedine anulare fra i due tubi coassiali, questa gamma ponendosi preferibilmente fra 50% e 80% circa. Si può considerare che in situazioni di questo genere il diametro interno del tubo esterno è più sovente di 25-50 mm maggiore del diametro della parete esterna del tubo interno.

Nel paragrafo precedente ed in quello che segue, ci si riferisce ad un caso preferito d’applicazione dell’invenzione nel quale tubazioni prefabbricate individualmente sono trasportate al sito di posa della condotta dove quest’ultima viene assemblata per collegamento testa a testa di tubazioni in successione. Inoltre, l’interesse si accentra specialmente su tubazioni siffatte nelle quali i due tubi coassiali sono tubi metallici infilati uno dentro l’altro prima di chiudere l’involucro intermedio alle due estremità della tubazione.

Si noterà in proposito che l’utilità di prevedere a tal fine la presenza di una virola intermedia fissata in doppio, in maniera stagna, da una parte al tubo interno e dall’altra al tubo esterno in ciascuna estremità delle tubazioni prefabbricate, risalta soprattutto quando queste tubazioni hanno lunghezza relativamente modesta, per esempio fissata a 12m o 24m, mentre per tubazioni di maggiore lunghezza si è più facilmente indotti a trascurare il rischio di fughe termiche minime che possano prodursi in corrispondenza dei giunti fra le tubazioni saldate testa a testa. Una virola del genere è preferibilmente di natura metallica e fissata mediante saldatura, ma in altri casi, si potrà utilizzare vantaggio samente una virola di elastomero incollata su entrambi i tubi.

Siccome le temperature elevate che il materiale microporoso deve poter sopportare rimangono comprese fra 100° e 200°C come ordine di grandezza, e cioè molto al disotto di quelle delle applicazioni note di questo tipo di materiale, è vantaggioso sostituire l’involucro non stagno che racchiude il materiale silicico con un tessuto a base di cotone, invece di un tessuto a base di fibre di vetro o di altre fibre ceramiche. Il termine tessuto, come qui usato, include le stuoie in cui le fibre non sono realmente tessute fra loro, conformemente a quello che correntemente s’intende con la definizione di tessuto non tessuto.

Inoltre, si potrà avere interesse ad utilizzare questo tipo d’isolante termico sotto forma di strisce piane parallele tenute assieme dal tessuto avviluppante, disponendo tali strisce longitudinalmente sul tubo interno della tubazione secondo l’invenzione. Sarà però più spesso vantaggioso evitare la creazione di ponti termici secondo generatrici della tubazione, prevedendo di arrotolare attorno al tubo interno un’unica placca fabbricata a spessore costante con i bordi che si uniscono.

Infatti, agli spessori utili secondo l’invenzione, e per i diametri dei tubi utilizzati nella pratica dalle condotte contemplate, le placche di materiale microporoso reperibili commercialmente come placche piane possiedono flessibilità sufficiente per poterle avvolgere senza difficoltà tenendole placcate contro il tubo interno.

Come precedentemente accennato, le placche di materiale microporoso sono nondimeno autoportanti per cui, in generale, non sarà necessario fissare i bordi della placca lungo tutta una generatrice del tubo interno e ci si potrà limitare preferenzialmente ad un fissaggio bordo a bordo per punti, da assicurare in particolare mediante nastri autoadesivi.

Dalle spiegazioni che precedono, come da quelle che seguiranno, traspare che l’invenzione mette a profitto le peculiarità delle placche isolanti a base di silice con microporosità a pori aperti e flessibilità nelle dimensioni utili, più che la loro nota capacità di resistere a temperature molto alte in virtù della loro natura ceramica.

Di conseguenza, l’esperto del ramo sarà in grado di scegliere materiali equivalenti senza esulare dall’ambito della presente invenzione. In questo, egli potrà ricorrere in particolare a materiali microporosi a base di resina organica polimerizzata, anziché a base di composti minerali, oppure a materiali prodotti a partire da una composizione comprendente più o meno particelle fini dimensionalmente omogenee o più o meno fibre come nei feltri.

Inoltre, la pressione ridotta creata non è necessariamente in atmosfera d’aria. Al contrario, potrebbe dimostrarsi vantaggiosa la sostituzione dell’aria residua con un altro gas, come l’argon, mediante un’operazione di sostituzione per lavaggio che nemmeno essa richiede di passare per un vuoto spinto.

Conformemente ad una delle sue caratteristiche secondarie, l’invenzione prevede di fasciare esternamente la placca di materiale microporoso con un foglio di protezione capace di evitarne il danneggiamento al momento dell’infilaggio dei tubi coassiali uno dentro l’altro. Un esempio preferito di foglio siffatto è rappresentato da un foglio di materiale organico, in particolare di resina poliestere come il polietilene.

E’ possibile portarlo a contatto intimo del materiale microporoso per effetto della sua capacità intrinseca di ritiro o per effetto di un vuoto atto ad evitare che al momento di infilare un tubo esterno preformato sopra il tubo interno recante le placche di materiale microporoso, questo foglio possa formare grinze e dare luogo a rigonfiamenti.

In certi casi, sarà anche opportuno che tale foglio possieda un basso coefficiente d’attrito superficiale, specialmente in corrispondenza della sua superficie rivolta verso il tubo esterno, in modo da non ostacolare gli spostamenti relativi puntuali che comportano l’awolgimento di una tubazione su se stessa ed il suo svolgimento sul sito di posa della condotta alla quale essa è destinata.

In altre applicazioni, potrà essere preferibile applicare così, alla superficie esterna del materiale microporoso, un foglio di un altro materiale, e più particolarmente, un foglio alluminiato che presenti verso l’esterno una superficie tendente ad impedire i trasferimenti termici di tipo radiante. Analogamente potrà risultare interessante rivestire il tubo interno con uno strato anti-irraggiamento al di sotto del materiale microporoso. Tuttavia sembra che generalmente l’efficacia dell’isolamento fornito dall’invenzione permetta vantaggio samente di evitare i costi aggiuntivi che simili stati possono comportare.

Secondo un’ulteriore caratteristica dell’invenzione, sono vantaggio samente previsti dei distanziali atti ad assicurare il centraggio del tubo interno in quello esterno mantenendo uno spazio minimo adeguato fra i tubi, interno ed esterno, da un capo all’altro della tubazione. Questi distanziali sono costituiti convenzionalmente da clampe serrate in posizione fissa sul tubo interno della tubazione.

Nell’ambito della presente invenzione, si potrà generalmente evitare di disporre tali distanziali sopra il materiale microporoso, per disporli invece in posizione stabile direttamente sul tubo interno, in maniera che formino al contempo una battuta longitudinale interposta fra due placche di materiale microporoso consecutive sulla lunghezza della tubazione.

Le diverse caratteristiche dell’invenzione risulteranno più chiare, unitamente ai rispettivi vantaggi, nel corso della descrizione che segue di un esempio di realizzazione particolare illustrato dall’unica figura degli annessi disegni.

Questa figura mostra, in sezione longitudinale parziale, una tubazione a doppio involucro secondo l’invenzione che comprende un tubo interno 1 infilato coassialmente in un tubo esterno 2, così come essa viene prefrabbricata in stabilimento per essere trasportata sul sito di utilizzazione dove tubazioni identiche consecutive vengono collegate testa a testa per comporre una condotta immersa in mare.

Un manicotto 3, mostrato schematicamente, viene aggiunto in corrispondenza del giunto fra due tubazioni saldate testa a testa tramite i rispettivi tubi interni 1.

E’ inoltre mostrata una virola intermedia 4 che si ritrova a ciascuna estremità della tubazione e che chiude in queste due estremità un’intercapedine anulare stagna 5 compresa fra i due tubi.

Questa virola 4, di forma generalmente conica, che costituisce quello che si è soliti chiamare in gergo il tulipano d’estremità, è saldata a tenuta stagna da una parte sul tubo interno 2, lasciando sporgere una zona di questo sufficiente per l’esecuzione della saldatura 6, e dall 'altra all’interno dell’estremità calzata del tubo esterno 2.

Nella stessa figura si notano delle placche 7, 8, 9 di materiale microporoso che sono avvolte attorno al tubo interno 1 e dimensionate in modo che i loro bordi opposti si uniscano lungo una generatrice del tubo stesso, nonché fasce o collari 11, formati da semplici strisce di carta autoadesiva, che le tengono strette bordo a bordo placcate contro la parete esterna del tubo 1.

Si nota inoltre che, nella direzione della lunghezza della tubazione, le placche 7, 8, 9 sono separate una dall’altra mediante distanziali 12 ad esse interposti. Questi sono costituiti da clampe fissate in posizione chiusa strette contro il tubo interno 1. In particolare, esse sono realizzate per stampaggio in materiale organico. Il loro diametro esterno è minore del diametro interno del tubo esterno 2, per non interferire con l’infilaggio dei due tubi 1 e 2 uno dentro l’altro, malgrado le variazioni di spessore di parete e di circolarità che sono abitualmente tollerate nella fabbricazione di tubi di questo genere.

I distanziali 12 così costruiti combinano una funzione di centraggio trasversale del tubo interno 1, all’ interno del tubo esterno 2, con una funzione di battuta fra placche consecutive di materiale microporoso nella direzione longitudinale. Essi costituiscono inoltre elementi di rinforzo meccanico, scaricando direttamente sul tubo interno anziché attraverso le placche isolanti gli sforzi di flessione che la tubazione può dover sopportare al momento della posa in mare.

Nella forma realizzativa qui illustrata, il materiale microporoso è costituito da una placca d’isolante termico a base di gel di silice pirogenato racchiusa in un involucro di tessuto di cotone.

Si tratta più precisamente di una placca prodotta dalla Società Micropore International Ltd. con il marchio “Microtherm”, nella quale la struttura microporosa di silice contiene circa 65% di silice e circa 32% di biossido di titanio, il resto della composizione in peso essendo costituito daallumina e da tracce di vari altri ossidi metallici o alcalinoterrosi provenienti, in particolare, da allumino-silicati componenti la materia delle fibre che reticolano le particelle di silice.

Sempre con riferimento al particolare esempio descritto, lo spessore della placca di materiale microporoso occupa la metà dell’intercapedine anulare 5 fra i due tubi coassiali.

Per uno spessore di 15mm ed un’intercapedine anulare di 30mm attorno ad un tubo interno 1 di spessore corrente (13mm) e per una sezione di passaggio del fluido con diametro di 430mm, essa lascia libero un equivalente spessore di volume d’aria a ridosso del tubo esterno 2.

E’ per circolazione longitudinale in questo spazio lasciato libero che viene creato un vuoto parziale mediante estrazione dell’aria contenuta nei pori aperti del materiale microporoso attraverso il tessuto che lo avviluppa. Il vuoto si produce fino a far prevalere una pressione ridotta dell’ordine di 50 millibar, per aspirazione tramite raccordo di prelievo applicato provvisoriamente ad un foro praticato ad una delle estremità di una tubazione, foro che in seguito viene chiuso da un giunto di saldatura.

Come convenzionale, i tubi 1 e 2, come pure le virole 4 d’estremità di forma genericamente conica, sono realizzati in acciaio.

Il tubo interno 1 può vantaggio samente comprendere un rivestimento complementare della sua parete esterna, scelto per offrire proprietà di resistenza allo scorrimento longitudinale del materiale microporoso placcatovi contro. Come variante o complementarmente, si potrebbe avere interesse, specialmente per le operazioni di montaggio, ad assicurare un’aderenza dei bordi di ciascuna placca di materiale microporoso in corrispondenza della loro unione, lungo tutta la corrispondente generatrice del tubo interno.

Inoltre, la figura mostra un foglio intermedio 13 che viene avvolto esternamente attorno a ciascuna placca isolante 7, 8, 9 di materiale microporoso. Lo scopo di questo è di proteggere l’involucro di tessuto di tale materiale dal degrado che esso potrebbe subire durante l’infilaggio del tubo esterno sul tubo interno preventivamente provvisto di dette placche e degli spessori 12.

Questo foglio 13 è mostrato come composto da una falda di materiale organico rivestito d’alluminio sulla faccia esterna. Conviene però usare un foglio di polietilene dello spessore di 0,2mm fissato mediante incollaggio lungo una generatrice della tubazione. L’impiego di un foglio di materiale contraibile ha il vantaggio di assicurare un buon accoppiamento della placca isolante con il tubo interno dal punto di vista delle vibrazioni meccaniche.

Secondo un esempio pratico di realizzazione delle tubazioni sopra descritte ed illustrate, in quanto prefabbricate in stabilimento, la parte corrente di ciascuna tubazione è costituita da un tubo interno 1 con diametro esterno di 219mm e spessore di parete di 13mm, e da un tubo esterno 2 con diametro interno di 249mm e parete spessa 1 1mm.

Per ciascuna tubazione, il tubo esterno viene calzato attorno al tubo interno dopo che questo sia stato provvisto dapprima dei distanziali 12 e poi delle placche 7, 8, 9 di materiale microporoso, ciascuna dello spessore costante di 12mm, per una larghezza equivalente al contorno periferico del tubo interno ed una lunghezza di 40 centimetri. Questo materiale possiede porosità a 90% di vuoti, essenzialmente come pori aperti di diametro medio inferiore a 0,1 micron, ed una massa volumica di 255kg/m<3>.

Si procede quindi a mettere sotto vuoto, attraverso lo strato spesso mediamente 3mm lasciato sgombero a ridosso del tubo esterno, fino ad una pressione ridotta di 50 millibar, come sopra descritto.

Lo stesso strato che consente una circolazione gassosa nella direzione longitudinale, nonché di creare il vuoto parziale all’interno del materiale microporoso nella direzione trasversale, può conservare ulteriormente una sua utilità dopo che le tubazioni consecutive siano state collegate a formare una condotta sottomarina.

Questa possibilità verrà ora illustrata facendo riferimento ad una variante di costruzione di una condotta basata su una tubazione secondo l’invenzione. Conformemente a questa variante, la tubazione è prodotta in grandi lunghezze nello stabilimento e trasportata arrotolata su se stessa fino al sito di posa, eventualmente ancora in alto mare.

Che il collegamento di tubi consecutivi sia o meno stato previsto, una tubazione completa si presenta come un pezzo unico, con un’intercapedine anulare su tutta la lunghezza a scopo d’isolamento termico.

Una volta posata tale tubazione, il passaggio di circolazione gassosa rimane accessibile da una o dall’altra estremità della condotta per far variare il grado di vuoto nel corso della vita di ques’ultima, variando di conseguenza l’efficacia dell’isolamento.

Questa possibilità si dimostra particolarmente utile nel settore petrolifero, poiché gli effluenti di un campo estrattivo subiscono variazioni delle loro temperature mano a mano che i pozzi vengono sfruttati, nonché a seguito di altre condizioni d’esercizio come la portata e la composizione fisica e chimica dell’effluente convogliato dalla condotta.

In un esempio pratico, si comincia con l’impostare l’efficacia dell’isolamento termico ad un valore relativamente basso, per i periodi di sfruttamento in cui l’effluente entra nella condotta, per esempio, a 150°C. L’ottenimento di un coefficiente d’isolamento termico globale (Overall Heat Transfer Coefficient) dell’ordine di 2-5 W/m<2>per °C permette di limitare i fenomeni di dilatazione longitudinale del tubo interno, pur garantendo all’effluente una temperatura di almeno 40°C fino alla sua uscita dalla condotta.

Verso l’esaurimento del campo estrattivo, la temperatura dell’effluente all’ingresso della condotta si abbassa sensibilmente, per cui diventa utile migliorare il coefficiente d’isolamento termico globale, per esempio fino a 0,5W/m<2>per °C, per conservare in uscita dalla condotta la medesima temperatura, secondo un compromesso fra le esigenze di natura economica e la necessità di evitare la formazione di condensati indesiderabili lungo tutto il tragitto dell’effluente all’interno della condotta.

In tali circostanze, si ha perciò interesse a scegliere, dimensionare e disporre gli elementi costitutivi della tubazione secondo l’invenzione in maniera che essa sia atta a generare un coefficiente d’isolamento termico globale compreso fra 0,5W/m<2>.°C e lW/m<2>.°C quando nel doppio involucro della tubazione viene fatta prevalere una depressione dell’ordine di 1-100 mbar, che eventualmente non possa oltrepassare un valore di pressione ridotta dell’ordine di 900 mbar, e in maniera che sia nondimeno possibile utilizzare la presenza dei passaggi longitudinali liberi alla circolazione dell’aria per creare invece una sovrapressione, la pressione nell’intercapedine anulare fra i tubi coassiali (ivi incluso il materiale microporoso) potendo in tal caso raggiungere, per esempio, 50bar.

In un esempio del genere, l’invenzione si traduce in un metodo d’utilizzazione di una tubazione così costituita, caratterizzato essenzialmente dal fatto che la pressione prevalente in detta intercapedine anulare viene fatta variare fra due valori che possono raggiungere 50 bar all’inizio della vita di una condotta formata con detta tubazione, e valori compresi fra Imbar e 900mbar alla fine della vita della condotta. Diviene cosi possibile far variare il coefficiente d’isolamento termico globale fra 0,5W/m<2>.°C e 5W/m<2>.°C, con uno spessore della placca di materiale microporoso dell’ordine di 10-14 mm ed uno strato anulare di circolazione longitudinale di gas che presenta spessore radiale medio compreso fra 1 e 5 millimetri.

In entrambi i casi, l’aria supposta presente nell’intercapedine anulare, compresa quella nei pori del materiale microporoso, può essere sostituita da un altro gas, per esempio un gas inerte come l’argon, al fine di migliorare ulteriormente le qualità cercate, a parità di natura e di dimensioni degli elementi costitutivi.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tubazione a doppio involucro per condotte, in particolare per condotte di prodotti petroliferi da posare in mare, caratterizzata dal fatto che, in un’intercapedine anulare stagna (5) fra un tubo interno (1) ed un tubo esterno (2) disposti coassialmente uno nell’altro, essa comprende una placca autoportante (7,8,9) di materiale microporoso a pori aperti, dotata di flessibilità sufficiente per poter essere avvolta contro il tubo interno (1), e dal fatto che fuori di detto materiale in detta intercapedine anulare, viene lasciato un passaggio libero riservato ad una circolazione longitudinale di gas mediante il quale viene fatta prevalere una pressione ridotta lungo tutta detta intercapedine anulare.
2. 2. Tubazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto passaggio si presenta sotto forma di strato anulare lasciato libero fra la placca di materiale microporoso e la parete interna del tubo esterno, lo spessore di detta placca essendo minore di quello di detta intercapedine anulare (5).
3. 3. Tubazione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detta pressione ridotta è compresa fra 0,5 e 100 millibar.
4. 4. Tubazione secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detto materiale microporoso è sotto forma di placche isolanti a base ceramica distribuite sulla lunghezza della tubazione.
5. 5. Tubazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che il materiale di dette placche comprende una miscela di polvere silicica e fibre ceramiche di rinforzo, il tutto compattato in una struttura tridimensionale coerente di particelle fini che è racchiusa in un involucro non stagno.
6. 6. Tubazione secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto involucro è composto da un tessuto di fibre di cotone, preferibilmente non tessute.
7. 7. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzata dal fatto che detto materiale microporoso si compone di una miscela di una parte maggiore formata da silice con una parte minore formata da biossido di titanio.
8. 8. Tubazione secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che la proporzione di biossido di titanio in detto materiale è compresa fra 30% e 35% in peso per 60-70% in peso di silice, rispetto al peso totale della sua composizione.
9. 9. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che i pori del materiale costituente detta placca sono aperti per da 85% a 95% del loro volume globale, con diametro medio dei pori minore di, o al più eguale a, 0,1 micron.
10. 10. Tubazione secondo la rivendicazione 2 eventualmente combinata con una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 9, caratterizzata dal fatto che lo strato lasciato libero contro detto tubo esterno (2) dalla placca di materiale microporoso ha spessore medio compreso fra 0,5 e 5 millimetri.
11. 11. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzata dal fatto di comprendere distanziali di centraggio di detto tubo interno (1) in detto tubo esterno (2), distribuiti ad intervalli regolari e serrati in modo fisso su detto tubo interno (1) lungo la lunghezza della tubazione, i quali formano elementi di rinforzo e battute longitudinali per placche distinte di detto materiale microporoso.
12. 12. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, caratterizzata dal fatto di comprendere un foglio (13) di protezione di detta placca (7,8,9) che è placcato esternamente attorno a detta placca e che, preferibilmente, possiede un basso coefficiente d’attrito superficiale.
13. 13. Tubazione secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto foglio (13) è di un materiale contraibile che favorisce l’accoppiamento di detta placca con detto tubo interno dal punto di vista delle vibrazioni meccaniche.
14. 14. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un foglio ad effetto anti- irraggiamento interposto fra detto tubo interno (1) e detto utbo esterno (2), in cooperazione con detta placca (7,8,9) di materiale microporoso e detto passaggio lasciato libero sotto pressione ridotta.
15. 15. Tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 14, caratterizzata dal fatto che detto tubo interno è un tubo d’acciaio che viene infilato sopra il tubo interno, anch’esso d’acciaio, preventivamente provvisto di detta placca di materiale microporoso, l’intercapedine anulare venendo in seguito chiusa a tenuta stagna in corrispondenza delle estremità della tubazione per mezzo di una virola intermedia fra detti tubi coassiali.
16. 16. Metodo di utilizzazione di una tubazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 15, caratterizzato dal fatto che, nel corso della vita di una condotta formata con detta tubazione, la pressione prevalente in detta intercapedine anulare viene fatta variare tra valori che possono raggiungere 50bar e valori compresi fra Imbar e 900mbar, per far variare il coefficiente d’isolamento termico globale fra l’interno e l’esterno della tubazione tra 0,5W/m<2>.°C e 5W/m<2>.°C, lo spessore di detta placca di materiale microporoso essendo dell’ordine di 10-14 mm, ed uno strato di circolazione longitudinale di gas secondo la rivendicazione 2 essendo predisposto con spessore medio compreso fra 1 e 5 millimetri.