ITMI20131165A1

ITMI20131165A1 - Submarine flexible pipe

Info

Publication number: ITMI20131165A1
Application number: IT001165A
Authority: IT
Inventors: Pietro Anelli; Godinho Carlos Alberto Ferreira; Gabriele Perego; Rodolfo Sica
Original assignee: Prysmian Spa
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-11
Also published as: CA2917253C; DK3019783T3; CA2917253A1; US20160146380A1; AR096847A1; EP3019783B1; UY35659A; EP3019783A1; US9851027B2; WO2015004597A1

Description

Tubo flessibile sottomarino

* * * * *

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un tubo flessibile sottomarino.

L’estrazione di petrolio dal fondo del mare richiede l’uso di tubi flessibili per il trasporto del greggio, assieme ad altre sostanze o gas miscelati con esso, dal pozzo di estrazione sottomarino al livello del mare. Tali tubi devono essere atti a resistere, per un tempo assai lungo (almeno 20 anni), ad elevate pressioni interne e/o esterne (anche superiori a 1000 bar) e ad elevate temperature (anche fino a 130 °C) nonché ad ampie fluttuazioni di temperatura legate all’assai elevata profondità al di sotto del livello del mare (anche superiore a 1000 m). Questi tubi flessibili devono anche essere in grado di resistere alle continue sollecitazioni di piegatura causate dalle correnti marine e dalle onde in superficie.

Al fine di soddisfare i requisiti di cui sopra, vengono ampiamente usati tubi flessibili sottomarini provvisti di una struttura di acciaio flessibile. Questi tubi flessibili, tipicamente, comprendono una carcassa in acciaio inossidabile flessibile interna, una guaina polimerica interna, che circonda la carcassa, destinata a garantire l’impermeabilità ai fluidi, uno strato di rinforzo metallico elicoidale (strato di armatura di resistenza alla pressione), avvolto con un passo corto, che circonda la guaina polimerica ed atto a resistere alla pressione interna e/o esterna, strati di armatura resistenti alla trazione che circondano lo strato di armatura resistente alla pressione ed atti a resistere alle forze di trazione longitudinali, e una guaina polimerica protettiva esterna. Gli strati di armatura resistenti alla trazione sono, tipicamente, fatti di fili o strisce d’acciaio al carbonio avvolti elicoidalmente con un passo lungo in direzioni opposte, eventualmente separati da strati polimerici.

WO 2008/119676 descrive un tubo flessibile atto al trasporto di greggio, comprendente liquidi idrocarburici e gas, quali ad esempio gas naturale, nell’esplorazione petrolifera off-shore in profondità, a profondità fino a 3000 m. Il tubo flessibile comprende, dall’interno all’esterno, un tubo o carcassa flessibile metallica, una guaina di tenuta interna o guaina resistente alla pressione posta attorno alla carcassa, uno strato di materiale plastico di copertura fra la carcassa e la guaina resistente alla pressione, una calotta resistente alla pressione destinata a contrastare le forze di compressione interne, due tele di armatura resistenti alla trazione destinate a contrastare le forze di trazione longitudinali ed una guaina protettiva. Le tele di armatura resistenti alla trazione sono formate da strisce o fili metallici avvolti con un lungo passo.

Durante l’intero tempo di esercizio del tubo flessibile, alcuni gas miscelati con il greggio, principalmente metano, biossido di carbonio, solfuro di idrogeno e acqua, diffondono lentamente attraverso la guaina polimerica interna e raggiungono gli strati di armatura resistenti alla trazione. Il biossido di carbonio, il solfuro di idrogeno e l’acqua possono dar luogo, nel tempo, a fenomeni di corrosione dell’acciaio al carbonio e, in particolare quando si impiega un acciaio al carbonio ad alta resistenza (ad esempio durezza Rockwell con penetratore conico > 20 kg/mm<2>), possono dare luogo ad un indesiderato infragilimento dell’acciaio che limita notevolmente la vita utile di esercizio del tubo flessibile.

La Richiedente ha osservato che un tubo flessibile del tipo descritto in WO 2008/119676 è soggetto ai fenomeni di corrosione discussi sopra, il che limita notevolmente la vita utile di esercizio del tubo flessibile.

US 4,773,151 descrive un tubo flessibile atto al trasporto di greggio contenente solfuro di idrogeno. Il tubo flessibile comprende un corpo di materiale elastomerico al cui interno sono incorporati due strati di rinforzo in filo metallico. Ciascuno strato di rinforzo comprende venti cordicelle ciascuna facente parte di un insieme di sette filamenti di filo metallico, dette cordicelle essendo sistemate in modo da estendersi elicoidalmente rispetto alla direzione della lunghezza del tubo flessibile. Ciascun filamento in filo metallico ha un’anima di acciaio circondata da un rivestimento di alluminio allo scopo di impartire all’acciaio una migliorata resistenza alla corrosione da solfuro di idrogeno.

La Richiedente ha osservato che i fili d’acciaio rivestiti di alluminio descritti in US 4,773,151 sono completamente isolati, essendo annegati in un materiale elastomerico.

Tuttavia, in un tubo flessibile sottomarino le armature d’acciaio non sono isolate, essendo poste in una posizione in cui va contemplato il contatto con l’acqua marina.

Infatti, la posizione delle armature d’acciaio sotto la guaina esterna è in un posto esposto al contatto con acqua marina, per esempio a causa di danni causati alla guaina esterna durante la vita utile operativa del tubo flessibile e della possibile condensazione di acqua marina, con conseguenti problemi di corrosione a causa della potenziale presenza di acqua, biossido di carbonio e solfuro di idrogeno.

Ciò è spiegato, per esempio, nel Documento della Conferenza “Qualification of Steel Wire for Flexible Pipes”, di Adam Rubin e Jonas Gudme, NKT Flexibles, pubblicato da NACE International in CORROSION 2006, 12-16 marzo 2006, San Diego, CA.

In particolare, tale documento fa riferimento allo spazio fra il rivestimento interno e la guaina esterna, indicato come “annulus”. Questo spazio anulare è principalmente occupato dall’acciaio al carbonio dei fili metallici di armatura.

Tale documento definisce anche che il volume libero nell’annulus fra i fili d’acciaio è assai limitato, il che dà luogo ad un assai elevato rapporto fra superficie d’acciaio e volume libero.

Al fine di determinare la vita utile di tubi flessibili, la previsione dell’ambiente dell’annulus è assai importante. In linea di principio, l’ambiente dell’annulus è determinato dai seguenti fattori:

� trasporto di gas in entrata e uscita dell’annulus attraverso i rivestimenti interni polimerici;

� presenza di acqua nell’annulus ed eventuale condensazione;

� reazione di corrosione;

� pressione di apertura della valvola di sfiato.

È, invero, ben noto che la presenza di ossigeno sciolto e ioni di cloruro riduce la resistenza dell’alluminio alla corrosione in acqua. Dunque, non è raccomandabile l’uso di alluminio in applicazioni in cui esso è esposto ad un potenziale contatto con l’acqua marina.

Ciò è confermato da varie pubblicazioni. Per esempio, “The Long Island Sound Submarine Cable Interconnection Operating Experience”, di M. Chamberlin e S.W. Margolin, 7th IEEEPES Conference, 1-6 aprile 1979, Book CH1139-759, pag. 290-298, descrive l’esperienza operativa di un cavo petrolifero sottomarino ai fini del trasporto di energia. Il cavo comprende un condotto per l’olio, un conduttore in rame, uno schermo in nerofumo, un isolante cartaceo, un foglio di lega di piombo, una guaina in polietilene ed uno strato di armatura in fili di lega di alluminio. Un tratto di 19 km di cavo AC da 138 kV è stato installato presso Long Island Sound. Questo cavo mostrava problemi di corrosione, in parte dovuti ad una scorretta configurazione della protezione catodica, in parte dovuti a fenomeni di corrosione libera e galvanica causati dalla massiccia presenza di ossigeno nell’acqua marina, anche sul fondo del mare. Questa esperienza ha mostrato l’importanza di impartire una protezione fisica ai cavi a qualsivoglia profondità nell’acqua marina e di prestare particolare attenzione nell’analisi e nella configurazione del sistema di protezione catodica. Nei suoi otto anni operativi, il cavo ha avuto 11 incidenti di danni fisici e/o corrosione della guaina. Gli eventi di questi otto anni operativi hanno portato a varie conclusioni di valutazione, applicabili a future installazioni, a parità di condizioni dell’acqua e del fondo, una di queste conclusioni di valutazione essendo che l’uso di un’armatura in lega di alluminio in acqua marina non è raccomandato. Il campo dei cavi sottomarini è strettamente correlato al campo dei tubi flessibili per questi aspetti, in quanto entrambe le tecnologie sono chiamate ad affrontare problemi simili.

La Richiedente ha considerato il problema di evitare, o almeno ridurre in misura considerevole, i fenomeni di corrosione da solfuro di idrogeno in un tubo flessibile sottomarino provvisto di strati di armatura resistenti alla trazione costituiti da strisce o fili di acciaio al carbonio non isolato.

Nell’ambito della presente descrizione, l’espressione “acciaio al carbonio” viene usato con riferimento all’acciaio che non è acciaio inossidabile, e può includere acciai legati. Tale acciaio al carbonio è selezionato in ragione delle proprietà meccaniche e non ci si aspetta che impartisca una significativa resistenza alla corrosione.

La Richiedente ha trovato che i fenomeni di corrosione da solfuro di idrogeno possono essere efficacemente evitati, o quantomeno notevolmente ridotti, dotando le strisce o fili d’acciaio degli strati di armatura resistenti alla trazione di un rivestimento di alluminio. Infatti, l’alluminio è chimicamente inerte rispetto al solfuro di idrogeno.

Tuttavia, la Richiedente ha osservato che gli strati di armatura resistenti alla trazione di tubi flessibili sottomarini sono sistemati in una posizione esposta al potenziale contatto con l’acqua marina. Infatti, dovesse verificarsi per qualsivoglia ragione, durante l’installazione e/o la vita utile di esercizio del tubo, una rottura dello strato polimerico protettivo esterno, l’acqua marina può agevolmente penetrare nel tubo e raggiungere le aree vuote del “annulus” (come sopra definito).

La Richiedente si è dunque resa conto che un tubo flessibile sottomarino avente strati di armatura fatti di strisce o fili di acciaio al carbonio rivestiti con un rivestimento di alluminio sarebbe, in linea di principio, sottoposto all’azione di corrosione dell’acqua marina.

Tuttavia, contrariamente ad ogni aspettativa, la Richiedente ha sorprendentemente scoperto che l’uso di armature di rivestimento di alluminio in tubi flessibili sottomarini non solo ha dato luogo ad un’adeguata resistenza alla corrosione da solfuro di idrogeno, ma inoltre impartisce un’adeguata resistenza intensificata alla corrosione da ioni di cloruro associati all’azione dell’acqua marina.

Pertanto, la presente invenzione riguarda un tubo flessibile sottomarino per il trasporto di petrolio, comprendente:

- una carcassa flessibile metallica;

- un rivestimento interno polimerico disposto in una posizione radialmente esterna rispetto a detta carcassa flessibile metallica;

- una guaina esterna polimerica protettiva;

- una struttura di armatura meccanica in una posizione radialmente interna rispetto a detta guaina esterna polimerica protettiva, detta struttura di armatura meccanica essendo potenzialmente esposta al contatto con l’acqua, detta struttura di armatura meccanica includendo un’armatura resistente alla pressione ed un’armatura resistente alla trazione, sistemate in posizione radialmente esterna rispetto a detto rivestimento interno polimerico;

in cui detta struttura di armatura meccanica comprende una pluralità di elementi allungati in acciaio al carbonio, ciascuno di detti elementi allungati in acciaio al carbonio essendo rivestito da un rivestimento di alluminio.

Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni le espressioni “radialmente interna” e “radialmente esterna” vengono usate per indicare una posizione più vicina e lontana, rispettivamente, lungo una direzione radiale rispetto ad un asse longitudinale del tubo flessibile.

Nella presente descrizione e nelle successive rivendicazioni, l’espressione “elementi allungati” viene usata per comprendere fili o strisce o nastri aventi, se non ulteriormente specificato, una qualsiasi forma in sezione trasversale. Preferibilmente, detta struttura di armatura meccanica comprende almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione.

Preferibilmente, detti elementi allungati di acciaio al carbonio di detti strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione sono sistemati secondo avvolgimenti elicoidali a lungo passo. Più preferibilmente, detti almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione hanno direzioni di avvolgimento opposte rispetto ad un asse longitudinale del tubo flessibile sottomarino, vale a dire che gli elementi allungati in acciaio al carbonio ad avvolgimento elicoidale hanno un avvolgimento opposto a coppie.

Con “lungo passo” si intende un passo dell’elica che è almeno cinque volte il diametro della circonferenza attorno a cui è configurata l’elica, in modo da fornire una componente significativa del carico sopportato dagli elementi allungati allineati lungo l’asse dell’elica.

Preferibilmente, un primo strato di materiale plastico è interposto fra detti almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione.

Preferibilmente, un secondo strato di materiale plastico è interposto fra uno strato radialmente interno di detti almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione e detta armatura resistente alla pressione.

Preferibilmente, detto rivestimento di alluminio ha uno spessore non inferiore a circa 250�m.

Preferibilmente, detto rivestimento di alluminio ha uno spessore fra circa 250 e 900�m.

Detto rivestimento di alluminio viene preferibilmente applicato mediante uno qualsiasi dei seguenti processi: immersione in alluminio fuso, rivestimento con lamina sottile di alluminio, spruzzatura alla fiamma e/o al plasma, estrusione di alluminio. Più preferibilmente, detto rivestimento di alluminio viene applicato mediante un processo di estrusione.

Preferibilmente, detta carcassa flessibile metallica comprende un avvolgimento elicoidale di un elemento allungato interconnesso in acciaio inossidabile.

Preferibilmente, detto rivestimento interno polimerico è fatto di poliammide o polivinilidenfluoruro.

Preferibilmente, detta armatura resistente alla pressione comprende un avvolgimento elicoidale di un elemento allungato interconnesso in acciaio al carbonio.

Preferibilmente, detta guaina esterna polimerica protettiva è fatta di polietilene o poliammide.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, tale descrizione essendo presentata meramente a titolo non esemplificativo e data con riferimento ai disegni allegati. Nei disegni:

- la Figura 1 è una vista schematica in prospettiva di un tubo flessibile sottomarino secondo l’invenzione;

- la Figura 2 è una vista in sezione trasversale del tubo flessibile sottomarino della Figura 1;

- la Figura 3 è una vista ingrandita di una porzione della vista in sezione trasversale della Figura 2.

Nelle Figure 1-3, un tubo flessibile sottomarino secondo la presente invenzione è indicato con il riferimento numerico 1.

Il tubo 1 si estende lungo un asse longitudinale X-X.

Il tubo 1 comprende, in una sua posizione radialmente interna, una carcassa flessibile metallica 10, configurata per operare a contatto con il greggio (o altro fluido) da trasportare.

La carcassa 10 comprende un avvolgimento elicoidale 11 di un elemento allungato in acciaio inossidabile 12.

Il tubo 1 comprende ulteriormente, in posizione radialmente esterna rispetto alla carcassa 10, un rivestimento interno polimerico 20. Il rivestimento interno polimerico 20 è uno strato estruso configurato per impartire integrità rispetto ai fluidi in corrispondenza della superficie radialmente esterna della carcassa, al fine di evitare fuoriuscite del greggio dalla carcassa 10.

Il materiale polimerico del rivestimento interno 20 è, preferibilmente, selezionato dal gruppo comprendente: poliammide, polivinilidenfluoruro, polietilene, polietilene reticolato.

Più preferibilmente, il materiale polimerico è poliammide (per esempio poliammide 6 o poliammide 12) oppure polivinilidenfluoruro.

Uno strato di copertura di materiale polimerico (non mostrato) può essere previsto fra la carcassa 10 ed il rivestimento interno polimerico 20.

Il materiale polimerico dello strato di copertura è, preferibilmente, poliammide o polipropilene.

Il tubo 1 comprende ulteriormente, in posizione radialmente esterna rispetto al rivestimento interno polimerico 20, una struttura di armatura meccanica che è potenzialmente esposta al contatto con l’acqua. La struttura di armatura meccanica comprende un’armatura resistente alla pressione 30 e un’armatura resistente alla trazione 40.

L’armatura resistente alla pressione 30 è configurata in modo da sostenere carichi radiali quali ad esempio la pressione interna cui la carcassa 10 è sottoposta durante il funzionamento. L’armatura resistente alla pressione 30 è formata da uno o più strati strutturali costituiti da un avvolgimento elicoidale a corto passo 31 di un elemento allungato profilato interconnesso in acciaio al carbonio 32.

Nella presente descrizione, il rivestimento di armature è definito come “alluminio”. Tuttavia, la definizione copre leghe di alluminio quali ad esempio quelle appartenenti alle serie 1000, 3000, 5000, 6000, 7000 dell’International Alloy Designation System, preferibilmente 1100, 6061, 7079.

L’avvolgimento elicoidale 31 è definito da una pluralità di spire 31a sistemate coassialmente all’asse longitudinale X-X e preferibilmente interconnesse l’una all’altra.

Come mostrato nella Figura 3, l’elemento allungato profilato interconnesso in acciaio al carbonio 32 è rivestito da un rivestimento di alluminio 33.

Nel presente esempio, l’armatura resistente alla pressione 30 comprende un singolo strato di spire. Tuttavia, possono essere previsti, a seconda delle specifiche esigenze, più strati di armatura resistente alla pressione.

Come mostrato nella Figura 1, l’armatura resistente alla trazione 40 è disposta in posizione radialmente esterna rispetto all’armatura resistente alla pressione 30. L’armatura resistente alla trazione 40 è configurata in modo da resistere alle forze di trazione longitudinali cui il tubo 1 può essere sottoposto in esercizio.

L’armatura resistente alla trazione 40 comprende un primo strato di armatura resistente alla trazione 41 costituito da avvolgimenti elicoidali a lungo passo di elementi allungati in acciaio al carbonio 42 (Figura 3) estendentisi paralleli l’uno all’altro in un’elica coassiale all’asse longitudinale X-X.

Come mostrato nella Figura 3, ciascun elemento allungato 42 è rivestito da un rivestimento di alluminio 43.

Nella forma di realizzazione preferita mostrata nei disegni allegati, uno strato 50 di materiale plastico è disposto fra l’armatura resistente alla pressione 30 e l’armatura resistente alla trazione 40. Lo strato 50 è preferibilmente costituito da un avvolgimento elicoidale di un nastro 51 di un materiale polimerico e viene usato al fine di evitare, operativamente, una eventuale indesiderata usura all’interfaccia fra l’armatura resistente alla pressione 30 e l’armatura resistente alla trazione 40.

Il materiale polimerico dello strato 50 è, preferibilmente, poliammide (per esempio, poliammide 6) o polipropilene.

L’armatura resistente alla trazione 40 comprende, in posizione radialmente esterna rispetto allo strato 50, un secondo strato di armatura resistente alla trazione 61 costituito da avvolgimenti elicoidali a lungo passo di elementi allungati in acciaio al carbonio 62 (Figura 3) estendentisi paralleli l’uno all’altro in un’elica coassiale all’asse longitudinale X-X.

Come chiaramente mostrato nella Figura 3, ciascun elemento allungato 62 è rivestito da un rivestimento di alluminio 63.

Gli avvolgimenti elicoidali del secondo strato di armatura resistente alla trazione 61 si estendono lungo una direzione di avvolgimento che è opposta alla direzione di avvolgimento degli avvolgimenti elicoidali del primo strato di armatura resistente alla trazione 41 rispetto all’asse longitudinale X-X, in modo da definire una configurazione incrociata. Preferibilmente, gli avvolgimenti elicoidali del primo e secondo strato di armatura resistente alla trazione 41 61 hanno sostanzialmente lo stesso passo, in modo da evitare rotazioni del tubo sotto carico assiale.

Tipicamente, per un tubo flessibile di diametro nominale interno di circa 2-16 pollici (circa 50-400 mm), il passo di avvolgimento degli strati di armatura resistente alla trazione 41 e 61 è compreso fra 25 cm e 200 cm.

Nella forma di realizzazione preferita mostrata nei disegni allegati, uno strato 70 di materiale polimerico è disposto fra il primo strato di armatura resistente alla trazione 41 ed il secondo strato di armatura resistente alla trazione 61. Lo strato 70, preferibilmente, è fatto di un avvolgimento elicoidale di un nastro 71 di un materiale polimerico ed è configurato per evitare, operativamente, una indesiderata usura all’interfaccia fra gli strati di armatura resistente alla trazione 41 e 61.

Il materiale polimerico dello strato 70 è preferibilmente poliammide (per esempio poliammide 6)o polipropilene.

Il tubo 1 comprende ulteriormente, in posizione radialmente esterna rispetto allo strato radialmente esterno 61 dell’armatura resistente alla trazione, una guaina esterna polimerica protettiva 80. La guaina esterna 80 è destinata ad essere impermeabile all’acqua, anche se, all’atto pratico, la presenza di acqua al di sotto della guaina esterna 80 deve essere considerata per valutare rischi di corrosione.

Il materiale polimerico della guaina 80 è, preferibilmente, polietilene o poliammide (per esempio poliammide 11).

Oltre agli strati strutturali principali ed agli strati anti-usura descritti sopra, possono essere inclusi altri strati, a seconda delle specifiche esigenze. Nastri isolanti a bassa conducibilità termica (non mostrati) possono anche essere applicati fra, per esempio, l’armatura resistente resistente alla trazione 40 e la guaina esterna 80, al fine di ottenere specifiche proprietà di isolamento termico del tubo 1.

Come mostrato nella Figura 3, in cui gli strati 50, 70 sono stati volontariamente omessi unicamente per ragioni di semplicità, un annulus 9 è definito come spazio anulare fra il rivestimento interno 20 e la guaina esterna 80.

Questo spazio anulare è principalmente occupato dagli elementi allungati 32 dell’armatura resistente alla pressione 30 e dagli elementi allungati 42, 62 degli strati di armatura resistente alla trazione 41, 61, ma aree vuote 90a sono inevitabilmente presenti fra ciascun elemento allungato 42, 62 e l’adiacente elemento allungato 42, 62 nonché fra la guaina 80 e lo strato radialmente esterno 61 dell’armatura resistente alla trazione, fra lo strato radialmente esterno 61 dell’armatura resistente alla trazione e la strato radialmente interno 41 dell’armatura resistente alla trazione, fra lo strato radialmente interno 41 dell’armatura resistente alla trazione e l’armatura resistente alla pressione 30, fra l’armatura resistente alla pressione 30 ed il rivestimento interno 20, e infine fra ciascuno degli elementi di cui sopra e gli strati aggiuntivi 50, 70 ove presenti.

Preferibilmente, ciascuno degli elementi allungati 42, 62 dell’armatura resistente alla trazione 40 ha una sezione trasversale sostanzialmente rettangolare di circa 7 mm � 2 mm per un tubo da 3 pollici, con margini smussati o arrotondati. Il raggio di curvatura dei margini arrotondati è, preferibilmente, 1,3 mm.

L’elemento allungato 31 dell’armatura resistente alla pressione 30 ha un profilo interconnesso di circa 16 mm � 6,5 mm in sezione trasversale complessiva.

Ciascun rivestimento di alluminio 33, 43, 63 di ciascuno degli elementi allungati 32, 42, 62 ha, preferibilmente, uno spessore non inferiore a 250 �m. Più preferibilmente, detto rivestimento di alluminio 33, 43, 63 ha uno spessore fra circa 250 e 900 �m. La Richiedente ha trovato che tale spessore consente di avere una vita utile di esercizio attesa del tubo superiore 20 anni, fino a 40 anni.

Ciascun rivestimento di alluminio 33, 43, 63 viene applicato al rispettivo elemento allungato 32, 42, 62 mediante uno dei seguenti processi: immersione degli elementi allungati 32, 42, 62 in alluminio fuso, rivestimento degli elementi allungati 32, 42, 62 con una lamina sottile di alluminio, spruzzatura alla fiamma e/o al plasma di alluminio sugli elementi allungati 32, 42, 62, estrusione di alluminio sugli elementi allungati 32, 42, 62.

Preferibilmente, il rivestimento di alluminio 33, 43, 63 viene applicato mediante un processo di estrusione.

Operativamente, dopo l’installazione del tubo flessibile 1, il greggio viene alimentato all’interno della carcassa 10.

I rivestimenti di alluminio 33, 43, 63, vantaggiosamente, proteggono gli elementi allungati 32, 42, 62 in acciaio al carbonio dai fenomeni di corrosione causati dalla diffusione di biossido di carbonio, solfuro di idrogeno ed acqua dal greggio fino all’armatura resistente alla pressione 30 ed all’armatura resistente alla trazione 40, in tal modo evitando il rischio di infragilimento dell’acciaio derivante dalla reazione chimica del biossido di carbonio, del solfuro di idrogeno e dell’acqua accumulatisi negli spazi vuoti 90a del toro 90 con l’acciaio delle summenzionate armature. Ancora, dovesse per qualsiasi ragione la guaina 80 essere danneggiata durante l’esercizio, l’acqua marina può penetrare all’interno del tubo 1 e raggiungere l’annulus 90, venendo così a contatto con i rivestimenti di alluminio 33, 43, 63.

Tuttavia, si è scoperto che la prevista corrosione dei rivestimenti di alluminio 33, 43, 63 sostanzialmente non ha luogo.

TEST

Campioni di acciaio al carbonio sono stati sottoposti ad un primo atto di un test di invecchiamento conformemente alle specifiche di NACE TM-0177-05, Metodo B (Standard Bent-Beam Test). Questo test va invero eseguito su qualsiasi materiale a base di acciaio destinato all’uso nell’acqua marina. La soluzione acquosa del test di invecchiamento comprende cloruro di sodio al 5% in peso.

I campioni testati erano: una barra di acciaio al carbonio non rivestita, due fili

di acciaio al carbonio non rivestiti e tre fili di acciaio al carbonio rivestiti di

alluminio come specificato nella sottostante Tabella 1.

Lo spessore del rivestimento di alluminio era 270�m.

Descrizione dei Dimensioni dei Materiale campioni campioni

Barra 150 � 7� 2 mm Acciaio al carbonio Filo 150 � 4 mm di diametro Acciaio al carbonio Filo 150 � 4 mm di diametro Acciaio al carbonio rivestito di Al

TABELLA 1

I test sono stati eseguiti nelle seguenti condizioni:

� pre-caricamento dei campioni mediante il metodo di deflessione, con

comparatore;

� soluzione di test: A di EFC 16 (European Federation of Corrosion)

� pH della soluzione: 4,0

� gas di test: 10% di H

<2>S 90% di CO

<2>

� livello di sollecitazione: 90% di AYS (sollecitazione di snervamento media)

� esame visivo su ogni campione, dopo il test di corrosione

Le estremità opposte dei fili di acciaio al carbonio rivestiti di alluminio erano

protette con vernice epossidica.

I campioni sono stati pre-caricati conformemente alle specifiche NACE e

immersi in soluzioni di test nella fase di saturazione. Specificamente, i tre

campioni non rivestiti sono stati immersi in una prima soluzione di test ed i

tre campioni rivestiti di alluminio sono stati immersi in una seconda soluzione

di test.

Dopo appena 43 ore di invecchiamento, i due fili di acciaio non rivestiti nella prima soluzione si rompevano di già. Il cedimento della barra di acciaio non rivestita aveva luogo dopo 400 ore ma prima del termine del test di invecchiamento (720 ore).

Al termine del test di invecchiamento, la prima soluzione era sporca, a seguito della corrosione dei campioni non rivestiti.

Al contrario, i tre campioni rivestiti di alluminio nella seconda soluzione di test al termine del test di invecchiamento non erano rotti e la seconda soluzione era limpida, grazie all’azione protettiva esercitata dall’alluminio.

Nella sottostante Tabella 2, sono elencati i dettagli ed i risultati del test di invecchiamento.

Test di incrinatura per corrosione da sollecitazione con solfuro (SSCC) NACE TM-0177-05, Metodo B (Piegatura Campione in quattro punti)

Campion AYS Sollecitazio pH pH Concentrazio pH Concentrazio Esame virtuale i (MPa) ne iniziale nella ne di H ale ne di H

<2>S fin

<2>S ad un applicata condi iniziale (ppm) finale (ppm) ingrandimento (90% di AYS) zione 10 volte dopo il satura test di corrosione Barra 1044 940 MPa Cedimento (1426-12 Deflessione: prima di 720 A01) 4817 mm ore *(Nota 1) Filo 1140

(1426-12 1026 MPa 4,0 4,02 230 4,51 235 Cedimento B01) Deflessione: dopo 43 ore Filo 1140 2963 mm *(Nota 2) (1426-12

B02)

Filo 1140

rivestito Nessun (1426-12 cedimento e C01)) nessuna Filo 1140 1026 MPa incrinatura a rivestito Deflessione: 4,0 4,06 405 380 720 ore. (1426-12 2630 mm Formazione di C02) un deposito Filo 11401 bianco sulle rivestito superfici dei fili (1426-12

C013)

*Nota 1: fino a che la soluzione di test non era abbastanza trasparente da consentire di vedere i campioni, questa barra non mostrava alcuna incrinatura. Pertanto non si rompeva prima di 400 ore

*Nota 2: questi campioni hanno mostrato cedimento alle 7:00 AM, dopo 43 ore; il loro tempo di cedimento reale è fra 30 e 43 ore

TABELLA 2

Campioni di barre in acciaio al carbonio non rivestite sono stati confrontati con barre di acciaio al carbonio rivestite di alluminio sottoposte ad un secondo atto del test di invecchiamento conformemente alle specifiche di NACE TM-0177-05, Metodo B (Standard Bent-Beam Test).

Le barre di acciaio al carbonio rivestite di alluminio sono state sottoposte all’aggiunta di qualche difetto. In particolare, due campioni sono stati manipolati senza difetti, due campioni con cinque micro-fori nel punto di sollecitazione massima della superficie di ciascun campione e due ulteriori campioni con la rimozione, per un tratto di 13 mm, del rivestimento di alluminio nel punto di sollecitazione massima della superficie di ciascun campione. Lo spessore del rivestimento di alluminio era 186�m.

I campioni di barre in acciaio al carbonio non rivestite sono stati precaricati conformemente alle specifiche NACE di cui sopra ed immersi in soluzioni di test nella fase di saturazione. Specificamente, i due campioni non rivestiti sono stati immersi in una prima soluzione di test ed i sei campioni rivestiti di alluminio sono stati immersi in una seconda soluzione di test.

Il cedimento delle barre in acciaio al carbonio non rivestite nella prima soluzione avveniva dopo 400 ore, ma prima della fine del test di invecchiamento (720 ore).

Nella Tabella 3 di sotto sono elencati i dettagli ed i risultati del test di invecchiamento sui campioni non rivestiti.

CORROSIONE DELL’ACCIAIO AL CARBONIO NON RIVESTITO

Tipo di Peso prima Peso dopo il Variazione Riduzione di campione del test test di peso spessore (g) (g) (g) (�m) Barra (651- 11,9272 11,4222 0,505 30

13 A)

Barra (651- 11,9980 11,4773 0,520 31

13 B)

TABELLA 3

I sei campioni rivestiti di alluminio nella seconda soluzione di test al termine

del test di invecchiamento non si rompevano e la seconda soluzione era

limpida, grazie all’azione protettiva esercitata dall’alluminio a dispetto dei

difetti aggiunti.

Nella Tabella 4, sono elencati i dettagli del test di invecchiamento ed i

risultati sui campioni rivestiti.

CORROSIONE DELL’ACCIAIO AL CARBONIO RIVESTITO

Tipo di Peso prima Peso dopo il Variazione Riduzione di campione del test test di peso spessore (g) (g) (g) (�m) Sound (651- 13,0140 12,9749 0,0391 6,7

13 F)

Sound (651- 13,0416 12,9873 0,0534 9,31

13 G)

Sound (651- 12,9166 12,8310 0,0856 14,70

13 H)

Sound (651- 12,9858 12,9370 0,0488 8,38

13 I)

Sound (651- 13,0043 12,9282 0,076 13,82

13 L)

Sound (651- 12,9111 12,8355 0,0756 13,72

13 M)

TABELLA 4

I test di invecchiamento di cui sopra evidenziano il fatto che i campioni senza rivestimento di alluminio non erano conformi alle specifiche di NACE TM-0177-05, Metodo B, mentre i campioni con rivestimento di alluminio erano conformi al medesimo test.

In particolare, i test di invecchiamento eseguiti dalla Richiedente mostrano un atteso aumento della vita utile, confrontando lo stesso tipo di campioni, superiore a 16 volte grazie all’approntamento di un rivestimento di alluminio. Ciò equivale ad un assai significativo aumento della vita utile di esercizio del tubo flessibile 1 secondo l’invenzione.

I test di invecchiamento hanno confermato che, in un tubo flessibile sottomarino 1 secondo la presente invenzione, non vi sarà alcuna corrosione degli elementi allungati in acciaio al carbonio 32, 42, 62 causata dalla diffusione del solfuro di idrogeno all’interno del tubo 1 e, sorprendentemente, non vi sarà neanche corrosione dei rivestimenti di alluminio 33, 43, 63 causata dal potenziale contatto con l’acqua marina.

Un terzo test di invecchiamento è stato messo a punto al fine di valutare la resistenza degli elementi d’acciaio rivestiti di alluminio alla corrosione da acqua marina (indipendentemente dalla presenza di biossido di carbonio e solfuro di idrogeno aggressivi). Nel test, due identici tubi in materiale plastico, di lunghezza 3 m e di diametro interno 12 mm, sono stati immersi verticalmente in mare con le estremità inferiori ad una profondità di 10 m. Le estremità inferiori dei tubi sono state chiuse con tappi. In ciascun tubo, sono stati posti nove campioni di 2,7 mm di fili di acciaio rivestito di alluminio, ciascuno di essi lungo 300 mm con le estremità sigillate mediante resina. Il rivestimento del filo aveva uno spessore di circa 190 micron. Ciascun campione è stato inizialmente pulito con acetone, marcato con un riferimento progressivo e sottoposto a pesatura di precisione. Detti campioni di filo sono stati posti verticalmente l’uno sopra l’altro e mantenuti in posizione in modo lasco nel tubo mediante distanziatori in lamina di alluminio.

In questa maniera, il campione n. 1 era posto sul fondo dei tubi ed il campione n. 9 vicino alla sommità. Dopo aver posizionato i campioni, la sommità dei tubi è stata chiusa anch’essa con tappi e sei fori di 2 mm sono stati trapanati nelle pareti del tubo vicino all’estremità superiore.

Quando i tubi venivano immersi nel mare, aria fuoriusciva dai fori superiori, lasciando entrare acqua marina a riempire il tubo. Questa messa a punto era destinata a simulare la situazione in cui acqua marina entra nell’annulus di un tubo flessibile, per esempio a causa di perdite o rotture della guaina.

Uno dei tubi è stato recuperato dopo 3 mesi di immersione ed il secondo tubo dopo 8 mesi di immersione.

Come riferimento, sei identici campioni di filo sono stati fissati ad un’intelaiatura aperta ed immersi alla stessa profondità e posizione. Questi campioni sono stati liberamente esposti ad acqua marina in continuo rinnovamento.

Tre dei sei campioni sono stati recuperati dopo 3 mesi, tre dopo 8 mesi.

Una volta recuperati, tutti i campioni sotto osservazione sono stati puliti da prodotti di corrosione e pesati. A partire dalla differenza di peso, un tasso di corrosione medio dello strato può essere facilmente calcolato sulla base della densità di alluminio di 2,7 g/cm<3>.

I risultati sono riportati nella Tabella 5 sottostante.

Dopo 3 mesi di immersione in mare Dopo 8 mesi di immersione in mare Test Riferimento Test Riferimento 9 campioni dal tubo 1 3 campioni 9 campioni dal tubo 2 3 campioni dall’intelaiatura dall’intelaiatura Variazione Variazione Variazio Variazione di Variazione di peso Varia Variazio Variazione di di peso di spessore ne di spessore di (g) zione ne di spessore di (g) di Al peso Al di peso Al (�m) (g) (�m) spess (g) (�m) ore di

Al

(�m)

1 -0,0156 -2,3 -0,0364 -5,3 -0,0123 -1,8

2 -0,0009 -0,1 -0,0493 -7,2 -0,0018 -0,3

3 -0,0005 -0,1 -0,0438 -6,4 -0,0124 -1,8

4 0,0030 0,0 -0,0034 -0,5 -0,0479 -7,0 5 0,0014 0,2 -0,0061 -0,9 -0,0681 -9,9 6 0,0025 0,4 -0,0177 -2,6 -0,0509 -7,4 7 -0,0098 -1,4 -0,0142 -2,1

8 0,0041 0,6 -0,0075 -1,1

9 -0,0134 -2,0 -0,0051 -0,7

Statistiche

Media -0,5 -6,3 -1,3 -8,1 Deviazione 1,0 0,8 0,7 1,3 standard

Tasso di -2,1 -25,1 -2,0 -12,1 corrosione di Al

(�m/anno)

TABELLA 5

Nelle condizioni di test, il tasso di corrosione dell’alluminio era sorprendentemente basso, con riduzioni di spessore attorno a 1 �m, ovvero vicine al limite di sensibilità per questo tipo di misura. Ancora, campioni recuperati dal tubo dopo 8 mesi di immersione erano puliti, senza prodotti di corrosione visibili, senza incrostazioni e con trascurabili segni di pitting.

Nelle condizioni di riferimento, viceversa, si è rilevato un tasso di corrosione significativamente più elevato, con riduzioni di spessore nell’intervallo da 6 a

8 �m. Campioni recuperati dall’intelaiatura mostravano un rilevante incrostamento, concrezioni di carbonati e diffuse aree di corrosione facilmente rilevabili ad un basso ingrandimento, con caratteristiche miste, da corrosione uniforme a corrosione pitting di bassa profondità.

In conclusione, assumendo un tasso di corrosione pari a -2�m/anno, uno strato di 40 �m sopravvivrebbe 20 anni di esposizione all’acqua marina in condizioni di test con trascurabile rischio di pitting, mentre in condizioni di riferimento (tasso di corrosione pari a -25 �m/anno), almeno 500 �m sarebbero richiesti a parità di vita utile, con un consistente rischio di corrosione pitting e conseguenti danni locali.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un tubo flessibile sottomarino (1), comprendente: - una carcassa flessibile metallica (10); - un rivestimento interno polimerico (20) disposto in posizione radialmente esterna rispetto a detta carcassa flessibile metallica (10); - una guaina esterna polimerica protettiva (80); - una struttura di armatura meccanica in una posizione radialmente interna rispetto a detta guaina esterna polimerica protettiva (80), detta struttura di armatura meccanica essendo potenzialmente esposta al contatto con l’acqua, detta struttura di armatura meccanica includendo un’armatura resistente alla pressione (30) ed un’armatura resistente alla trazione (40), disposte in una posizione radialmente esterna rispetto a detto rivestimento interno polimerico (20); in cui detta struttura di armatura meccanica comprende una pluralità di elementi allungati in acciaio al carbonio (32, 42, 62), ciascuno di detti elementi allungati in acciaio al carbonio (32, 42, 62) essendo rivestito da un rivestimento di alluminio (33, 43, 63).
2. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta struttura di armatura meccanica comprende almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione (41, 61).
3. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detti elementi allungati di acciaio al carbonio (42, 62) di detti almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione (41, 61) sono sistemati secondo avvolgimenti elicoidali a lungo passo (41, 61).
4. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detti almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione (41, 61) hanno direzioni di avvolgimento opposte rispetto ad un asse longitudinale (X-X) del tubo flessibile sottomarino (1).
5. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 2, comprendente un primo strato (70) di materiale plastico interposto fra detti almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione (41, 61).
6. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 2, comprendente un secondo strato (50) di materiale plastico interposto fra uno strato radialmente interno (40) di detti almeno due strati sovrapposti di armatura resistente alla trazione (41, 61) e detta armatura resistente alla pressione (30).
7. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto rivestimento di alluminio (33, 43, 63) ha uno spessore non inferiore a circa 250 �m.
8. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto rivestimento di alluminio (33, 43, 63) ha uno spessore fra circa 250 e 900 �m.
9. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto rivestimento di alluminio (33, 43, 63) viene applicato mediante uno qualsiasi dei seguenti processi: immersione in alluminio fuso, rivestimento con lamina sottile di alluminio, spruzzatura alla fiamma e/o al plasma, estrusione di alluminio.
10. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto rivestimento di alluminio (33, 43, 63) viene applicato mediante un processo di estrusione.
11. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto rivestimento di alluminio (33, 43, 63) è fatto di una lega di alluminio.
12. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta carcassa flessibile metallica (10) comprende un avvolgimento elicoidale (11) di un elemento allungato interconnesso in acciaio inossidabile (12).
13. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto rivestimento interno polimerico (20) è fatto di poliammide o polivinilidenfluoruro.
14. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta almeno un’armatura resistente alla pressione (30) comprende un avvolgimento elicoidale (31) di un elemento allungato interconnesso in acciaio al carbonio (32).
15. Tubo flessibile sottomarino (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta guaina esterna polimerica protettiva (80) è fatta di polietilene o poliammide.