JP2007505278A - 低伝熱係数を有するリジッド二重壁ダクト用の改良された心出し装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、例えば巻取ることのできるタイプであって、炭化水素の輸送を目的とするリジッド二重壁管（１１０）のための心出し装置に関する。前記リジッド管（１１０）は、環状の空間（１１４）で離間されている２つの同心チューブ（１１６、１１８）を備えている。本発明によれば、心出し装置は、２つの同心チューブ（１１６、１１８）を互いにある距離で保持するために、環状の空間（１１４）に収められている。本発明の装置は、エアロゲルからなる低い熱伝導度を有する材質製の要素（１３０）からなり、前記要素は、少なくとも部分的に、ポリマータイプのプラスチック材質のケーシング（１３２）で被覆されている。

Description

本発明は、特に炭化水素輸送を意図したリジッド二重管システムのための心出し装置に関する。

このタイプのリジッド管は２つの同心チューブ、即ちリジッド外部チューブ又はキャリア管並びにリジッド内部チューブ又はフローラインを備え、環状の空間で離間されており、前記心出し装置又は隔離体が、２つの同心チューブを互いにある距離に保持するために、前記環状の空間に収められている。

これらの管は、敷設船によって、特に「巻取り管（ｒｅｅｌｅｄ ｐｉｐｅ）」技術として知られる方法によって海底に設置されるよう意図されている。

二重管システムは、水中の生産ライン、特に炭化水素の輸送に一般的に用いられる。重油は、水底から水面への輸送中に冷却されるうちに凝固する傾向があるため、断熱が必要となる。例えば生産が中断した場合にある種の粗製油が、冷却されて生じる可能性のある水和物の生成を避けるためにもまた、断熱は必要である。

断熱は、低い熱伝導度の素材で、管の環状の空間を充填することで実施される。

さらに、二重管システムは、断熱性能を改善するため環状の空間が乾燥するように作られる。環状の空間は、前記素材が、キャリア管が受ける水圧も内部管を流れる炭化水素の圧も受けないように、常圧に保つこともできる。リジッド二重管システムは、断熱効果の高い多様な低熱伝導素材の使用を可能にする。

従来から、２つの主要な技術が、敷設船から海面下に管を敷設するために用いられている。即ち、Ｊ敷設法（Ｊ−ｌａｙ ｍｅｔｈｏｄ）又はＳ敷設法（Ｓ−ｌａｙ ｍｅｔｈｏｄ）及び「巻取り管」技術である。

前者の技術では、パイプは、海床に敷設する前に船上で様々な長さのチューブの端と端とを溶接することによって組み立てられる。この技術は、時間と経費が掛かり、敷設船上に一チームの溶接者を要する。

「巻取り管」技術は、陸上でのパイプの組み立ての段階と、リールに巻取る段階と、製造現場に輸送され、計画された場所に沿って巻戻す段階とを備える。この敷設技術は、Ｊ敷設法より短い期間だけ敷設船を稼動させることを可能にする。

「巻取り管」技術において、リールに巻取る際、リジッド管は塑性的に変形され、管が巻戻される際、この塑性的な変形は真っ直ぐにする仕組みによって取り除かれる。巻取り中に、外部管をリールの形に合わせるために応力が管に掛かる。そのため、リール又は既に巻き取られた管の層に接することによって、外部管は曲げられる。

巻取り及び巻戻し操作中に、環状の空間に管に沿って配置された隔離体又は環状壁によってキャリア管からフローラインに撓み力が伝達される。巻戻しの際に、対向するローラ又は真っ直ぐにする伸張器の組み立て体（当業者にとって既知）のような、真っ直ぐにする手段を通して引き出され、管は真っ直ぐにされる。真っ直ぐにする力は、キャリア管の外部に作用し、心出し装置のみによってフローラインに伝達される。

これらの装置の分布は二重管に沿って不連続であるため、フローラインは局所的に真っ直ぐになり、それ故、完全には真っ直ぐにならない。よって、真っ直ぐにした後、環状の空間の隔離体の間隔に依って、フローラインは残存する湾曲を有する。キャリア管内でのフローラインの相対的移動の結果として、２つの管の間に存在する環状の空間の局所的な減少が生じ、これは、パイプを断熱している低い熱伝導度の素材の圧縮につながる可能性がある。

「巻取り管」技術を二重管システムに応用する場合、キャリア管からフローラインへ撓み力が伝達されるように、且つ２つの管の間の環状の空間の局所的な減少が避けられるように、長く連続する断熱素材は、隔離体によって分割され、隔離体の間隔は十分小さくなくてはならない。

断熱素材が貝殻の半片状の場合、断熱素材の局所的な圧縮は、断熱特性の減少につながり、全体として管の断熱特性の減少につながる。このロスを補うために、隔離体を追加し、断熱素材の圧縮を避けるために、それらを互いに近寄らせる必要がある。

しかしながら、余分な隔離体を追加すると、用いられている断熱素材に比して低い隔離体の断熱容量によって、必然的に、断熱素材の総量が減少し、管の断熱性が減少する。

断熱素材の量をふやすために、キャリア管の径を増す、及び／又はフローラインの径を減ずることによって管の形状を変更することも可能であるが、そのような解決法は他の問題を引き起こす。特に、共通の標準管の径を変更することは、コストを増す、及び／又は管の容量を減ずることとなる。
米国特許第５７４３３０２号明細書

それ故、本発明の目的は、敷設の際、通常の真っ直ぐにする技術によって巻取り且つ巻戻すことができる、断熱特性を増したリジッド二重管を提供することにある。

この達成のために、第１の目的に関して、本発明は、巻取ることのできるタイプであって、炭化水素の輸送を目的とするリジッド二重管のための心出し装置を提案する。前記リジッド管は、環状の空間で離間されている２つの同心チューブを備え、前記心出し装置は、前記２つの同心チューブを互いにある距離で保持するために、前記環状の空間に収められており、前記心出し装置は、エアロゲルからなる低い熱伝導度を有する材質製の要素を備え、前記要素は、ポリマータイプのプラスチック材質製のケーシングで少なくとも部分的に覆われている。

本発明の特徴は、心出し装置を形成するために、熱伝導度が低く、例えば０．１Ｗ／ｍＫ未満であるエアロゲルを用いているところにある。

それ故、前記要素は断熱性であるだけでなく、その機械的強度、特に圧縮強度は、例えば１０ＭＰａより大きく、更に、心出し装置の全体の機械的強度は、先行技術で述べた隔離体と同等である。

心出し装置が例えばポリアミドであるプラスチック材質製の部品からなる従来技術に係る管に関して、前記管の全体の断熱の利得は、それ故１５乃至２０％の程度になる。

さらに、例えば、前記心出し装置が設けられた１ｋｍの内部管が、溶接によって組み立てられたチューブからなる外部管に挿入されるような、管の製造時、前記装置は、外部管の内壁に対する摩擦で、特に前記内壁からわずかに突き出す溶接部で、無視できない程度磨耗する。２つの管と前記心出し装置の相対的移動による磨耗から前記要素を保護するため、磨耗だけでなく機械的攻撃、特に衝撃に対しても具合良く耐性のあるプラスチック材質製のケーシングで、少なくとも接触表面を被覆されている。このプラスチック材質は例えばポリアミドである。

前記要素は、好ましくは２つの円弧状の半片から形成され、２つの半片の自由端は、それぞれ結合手段によって互いに結合されるようになしてある。よって、前記結合手段を実行することによってフローラインを囲むようにそれぞれの自由端を互いに調整することによって２つの半片を組み立てるだけでよいので、取付けが容易である。後者は、例えば自由端に接線方向の孔を設け、そこに、明細書に引き続きより詳細に述べられるねじ要素を導入することによって形成される。

他の目的によれば、本発明は、前記リジッド管に沿って互いに離間した、複数の上述の心出し装置を備える、巻取り可能なリジッド二重管を提供する。

前記心出し装置の効果により、特に「巻取り管」として既知の技術により前記リジッド二重管は、環状の空間が歪むことなく、それ故、前記管の全体の断熱特性が維持されたまま設置されるようになしてある。

これを特に好ましい方法で達成するために、心出し装置は、５メートル未満の距離で前記環状の空間内に離間されており、環状の空間は、心出し装置の間で低い熱伝導度の素材で好ましく充填されている。

さらに、心出し装置の配置の効果により、前記管の平均伝熱係数は、低い熱伝導度の前記素材が延在する環状の管の部分の伝熱係数の１１／１０未満が有利であり、好ましくは１０．５／１０未満である。従って、本発明に係る心出し装置は、環状の空間が心出し装置なしで完全に断熱素材で充填されている管のそれに近い断熱特性の断熱効果を前記管にもたらすので、前記管はよく断熱されている。用いられる隔離体が管の内部と外部との間の熱の橋渡しとなっていた従来の管とは対照的に、前記管の内部と外部との間の熱交換は、それ故低い。

本発明の他の特徴や利点は、添付図を参照して、限定することのない例によってもたらされる本発明の下記の特定の実施例の記述を理解することで明らかになるであろう。

図１、２、５及び６で同様の機能を果たす類似又は同一の要素には、問題とする番号に先立って同じ番号が振られている。

図１は、２つの同心的なリジッドチューブ、即ちキャリア管１１８及びフローライン１１６の間の環状空間１１４に収められている環状隔離体からなる本発明に係る心出し装置１１２を備えるリジッド二重管１１０の一部を説明している。更に、環状空間１１４は、例えば炭化水素のような流体を輸送することを意図したフローライン１１６の内部１２２を断熱するのに適した、低い熱伝導度を有する素材１２０で満たされている。管に沿った輸送中に冷却するときに、ある化合物が物理的変化を被らないように、この断熱材は、内部１２２と外部１２４との間に設けられている。ある化合物とは、例えば、冷却するときに凝固する可能性のあるパラフィン、及び／又は沈殿して管をふさぐ原因となることがある水和物のことである。

環状隔離体１１２が、ここに断面で示されている、外側表面１２８はキャリア管１１８に面し、好ましくはキャリア管から離間しており、一方で、環状隔離体１１２の内側表面１２６は、２つの管１１６、１１８を他方からある距離で保持するように、フローライン１１６に支持されている。環状隔離体１１２は、利便的には、キャリア管１１８に挿入されるフローライン１１６の固定位置に設けられており、環状隔離体１１２とキャリア管１１８との間に機能的な遊びをもたせてある。環状隔離体１１２は、低い熱伝導度を有する材質製の環状の要素１３０を備え、少なくとも部分的に、プラスチック材質製のケーシング１３２で覆われている。

要素１３０は、エアロゲルタイプ、有機又は無機のかなり大きな断熱特性を有する材質製であり、磨耗、並びに衝撃、圧縮又は剪断のような様々な機械的応力に耐性のある、例えばポリアミドのようなプラスチック材質で被覆成型されている。

エアロゲルは、溶媒を取り除き、本来のゲル中に構築された固体の構造を残すために乾燥されたゲルでできている。溶媒は、乾燥中に空気で置換され、元々のゲルは固体を形成する。

無機タイプのエアロゲルは、例えば、モノリス型シリカのエアロゲルで、よって約０．１ｇ／ｃｍ³ の密度を有し、約５％の固体のパーセンテージを有する。

ここで用いられるリジッドなエアロゲルは、例えば無機質であり、その熱伝導度は０．１Ｗ／ｍＫより低く、例えば０．０１２Ｗ／ｍＫである。

更に、その低い密度にも関わらず、圧縮強度は高く、１０ＭＰａより高く、例えば１００ＭＰａであり、そのため被覆成型の後、管を巻いて巻戻すときに２つの管１１６、１１８が接近することによってもたらされる応力に耐えるのに適しており、より詳細には、外部管から内部管への径方向の力を伝達するのに適している。

従来技術に係る隔離体を製造するために現在用いられているプラスチック材質より１０又は１００倍低い熱伝導度の利点により、環状隔離体１１２による管１１０の全体の熱損失は、従って、２０から３０％の程度で顕著に減少する。

図２を参照して、本発明に係る装置をフローラインに結合する方法と環状隔離体の特定の形態に関して記述される。

環状隔離体２１２は、互いに対称形で、フローラインを囲むことができるようにそれらの凹面部分が対面している２つの円弧状半片２３６、２３８からなる。前記２つの半片のそれぞれは、環状隔離体２１２を形成するために結合手段で結合することができる２つの自由端２４０、２４２を有する。半片２３６、２３８のそれぞれは、低い熱伝導度を有する材質製で、プラスチック材質製のケーシング２３２で被覆されている半環形状の要素２３０を備える。

径断面には、前記２つの半片は２つの重なり合う部分と、外部表面２２６を画定する外部分２４５と、内部表面２２８を画定する、より狭い内部分２４７とを有し、前記２つの部分は、互いに対称形の２つの側面肩部２４６、２４８によって隔離されている。更に、前記２つの半片の自由端２４０、２４２のそれぞれは、半片の厚み部分に形成された接線方向の孔２５０、及び、一方では外部表面２２６に、他方では半片の径断面の面２５２に開口を有する。自由端２４０、２４２の孔２５０は、従って、自由端２４０、２４２を結合する目的でそれぞれの孔の組がねじ２５４を受けることができるように共働すべくそれぞれなしてある。

ねじ２５４は、それぞれナット２５８、及びスラストワッシャ又はカラー２５６と共働すべく意図されている。

図３は、半片２３６、２３８の自由端２４２を引き寄せるためのナット２５８及びカラー２５６を結合するねじ２５４によって互いに保持されている組み立てた半片２３６、２３８の２つの自由端２４２を示している。２組の自由端を結合するために、２つの自由端２４２の孔２５０は、ナット２５８及びカラー２５６をそれぞれ支持する内側肩部２７２を有する。

このようにして、フローラインの周りを囲んで締め付ける強固な構造が形成され、同時に２つの半片２３６、２３８は、互いに径方向に関して反対方向に固定され、同時に長手方向にも固定されるように、互いに固定された位置に保持される。

このタイプの結合は、図４に全体として示すように環状隔離体２１２を保持することを可能とする。即ち、フローライン上の固定位置で、２つの半片２３６、２３８の２つのそれぞれの他方の自由端２４０は、同様に対称的に互いに結合される。

更に、窪んだ頭部によって回転されるようになしたねじ２５４は、キャリア管に対する外部表面２２６による支持に影響しないように、環状隔離体２１２の厚みに完全に収容される。

図６は、他の実施の形態に係る環状隔離体を形成するために対となされるよう意図された円弧状の半片６３６を図説している。半片６３６の径断面は、本質的に、図１に図説された環状隔離体の径断面と同一である。

対照的に、図２に示された環状隔離体については、外部表面６２６は内部表面６２８より狭く、これにより、キャリア管に対する摩擦力よりフローラインに対する摩擦力が大きい環状隔離体を得ることができる。

さらに、他の実施の形態においては、同様に円弧状半片５３６を示す図５に図説されるように、径断面はもはや対称ではなく非対称である。その支持表面が互いに対向している２つの肩部５４６、５４８を形成するように、本質的に同じ幅である外部分５４５及び内部分５４７は、互いに長手方向にずらされている。一方の５４８はキャリア管に面するように成され、他方の５４６はフローラインに面するように成されている。

本発明に係るこれら２つの実施の形態において、図５及び６に図説されるように、半片５３６、６３６は、低い熱伝導度の材質製の半環状であり、プラスチック材質製のケーシング５３２、６３２で被覆されている要素５３０、６３０をそれぞれ備える。

本発明に係る装置は、上述した全ての実施の形態において、部分的又は完全に被覆するようにエアロゲル上にプラスチック材質をモールドすることによって製造することができる。さらに、ナット及び、スラストワッシャ又はカラーは、組み立てを簡略化できるように、エアロゲルと共に被覆モールドされるようになしてある。

しかしながら、本発明の詳細な実施の形態においては、内部及び外部表面のみがプラスチック材質で被覆モールドされており、装置の側面は開放されたままでエアロゲルが見えるようになっている。このようにして、サンドイッチ構造を形成する壁を有する装置が得られる。

以下に、図７から１２において、本発明に係る心出し装置が、４つの異なる変形実施例として記載される。

図７はリジッドなエアロゲルからなる要素７３０を含む環状隔離体７１２の径断面を示している。この断面で、要素７３０は、両端において互いに離れて行く２つの同心状の部分７８２により広がる円弧７８０を有する。エアロゲル製の要素７３０は、ポリアミド製の２つの部分７８４及び７８６の間に位置している。エアロゲルの脆さを考慮して、要素７３０は、接着又はその上にモールドされたポリアミドの層７８８によって下部を保護されている。

第２の変形例では、図８に示されるように、環状隔離体８１２は、その内部に、環状隔離体８１２の内部に向けられた直線の側８１１及び外部に向けられ丸みのついた部分８１３を径部分に有するリジッドなエアロゲルで作られた要素８３０を備え、該要素はポリアミドに囲まれるように埋め込まれている。要素８３０は、およそ隔離体８１２の幅に亘って延びている。

図９は、本発明の第３の変形実施例に係る、フローライン９１６上に保持された隔離体９１２の円弧状の半片９３６を示している。図１０に断面が示されているエアロゲル９３０で作られた要素を含み、フローライン９１６に接触して支持されている第１突起９１５を、環状隔離体は有する。

各突起９１５の間では、熱エネルギーを伝達しないようにフローライン９１６から距離をおいて環状隔離体９１２が保持されており、他の断熱素材が適宜チューブ９１６と隔離体９１２との間に挿入される。

図１１及び１２に図説される第４の変形例によれば、隔離体１１１２の突起１１１５は外部に向けられ、図１２に断面が示されるエアロゲル１１３０製の要素を含む。この変形例によれば、各突起の間の隔離体は、キャリア管（図示せず）から間隔を置いて配され、突起は、このキャリア管に接触して支持されている。前の変形例のように、キャリア管と隔離体との間の空間は他の断熱素材で充填することが可能である。

発明に係るリジッド二重管の長手方向の部分断面図である。 本発明に係る装置の詳細な斜視図である。 図２に示した装置の要素の詳細な部分断面図である。 図２に示した装置の組み立て後の断面図である。 他の実施の形態に係る装置の要素の部分図である。 更に他の実施の形態に係る装置の要素の部分図である。 第１の変形実施例における本発明に係る装置を示す部分径断面図である。 第２の変形実施例における本発明に係る装置を示す部分径断面図である。 第３の変形実施例における本発明に係る装置を示す部分径断面斜視図である。 図９に示した装置の径断面図である。 第４の変形実施例における本発明に係る装置を示す部分径断斜視面図である。 図１１に示した装置の径断面図である。

Claims (9)

1. 例えば巻取ることのできるタイプであって、炭化水素の輸送を目的とするリジッド二重管（１１０）用の心出し装置において、
   前記リジッド管（１１０）は、環状の空間（１１４）で離間されている２つの同心チューブ（１１６、１１８）を備え、
   前記心出し装置は、前記２つの同心チューブ（１１６、１１８）を互いにある距離で保持するために、前記環状の空間（１１４）に収められており、
   エアロゲルからなる低い熱伝導度を有する材質製の要素（１３０）が設けられ、
   前記要素は、ポリマータイプのプラスチック材質製のケーシング（１３２）で少なくとも部分的に覆われていることを特徴とする装置。
2. 前記エアロゲルは無機基材を有することを特徴とする請求項１に記載の心出し装置。
3. 前記要素（１３０）は２つの円弧状の半片（２３６、２３８）で形成されており、前記２つの円弧状の半片（２３６、２３８）の自由端（２４０、２４２）は、結合手段（２５４、２５６、２５８）によって結合されるようになされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の心出し装置。
4. 前記プラスチック材質は特に磨耗に耐性のある材質であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の心出し装置。
5. 前記要素（１３０）は１０ＭＰａより大きい圧縮強度を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の心出し装置。
6. 前記リジッド管（１１０）に沿って互いに離間している請求項１乃至５のいずれか１つに記載の心出し装置を複数備えることを特徴とする巻取り可能なリジッド二重管。
7. 環状空間（１１４）が、心出し装置の間に、低い熱伝導度の素材を有することを特徴とする請求項６に記載のリジッド管。
8. 心出し装置が、５メートル未満の距離で離間していることを特徴とする請求項６又は７に記載のリジッド管。
9. 平均伝熱係数が、低い熱伝導度の材料が延在する環状の管の部分の伝熱係数の１０分の１１未満であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１つに記載のリジッド管。

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