JP2010209958A - 流体輸送用可撓管 - Google Patents

Abstract

【課題】 内部を流れる流体に含まれる腐食性ガス等により、金属補強層の劣化や腐食を簡易な構造で防止できる流体輸送用可撓管を提供する。
【解決手段】 座床層５ａの外周には、遮硫層７が設けられる。遮硫層７は、インターロック管３内を流れる流体からの硫黄分を遮蔽する。遮硫層７は、樹脂に微粒子である硫化物トラップ材が添加されたものである。硫化物トラップ材としては、流体内の硫黄分と反応する前後において、難水油溶性を示し、硫黄分との反応により生成する硫化物が長期にわたって非常に安定であり、樹脂との相溶性が良く均一に分散可能であり、かつ、硫黄分との反応速度が十分に速ければ良く、例えば、亜鉛、アンチモン、鉛、鉄およびカドミニウム系の金属またはこれらの金属化合物、またはこれらの複合体を用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、海底油田等から産出した油やガスを輸送するための流体輸送用可撓管に関するものである。

従来、海底油田から算出する油は、流体輸送用可撓管によって浮遊式石油生産設備まで輸送される。可撓管には、耐内圧特性や液密性、防水性等が要求されている。

このような流体輸送用可撓管としては、例えば、最内層に、可撓性に優れ、耐外圧および敷設時の耐側圧補強に優れるステンレス製のインターロック管を用い、その外周部に、耐油性に優れ、液密性に優れるプラスチック内管が設けられ、さらにその外周に耐内圧補強としての金属製内圧補強層および軸方向補強としての金属製軸力補強層が設けられ、最外層に防水層としてのプラスチックシースが設けられ、軸力補強層には等価比重１．０以下の軽量平型材を介在させ、平型補強層の炭素含有率を規定した可撓性流体輸送管がある（特許文献１）。

特開平７−１５６２８５号公報

しかし、通常、海底から汲み上げる原油成分には、腐食性ガスである硫化水素が多量に（数１０ｐｐｍ以上）含まれる場合がある。このような硫化水素の含有率が高い原油を、特許文献１のような可撓性流体輸送管で輸送すると、硫化水素がプラスチック内管から径方向に漏えいし、プラスチック内管外周部の金属製補強層を腐食させる恐れがある。このように、従来の可撓性流体輸送管は、長期耐久性に対して問題がある場合がある。

しかし、金属製補強層の耐食性を向上させたのではコスト増となり、より簡易に硫化水素による腐食を防止する方法が望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、内部を流れる流体に含まれる腐食性ガス等により、金属補強層の劣化や腐食を簡易な構造で防止できる流体輸送用可撓管を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明は、可撓性を有する管体と、前記管体の外周に設けられた遮硫層と、前記遮硫層の外周に設けられた補強層と、前記補強層の外周に設けられた保護層と、を具備し、前記遮硫層は、硫黄および／または硫化物と反応可能な硫化物トラップ材を含有する樹脂層であることを特徴とする流体輸送用可撓管である。

前記遮硫層と前記補強層との間には、さらに、前記遮硫層と前記補強層との間のすべりを良くするための樹脂製の滑層が設けられることが望ましい。前記硫化物トラップ材は、亜鉛、アンチモン、鉛、鉄、カドミニウム系いずれかの金属、またはこれらの金属化合物、またはこれらの複合体のいずれかであることが望ましい。

前記遮硫層はポリエチレンに前記硫化物トラップ材が添加されたものであり、前記遮硫層の厚みは２ｍｍ以上であることが望ましい。

前記管体と前記遮硫層との間には、さらに内管が設けられてもよく、この場合、前記内管はポリアミド系樹脂製であってもよい。

前記遮硫層の内周部には、前記管体内部を流れる流体に含まれる硫黄分と前記硫化物トラップ材とが反応することにより反応層が形成可能であり、前記反応層における硫黄分の拡散係数が、前記反応層以外の前記遮硫層における硫黄分の拡散係数よりも小さいことが望ましい。

本発明によれば、管体と補強層との間に硫化物トラップ材を含有する遮硫層が設けられるため、管体内部を流れる流体から硫化水素などの硫化物が外部の補強層へ到達することを防止でき、このため、補強層の腐食を防止することができる。

また、ポリエチレンに硫化物トラップ材を添加した場合、トラップ材の種類等にもよるが、遮硫層の厚みが２ｍｍ以上であれば、硫化水素を長期にわたって確実に遮蔽することができる。

さらに、遮硫層と管体との間に内管を設ければ、遮硫層が直接内部を流れる油等の流体とは接触しないため、遮硫層の耐油性等が不要となる。このため、硫化層の樹脂材料として、主に硫化物トラップ材との相溶性等を考慮して選択することができる。

また、樹脂に硫化物トラップ材を含有させると、硫化物トラップ材と流体からの硫化物（硫黄分）とが反応して安定な反応物を生成する。安定な反応物は緻密な結晶構造を有し、硫黄の拡散係数を樹脂の場合と比較して著しく低下させる。このため、遮硫層と流体中の硫黄分とが反応することで、遮硫層の内周部には、緻密な反応層が形成される。すなわち、流体中の硫黄分によって遮硫層の面方向に緻密な反応層を形成するとともに、径方向へは自らが形成した反応層によって拡散が防止される。このため径方向への硫黄分の拡散を確実に防止することができる。したがって、硫黄分が補強層へ漏えいすることがない。

本発明によれば、内部を流れる流体に含まれる腐食性ガス等により、金属補強層の劣化や腐食を簡易な構造で防止できる流体輸送用可撓管を提供することができる。

可撓管１を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。 遮硫層７の機能を示す図。 可撓管２０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。 遮硫層７の機能を示す図。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、可撓管１を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は断面図である。可撓管１は主に、管体であるインターロック管３、座床層５ａ、５ｂ、遮硫層７、周方向補強層９、軸方向補強層１１、保護層１３等から構成される。

インターロック管３は、可撓管１の最内層に位置し、外圧に対する座屈強度に優れ、耐食性も良好なステンレス製である。インターロック管３はテープを断面Ｓ字形状に成形させてＳ字部分で互いに噛み合わせて連結されて構成され、可撓性を有する。なお、インターロック管３に代えて、同様の可撓性を有し、座屈強度等に優れる管体であれば、他の態様の管体を使用することも可能である。

インターロック管３の外周には、必要に応じて座床層５ａが設けられる。座床層５ａは、インターロック管３の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。すなわち、座床層５ａは、例えば不織布等のようにある程度の厚みを有し、インターロック管３外周の凹凸のクッションとしての役割を有する。

座床層５ａの外周には、遮硫層７が設けられる。遮硫層７は、インターロック管３内を流れる流体からの硫黄分を遮蔽する。遮硫層７は、樹脂に微粒子である硫化物トラップ材が添加されたものである。樹脂としては、水や薬品等の透過率が低く、後述する硫化物トラップ材を多く含有可能な相溶性を有しており、その他流体輸送用管体に用いられる上で必要な物理特性を有していれば良く、例えばポリエチレンやポリアミド系樹脂を使用することができる。

硫化物トラップ材としては、流体内の硫黄分と反応する前後において、難水油溶性を示し、硫黄分との反応により生成する硫化物が長期にわたって非常に安定であり、樹脂との相溶性が良く均一に分散可能であり、かつ、硫黄分との反応速度が十分に速ければ良く、例えば、亜鉛、アンチモン、鉛、鉄、カドミニウム系いずれかの金属、またはこれらの金属化合物、またはこれらの複合体を用いることができる。

可撓管１の硫化物トラップ材として効率良く機能させるためには、樹脂材料や硫化物トラップ材の種類にもよるが、例えば樹脂に対して５〜６０質量部程度の硫化物トラップ材を添加することが望ましく、さらに望ましくは１０〜４０質量部である。硫化物トラップ材の添加量が少ないと、遮硫層としての機能が低くなり、また、硫化物トラップ材の添加量が多すぎると、管体の可撓性が悪化し、またコストの点からも望ましくないためである。

遮硫層７の外周には、周方向補強層９が設けられる。周方向補強層９は、主にインターロック管３内を流れる流体の内圧等に対する補強層である。周方向補強層９は、例えば断面Ｃ形状または断面Ｚ形状等の金属製のテープ等を互いに向かい合うように、かつ、互いに軸方向に重なり合うように短ピッチで巻きつけられて形成される。なお、周方向補強層９は、上述のように金属テープが所定ピッチで巻きつけられた構成であり、インターロック管３の曲げ変形等に追従可能である。なお、遮硫層７と周方向補強層９との間には、必要に応じて滑層を設けてもよい。滑層としては例えば樹脂テープを遮硫層７の外周に巻き付ければよい。遮硫層７は硫化物トラップ材が添加されると硬くなるため、金属層である周方向補強層９との界面での接触により、可撓管１の曲げ時などに周方向補強層９が傷ついたり、クラックや摩耗等が生じる恐れがあるためである。樹脂テープとしては、周方向補強層９とのすべりが良ければ良く、例えばポリエステルテープが使用できる。

周方向補強層９の外周には、軸方向補強層１１が設けられる。軸方向補強層１１は、主にインターロック管３が可撓管１の軸方向へ変形する（伸びる）ことを抑えるための補強層である。軸方向補強層１１は、例えば平型断面形状の金属製補強材をロングピッチで２層交互巻きして形成される。軸方向補強層１１は、インターロック３の可撓性に追従して変形可能である。

なお、周方向補強層９と軸方向補強層１１との間にポリエチレン製等の樹脂テープを巻き付けてもよい。金属補強部材同士が可撓管１の変形に追従する際に擦れて、摩耗することを防止するためである。同様に、軸方向補強層１１の２層巻きの層間に樹脂テープを巻き付けてもよい。なお、以後、特に説明がない場合には、周方向補強層９および軸方向補強層１１を総称して補強層と称する。

軸方向補強層１１の外周には、必要に応じて座床層５ｂが設けられる。座床層５ｂは、軸方向補強層１１の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。なお、座床層５ｂは座床層５ａと同様の構成であるため、説明を省略する。

座床層５ｂの外周には、保護層１３が設けられる。保護層１３は、例えば海水等が補強層へ浸入することを防止するための層である。保護層１３は、例えばポリエチレン製やポリアミド系合成樹脂製等が使用できる。以上のように、可撓管１を構成する各層は、それぞれ可撓管１の曲げ変形等に追従し、可撓性を有する。

次に、遮硫層７の機能について説明する。図２は、可撓管１の断面を示す図である。インターロック管３内には、油等の流体が流れている。前述の通り、油等には、硫化水素などの硫化物が含まれている場合がある。

また、インターロック管３は、液密性・気密性を有しないため、図２（ａ）に示すように、通常インターロック管３の外周部に設けられる遮硫層７が流体と接する。すなわち、流体中の硫黄分が遮硫層７へ接触する（図中矢印Ａ）。流体に含まれる硫黄分が遮硫層７と接触すると、遮硫層中の硫化物トラップ材と硫黄分とが反応し、安定な硫化物を生成する。

例えば、流体中の硫黄分Ｓ^２−と硫化物トラップ材Ｍ^２＋とが反応して、ＭＳなる安定な硫化物を生成する。なお、硫化物トラップ材は２価である必要はなく、Ｓと安定な硫化物を生成可能であれば、他の金属（および金属間化合物）であってもよい。

生成された硫化物は、緻密な結晶構造を有し、図２（ｂ）に示すように、遮硫層７の内周側に遮硫部である反応層１５を形成する。反応層１５は、安定かつ緻密な硫化物で構成されるため、反応層１５中での硫黄分（硫黄および硫化物）の拡散係数は極めて小さくなる。

すなわち、反応層１５以外の部位での遮硫層７中の硫黄分の拡散係数と比較して、反応層１５中の硫黄分の拡散係数は極めて小さい。したがって、ある程度の厚さの反応層１５が形成されると、それ以上は遮硫層７の径方向（厚さ方向）へ反応層１５が成長することが抑制される。すなわち、反応層１５は、遮硫層７の軸方向（すなわち遮硫層７の内周面方向）へ広がるように形成される。

このように、遮硫層７は流体中からの硫黄分と反応することで、硫黄分の浸透を防止する反応層１５を自ら形成し、反応層１５が遮硫層７の内周部に層状に形成されるため、反応層１５の形成によって確実に硫黄分の遮硫層７外部への漏えい（すなわち遮硫層７中での硫黄分の径方向への移動）を防止することができる。

なお、反応層１５の厚さは、樹脂材料および硫化物トラップ材の種類等の影響を受け、また、同じ材種であっても、硫化物トラップ材の添加量によって変化する。

たとえば、ベース樹脂として、低密度ポリエチレンを用いた場合と高密度ポリエチレンを用いた場合とでは、水の透過率のより小さい高密度ポリエチレンを用いた方が、反応層１５の厚さは薄くなる。同様に、低密度ポリエチレンを用いた場合と可塑化ポリ塩化ビニルを用いた場合とでは、水の透過率のより大きな可塑化ポリ塩化ビニルを用いた方が、反応層１５の厚さは厚くなる。

また、硫化物トラップ材の添加量を増やすと反応層１５の厚みは薄くなり、硫化物トラップ材の添加量を減らすと反応層１５の厚みは厚くなる。このように、反応層１５の厚さは種々の条件によって異なるが、例えば可塑化ポリ塩化ビニルを用いて、硫化物トラップ材を４０重量部程度含有させるとすると、硫黄分の拡散を確実に防止することができる反応層１５を形成させるためには、遮硫層７を２ｍｍ以上とすれば良く、望ましくは２〜３ｍｍである。遮硫層７の厚さが厚すぎると、可撓性の悪化や重量アップ、コストアップ等を招くためである。

以上説明したように、第１の実施形態にかかる可撓管１によれば、補強層の内側に遮硫層７が設けられるため、内部を流れる流体に含まれる硫黄分と遮硫層７内に含まれる硫化物トラップ材とが反応することで、安定かつ緻密な反応層１５を形成することができる。このため、流体に含まれる硫黄分が遮硫層７内に浸透し、補強層へ漏えいすることによる補強層の腐食を防止することができる。

反応層１５内は、緻密な結晶構造を有するため、硫黄分（硫化物含む）の拡散係数が極めて小さく、反応層１５がある程度以上の厚さとなると、それ以上の反応層１５の厚さ方向の成長は止まり、反応層１５が遮硫層７の内面前面に均一に形成されると、それ以降は流体からの硫黄分および反応層１５中の硫化物等が遮硫層７の外方へ拡散することがない。したがって、長期にわたって確実に硫黄分が補強層へ漏えいすることを防止することができる。

特に、遮硫層７の厚みが２ｍｍ以上であるため、流体中の硫黄分と硫化物トラップ材とが反応して形成される反応層１５の厚みが十分確保でき、硫黄分が遮硫層７の外部へ漏えいすることを確実に防止することができる。また、可撓管１を深海などの低温域等で使用した場合にも、遮硫層７が内部の保温効果に役立つため、流体の流動性の悪化を防止することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態において、図１に示す可撓管１等と同一の機能を果たす構成要素には、図１と同一番号を付し、重複した説明を避ける。

図３は、第２の実施の形態にかかる可撓管２０を示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は断面図である。可撓管２０は、可撓管１に対して更に内管２１を有する点で異なる。可撓管２０は、遮硫層７の内周面に内管２１が設けられる。

内管２１は、インターロック管３内の流体が直接遮硫層７と接触することを防止する。内管２１は、可撓性を有し、また、流体と直接接触することから、耐油性に優れる材質が望ましく、例えばポリアミド系樹脂製のものが使用できる。この場合、遮硫層７の樹脂材質としては、耐油性を考慮する必要がないため、硫化物トラップ材と相溶性を有し、より多くの硫化物トラップ材を含有させることが可能なポリエチレン製とすることが望ましい。

なお、内管２１は、流体と遮硫層７との直接の接触を防止でき、液密性を確保できれば良い。内管２１の厚さとしては、可撓性等を考慮すると、薄い方が望ましい。

図４は、図２と同様に、内管２１を有する場合における遮硫層７の機能を示す図である。図４（ａ）に示すように、インターロック管３内を流れる流体は、内管２１と接し、流体が直接遮硫層７と接触することはない。一方、流体中の硫黄分は、内管２１内を容易に拡散し、遮硫層７へ到達する（図中矢印Ａ）。

遮硫層７に到達した硫黄分は、遮硫層７中の硫化物トラップ材と反応し、図４（ｂ）に示すように、遮硫層７の内周部に遮硫部である反応層１５を形成する。反応層１５は、前述の通り、安定かつ緻密な硫化物で構成されるため、反応層１５中での硫黄分（硫黄および硫化物）の拡散係数は極めて小さくなる。したがって、遮硫層７は流体中からの硫黄分と反応することで、硫黄分の浸透を防止する反応層１５を自ら形成し、反応層１５の形成によって確実に硫黄分が遮硫層７外部への漏えいすることを防止することができる。

第２の実施の形態にかかる可撓管２０によれば、可撓管１と同様の効果を得ることができる。また、遮硫層７の内周に内管２１を設けることで、油等の流体と接触する内管２１には耐油性に優れる、例えばポリアミド系樹脂を用いることができ、遮硫層７には、硫化物トラップ材を多く含有させることが可能な、例えばポリエチレンを使用することができる。したがって、流体および硫黄分の漏えいを確実に防止することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、２０………可撓管
３………インターロック管
５ａ、５ｂ………座床層
７………遮硫層
９………周方向補強層
１１………軸方向補強層
１３………保護層
２１………内管

Claims (7)

1. 可撓性を有する管体と、
   前記管体の外周に設けられた遮硫層と、
   前記遮硫層の外周に設けられた補強層と、
   前記補強層の外周に設けられた保護層と、
   を具備し、
   前記遮硫層は、硫黄および／または硫化物と反応可能な硫化物トラップ材を含有する樹脂層であることを特徴とする流体輸送用可撓管。
2. 前記遮硫層と前記補強層との間には、さらに、前記遮硫層と前記補強層との間のすべりを良くするための樹脂製の滑層が設けられることを特徴とする請求項１記載の流体輸送用可撓管。
3. 前記硫化物トラップ材は、亜鉛、アンチモン、鉛、鉄、カドミニウム系いずれかの金属、またはこれらの金属化合物、またはこれらの複合体のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体輸送用可撓管。
4. 前記遮硫層はポリエチレンに前記硫化物トラップ材が添加されたものであり、前記遮硫層の厚みは２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体輸送用可撓管。
5. 前記管体と前記遮硫層との間には、さらに内管が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体輸送用可撓管。
6. 前記内管はポリアミド系樹脂製であることを特徴とする請求項５記載の流体輸送用可撓管。
7. 前記遮硫層の内周部には、前記管体内部を流れる流体に含まれる硫黄分と前記硫化物トラップ材とが反応することにより反応層が形成可能であり、前記反応層における硫黄分の拡散係数が、前記反応層以外の前記遮硫層における硫黄分の拡散係数よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項６記載の流体輸送用可撓管。

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