JP2014523455A - 現場継手被覆材および現場継手の構成方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、速硬化性オレフィン液状製剤に基づく現場継手被覆材、およびこの被覆剤を使用する現場継手の構成方法に関する。

Description

本発明は、速硬化性オレフィン液状製剤に基づく現場継手被覆材、および特に、これに限定されないが、海中で使用するパイプラインのための現場継手の構成方法に関し、より具体的には、パイプラインの滑らかな巻き取りおよび敷設を容易にする、パイプラインのための現場継手の形成方法に関する。

パイプライン、例えば、油またはガスの搬送のために使用されるパイプラインは、典型的に、パイプラインが敷設される場所から離れた工場にて、ポリマー保護被覆を用いて工場で被覆した何本ものスチールパイプで形成される。

工場では、被覆はパイプの外側に適用され、パイプの各端で、短い被覆されないパイプ部分が残される。被覆されない端があることで、パイプを溶接し、パイプラインを形成することが可能となる。

通常、パイプは、パイプ敷設処理の一環として溶接される。この処理が沖合で実行される場合、パイプ溶接は、一般に、常に敷設船または巻き取り船上で行う。

絶縁パイプラインの場合、ポリマー被覆は、通常、数センチメートル厚であり、一般に、硬質、シンタクチック（syntactic）、または発泡ポリマー材料（例えば、ポリプロピレンおよびポリエチレン）に基づく。典型的な実際の被覆は、様々な材料からなる層を備え、深海で長距離をつなぐパイプラインに要求される仕様を満たす。

個々のパイプの溶接端は、現場継手として知られ、被覆して、露出したパイプを保護する必要があり、理想的には、パイプの残りの部分にわたって伸びる工場で適用した被覆による保護と同等に保護する必要がある。

さらに、現場継手は、可能な限り迅速に被覆することが望ましく、これは、パイプラインの敷設可能な速度に影響するためである。さらに、現場継手は、現場継手を敷設設備で損傷することなくパイプを敷設するのに十分凝固する必要がある。

結論として、競争力のある現場継手被覆システムは、親（parent）被覆との完全な互換性、同様の保護、および絶縁特性をもたらし、厚さが大きい場合、および／または大容量の場合でも可能な限り迅速に適用される必要があり、パイプラインが溶接処理それ自体のために使用されるパイプラインと同時に敷設されることを可能にするために十分早く凝固（solidify）する必要がある。

さらに、動作（operating）温度および耐加水分解性の点で、親被覆と少なくとも同様の性能を超える、またはもたらすことは、現場継手被覆にとって有利である。市場の傾向として、より深い水深で機能することが求められ、これにより、より高い動作温度が要求され、したがって、より高い温度での加水分解に対するより高い絶縁性能と抵抗が要求される。被覆の厚さが増すにつれ、コストが上がる。

融着エポキシおよび接着剤と共にポリプロピレンを注入するシステムが開発されており、充填ポリプロピレンを親被覆に完全に融合し、それにより、水がパイプ表面に浸透する原因となるあらゆる溝を無くす。さらに、ポリウレタンと違って、ポリプロピレンは、加水分解を受けない。これにより、通常、端から端まで全体に保全性をもたらす。

溶融時、充填ポリプロピレンが依然として高い粘性を有する熱可塑性ポリマーである場合、溶融ポリプロピレン熱可塑性ポリマーを注入することを可能にするために、強力な注入設備を使用する必要があり、また注入圧力に耐えることが可能な高い硬質モールド構造を使用する必要がある。典型的に、現場継手被覆は、単一の連続的な作業で行うことはできず、複数にわたる注入を必要とする。可能な限り溶融粘度を下げるために、高温状態にする必要があり、それにより、現場継手を冷却し、凝固するために要する時間が増加する。結果として、この種類のシステムは、厚い絶縁パイプ被覆が必要な場合、多くの沖合での深海パイプ敷設方法と適合しない。

いくつかの方法が提案され、上記の基準を満たしており、具体的には、保護特性を損なうことなく現場継手被覆材を適用し凝固するために要する時間を減らしてきた。それらの大部分は、反応の速い熱硬化性ポリウレタン樹脂の使用を必要とし、単独で、または他の様々な材料と組み合わせ、ポリウレタンと親被覆との接着性を改善し、および／または、以下の特許および特許出願で見られるような圧力および温度下でのポリウレタンの加水分解に対する抵抗を改善する。

「パイプ被覆における間隙を満たす方法（A method of filling a gap in a pipe coating）」と題された特許文献１は、コロナまたはプラズマ放電を使用して、親被覆のポリオレフィン端における表面エネルギーを向上し、熱硬化性ポリウレタン硬化可能混合物の接着性をより良好にすることを説明する。

「現場継手（Field joint）」と題された特許文献２は、現場継手の滑らかな敷設を容易にし、硬化性ポリウレタン樹脂の、ポリオレフィン親被覆端への機械的接続をもたらす特定の設計について説明する。

「既存の被覆間に伸びるエポキシ層を有するパイプライン現場継手（Pipeline field joint having an epoxy layer extending between the existing coatings）」と題された特許文献３は、一端の切断側から他端の切断側に伸びる接着プライマーの使用について説明する。

「接着性を改良した湿式絶縁のためのパイプライン現場継手被覆（Pipeline field joint coating for wet insulation with improved adhesion）」と題された特許文献４は、特定の熱処理を使用して、熱可塑性ポリオレフィンベースの親被覆と速硬性ポリウレタン現場継手被覆との間の接着性と適合性とを改善することについて説明する。

「湿式絶縁現場継手のためのパイプライン現場継手被覆（Pipeline field joint coating for wet insulation field joints）」と題された特許文献５は、熱可塑性カバーでポリウレタン現場継手を保護し、水の浸入がパイプ表面に達し、ポリウレタン湿式絶縁が加水分解されることを防ぐための方法について説明する。

したがって、短いサイクル時間、パイプ上のオレフィン被覆との化学的適合性、高温での耐加水分解性、長期的な絶縁特性、および耐熱性を組み合わせた現場継手被覆処理に対する需要が依然として存在する。既存のシステムは、それら要件の一部に対する解決法のみを提案するが、すべての要件に対しては解決法を提案していない。

欧州特許第０６５４６３２号明細書 米国特許第６２６４８７１号明細書 英国特許第２４６２１４９号明細書 国際公開第２００８／０５４６０２号 国際公開第２００８／０４２３４２号

本発明の目的は、現在知られている現場継手の限界を克服する、改良された現場継手を提供することである。本発明の目的はまた、改良した現場継手の作製方法を提供することである。

第１の態様において、本発明は、
（ｉ）重合および任意選択的に架橋結合させることが可能な１オレフィンモノマーまたは１オリゴマー、
（ｉｉ）前記モノマーまたはオリゴマーの重合および任意選択的な架橋結合処理を活性化することが可能な１触媒系
を備える速硬化性オレフィン液状製剤に基づく現場継手被覆材に関する。

好ましくは、モノマーは、ノルボルネン系シクロオレフィンモノマーである。本モノマーは、単独で使用することができ、または他のオレフィンモノマーと組み合わせて使用することができる。最も好ましくは、ノルボルネン系シクロオレフィンモノマーは、ジシクロペンタジエンである。

さらに、好ましくは、本発明による現場継手被覆材に含有される触媒系は、ノルボルネン系シクロオレフィンモノマー、最も好ましくはジシクロペンタジエンの開環メタセシス重合を活性化することが可能な触媒系である。

第２の態様によれば、本発明は、以下のステップ：
（ｉ）スチールパイプの露出金属面を研磨する、またはサンドブラストするステップ、
（ｉｉ）露出金属面上にエポキシもしくはエポシキフェノールプライマーまたはオレフィン型接着層を適用するステップ、
（ｉｉｉ）前記プライマー上にオレフィン型接着層を適用するステップ、
（ｉｖ）親被覆の熱可塑性端切断面を研磨およびクリーニングするステップ、
（ｖ）現場継手領域においてパイプの周りの定位置にモールドを配置し、モールドの内面と現場継手との間の空隙を画定するステップ、
（ｖｉ）請求項１から４に記載の現場継手被覆材を、空隙に注入するステップ
を備える現場継手の構成方法に関する。

好ましくは、前記オレフィン型接着層は、４％超の無水マレイン酸グラフト量を有する変性直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）樹脂または変性ポリプロピレン樹脂である。

本発明による方法の他の実施形態において、モールドは、冷却下で維持され、サイクル時間を最小にする。

他の実施形態によれば、モールドは、現場継手材を注入する前に、窒素でパージされる。

さらに他の実施形態において、熱可塑性面は、現場継手材を注入する前に加熱される。

現場継手の模式図である。見やすいように、層３および層３’の第２の矢印は表示していないが、図は対称的であることを理解すべきである。

図１において、（１）はスチールパイプを指し、（２）は溶接部を指し、（３）はエポキシもしくはエポキシフェノールプライマーまたは融着エポキシ（ＦＢＥ）からなる防食層を指し、（３’）は接着層を指し、（４）は固体ポリエチレンまたはポリプロピレンの第１の層を指し、（５）は厚い絶縁発泡ポリプロピレンを指し、（６）は最終固体またはポリエチレンまたはポリプロピレン層を指す。

現場継手を形成する方法において使用されるモールドの模式図である。（７）はバリを指し、（８）は通気口を指し、（９）は典型的に２０℃から４０℃の温度範囲の水に対する水路を指し、（１０）は溶接位置を指し、（１１）は封口ガスケットを指し、（１２）はゲートを指し、（１３）は混合ヘッド位置を指す。

本発明は、速硬化性液体ベースのオレフィン製剤を使用して、カットバック（cut back）面にプライマーを適用することにより、またはプラズマもしくはコロナ処理を用いて表面エネルギーを増加することにより、パイプの熱可塑性カットバックを処理する必要なく、現場継手被覆を作製することに関する。パイプの溶接、および溶接部ならびに溶接部に隣接する露出金属の従来の前処理の後、エポキシプライマーまたはエポキシフェノールプライマーを金属に適用し、その後、接着層被覆の射出により、親被覆の初めの２層の連続性を確実にする。簡単なクリーニングおよび研磨によるカットバックの前処理後、モールドは現場継手領域の周りの定位置に配置され、硬化性液剤が注入ユニットにより注入される。硬化性製剤の液状および非極性オレフィン性のため、親被覆のポリオレフィン層と硬化（「重合」）オレフィン製剤との間の硬化の後、完全な湿式溶接および化学溶接が実現され、これにより、使用時に現場継手の劣化の原因となる水の浸入および加水分解を防ぐ。

さらに、硬化性製剤触媒系を調整し、あらゆるサイズの現場継手被覆に適合可能な硬化時間をもたらすことが可能である。硬化性オレフィン製剤の粘度が非常に低いため、前記硬化性オレフィン製剤を注入するために単純で高速に作用された（fast operated）モールドを使用することができる。

さらに、硬化後の硬化性製剤によって達成される高熱たわみ温度（high heat deflection temperature）、およびモールドに水冷システムを使用する可能性により、被覆が５０ｍｍより厚い場合でも、サイクル時間を数分に減少する。

図１を参照すると、パイプライン現場継手が、溶接部（２）で共に溶接された２本のスチールパイプ（１）の間に形成される。各パイプ（１）は、工場で適用した被覆で被覆され、その被覆は、エポキシもしくはエポキシフェノールプライマーまたは融着エポキシ（ＦＢＥ）からなる防食層（３）、接着層（３’）、固体ポリエチレンまたはポリプロピレンの第１の層（４）、厚い絶縁発泡ポリプロピレン（５）、および最終固体またはポリエチレンもしくはポリプロピレン層（６）を備える。各パイプの工場で適用した被覆（３）、（３’）、（４）、（５）、（６）は、カットバックされ、二重面取り面を形成し、スチールパイプを溶接部の領域で露出したままにする。

本発明の範囲は上記した例に限定されず、工場で適用した被覆はあらゆる適切な形態をとることが可能であり、単一のポリプロピレン層、すなわち被覆（３）（３’）及び（４）、または２つのポリプロピレン層、すなわち被覆（３）（３’）（５）及び（６）を備えることができることが理解されよう。さらに、工場で適用した被覆は、任意の適切な方法でカットバックすることができる。周知の方法にしたがって、２本のパイプを共に溶接した後、露出したスチールパイプおよび隣接する工場被覆をクリーニングする。いくつかの異なるクリーニング処理を使用して、継手をクリーニングすることができ、例えば、露出したスチール面は研磨粒子を使用してブラストクリーニングすることができ、ポリプロピレン被覆面は、電動研磨ディスクを使用してクリーニングおよび研磨することができる。次いで、継手領域全体に圧縮空気を吹き付けてクリーニングし、あらゆる粉塵粒子を除去することができる。典型的なクリーニングは、ＳＡ２からＳＡ３の規格（ＢＳ７０７９）に準拠する。

次いで、エポキシプライマーもしくはエポキシフェノールプライマーまたは融着エポキシは、誘導加熱コイルで適切な温度に前もって加熱された露出金属に適用される。実際には、ポリプロピレンの工場被覆（４）（５）（６）の端は、防食被覆（３）を適用する間は保護され、その適用は、通常、工場で適用した被覆（３）の一端から他端まで伸び、連続的な被覆を形成する。典型的なプライマー被覆の厚さは、２５０マイクロメートルである。

この作業は、典型的な厚さは５００ミクロンである、親被覆と同じ条件での接着結合層（３’）の適用を伴う。接着結合層被覆は、選択した防食被覆を適用した下部と適合可能である場合、本用途に対して従来利用可能なあらゆる種類のものとすることが可能である。

有利には、接着層は、変性直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）樹脂または変性ポリプロピレン樹脂の一群から選択することが可能である。典型的な変性例には、０．２％から１０％の範囲の含有量で、無水マレイン酸グラフトにより直線鎖をグラフトすることが含まれる。

有利には、接着層は、４％超のグラフト含有量を有する、変性直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）樹脂または変性ポリプロピレン樹脂であり、したがって、防食エポキシまたはエポキシフェノールプライマーの必要が無くなる。

上記から、液状硬化性オレフィン製剤の注入前に、この時点で、あらゆる外面が、ポリオレフィンベースの熱可塑性ポリマー材料であることは明らかである。

次いで、円筒状モールドが現場継手被覆の周りに設置され、パイプの外側ポリプロピレン面（６）の周りを密に閉じる。モールドは、２０℃で熱的に制御され、高速な冷却をもたらす。

次いで、市販のＴｅｌｅｎｅ（登録商標）１６５０ＡおよびＢ製剤を、ＦＰＬ１８混合ヘッド搭載のＣａｎｎｏｎＡ１００ＲＩＭ注入装置を用いて、モールドの内壁と、パイプ端のカットバックを構成する様々な層の外面とによって画定される空隙に注入する。製剤は、モールドを取り外す前の５分間で硬化することが可能である。バリが除去され、パイプラインは、１ステップで移動され、次の現場継手を被覆することを可能にする。

多種多様な速硬化性製剤を使用可能であることが理解されよう。典型的には、そのような硬化性オレフィンベース製剤は、２または３の成分系であるが、単一の成分系を配合することも可能である。

オレフィンモノマーに基づくという固有の性質のため、速硬化性製剤は、様々な熱可塑性オレフィンベース材表面の非極性表面またはわずかに極性を持った表面を容易に濡らす。硬化処理は、触媒種により活性化された製剤を構成するオレフィンモノマーの重合と任意選択的な架橋結合との組合せとして化学的に説明することが可能である。様々な層３’、４、５及び６を構成するオレフィンベースの熱可塑性材料中にモノマー単位を拡散することが可能な場合、様々な材料と、「化学溶接」として説明することが可能な硬化製剤と、の間の強防水非極性接続をもたらす様々な界面に、相互貫入ポリマー網目構造を作り出す。

有利には、硬化性製剤を注入する前に、熱可塑性面を３０から６０℃にあらかじめ熱しておき、熱可塑性ポリマー鎖の移動度を高め、それにより、製剤が硬化した後に得られる化学溶接の厚さを増す。

本発明で使用することが可能な製剤の種類は、少なくとも、シクロオレフィンモノマーまたはオリゴマー、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）触媒系、および反応を制御するか、または最終的なポリマー特性を変更する様々な添加剤を備える。硬化性製剤にオリゴマー前駆体を使用する場合、製剤の粘度は、ＲＴＭまたはＲＩＭ注入装置として知られる低粘度設備の使用を可能にするのに依然として十分低いことが理解されよう。

現場継手の目標とする最終特性に応じて、シクロオレフィンモノマーまたはオリゴマーは、単一または複数の反応性２重結合を有することが可能であり、熱硬化性または熱可塑性ポリマーのいずれかに重合することが可能である。

有利には、本発明による製剤で使用する触媒系は、モリブデン錯体、タングステン錯体、ルテニウム錯体、またはオスミウム錯体に基づく開環メタセシス触媒である。

本発明において使用することが可能なオレフィンモノマー、添加剤、および触媒の種類についてのさらに詳細な説明は、同出願人による欧州特許出願公開第２０４２５３７号明細書として公開された出願に含まれ、参照により本明細書に組み込まれる。

有利には、モールドは、タングステン型ＲＯＭＰ触媒により活性化された製剤を使用する場合、注入前に窒素ガスでパージされる。

有利には、硬化性製剤は、硬化性製剤硬化後に１４０℃超のガラス転移温度を有する熱硬化性ポリオレフィンをもたらすように選択され、したがって、熱可塑性親被覆によってもたらされる場合と同じ使用温度のパイプラインをもたらす。

Claims (10)

1. 速硬化性オレフィン液状製剤に基づく現場継手被覆材であって、
   （ｉ）重合および任意選択的に架橋結合することが可能な１オレフィンモノマーまたは１オリゴマーと、
   （ｉｉ）前記モノマーまたはオリゴマーの重合および任意選択的な架橋結合を活性化することが可能な１触媒系と
   を備える、現場継手被覆材。
2. 前記モノマーが、ノルボルネン系シクロオレフィンモノマーである、請求項１に記載の現場継手被覆材。
3. 前記触媒系が、ノルボルネン系シクロオレフィンモノマーの開環メタセシス重合を活性化することが可能である、請求項１に記載の現場継手被覆材。
4. 前記モノマーが、ジシクロペンタジエンである、請求項２に記載の現場継手被覆材。
5. 以下のステップ：
   （ｉ）スチールパイプの露出金属面を研磨すること、またはサンドブラストするステップと、
   （ｉｉ）前記露出金属面にエポシキもしくはエポキシフェノールプライマーまたはオレフィン型接着層を適用するステップと、
   （ｉｉｉ）前記プライマー上にオレフィン型接着層を適用するステップと、
   （ｉｖ）親被覆の熱可塑性端切断面を研磨する、およびクリーニングするステップと、
   （ｖ）現場継手領域内の前記パイプの周りの定位置にモールドを配置し、前記モールドの内面と前記現場継手との間の空隙を画定するステップと、
   （ｖｉ）前記空隙内に、請求項１から４のいずれかに記載の前記現場継手被覆材を注入するステップと
   を備える現場継手の構成方法。
6. 前記オレフィン型接着層は、４％超の無水マレイン酸グラフト量を有する、変性直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）樹脂または変性ポリプロピレン樹脂である、請求項５に記載の方法。
7. 前記モールドは、冷却下で維持され、サイクル時間を最小にする、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記モールドが、前記現場継手材を注入する前に、窒素でパージされる、請求項５または６に記載の方法。
9. 前記熱可塑性面が、前記現場継手材を注入する前に加熱される、請求項５または６に記載の方法。
10. 請求項１から４のいずれかに記載の速硬化性オレフィン液状製剤の現場継手被覆材としての使用。

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