KR20070036160A - 개선된 관상체 및 관상체 성형 방법 - Google Patents

개선된 관상체 및 관상체 성형 방법 Download PDF

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존 피터 부스
고든 데이비드 로비스
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아이티아이 스코틀랜드 리미티드
존 피터 부스
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Abstract

관상체(10)는 내측 중공 코어(10)와, 코어 재료보다 높은 항복 응력을 가지는 자체적으로 기계적 상호 결합하는 나선형으로 감긴 재료로 된 하나 이상의 스트립의 외측 케이싱(14)을 포함한다. 또한 내측(10) 코어(12)에 외측 코어(14)를 감는 단계를 포함하는 관상체(10)의 성형 방법과, 상기 관상체(10)가 그 외측 표면에 나선형으로 연장하는 디텐트(30a)를 구비할 때 상기 관상체(10)와 함께 사용되기 위한 단부 연결기(32)가 제공된다.
관상체, 관상체 성형 방법, 단부 연결기, 코어, 케이싱, 인덴트, 디텐트

Description

개선된 관상체 및 관상체 성형 방법{IMPROVEMENTS IN TUBULAR BODIES AND METHODS OF FORMING SAME}
본 발명은 관상체(tubular bodies)와 그 성형 방법에 관한 것이며 좀 더 구체적으로는 압력 하에서 천연 가스 또는 석유 제품을 수송하기 위한 파이프라인과 같은 파이프워크 시스템에서 사용하기 위한 파이프의 생산에 관한 것이나 이에 한정하지 않는다. 또한 파일론(pylon), 타워, 지지 암 등과 같은 관상체의 다른 형태가 여기에서 기술되는 본 발명에 따라서 제조될 수 있다.
근년에 생산되거나 장래에 시추하기 위하여 예비로 비축된 천연 가스 또는 석유 제품은 이산화탄소와 황화 수소를 함유하고 있는 것으로 알려지고 있다. 또한 정상적인 압력 작업 조건에서, 그러한 제품을 수송하는 종래의 재료로 형성된 파이프라인은 특히 응력 부식 균열로 인해서 파괴되는 경향이 있다. 이러한 파괴는 종종 파이프라인의 파이프의 길이 방향으로 연장하는 최악의 파괴를 일으킨다.
이러한 파괴의 위험을 감소시키기 위한 이전의 시도는 파이프라인에 의해서 수송되는 제품에 부가되는 부식 억제제의 사용과 관련 있었다. 공교롭게도, 이것은 상기 억제제 및 상기 억제제를 상기 제품에 부가하는 비용뿐만이 아니라 파이프라인에 의하여 수송되는 제품으로부터 적기에 상기 부식 억제제를 제거하고 복구하는 비용을 포함하는 과도한 비용 부담을 야기한다. 또한 부식 억제제의 사용은 바람직하지 않는데 이는, 특히 근해(offshore)의 파이프라인에 있어서는, 파이프라인으로부터 부식 억제제가 누출된다면 발생하는 환경 문제 때문이다.
수송되는 제품과 접촉하는 파이프 부분의 인장 응력을 감소시켜서 파이프의 응력 부식 균열의 위험을 저하시키는 또 다른 방법들이 제안되었다. 이 방법들은 예를 들어 하나가 다른 하나의 내부로 삽입된 두 개의 관으로 형성되고 그 다음에 생산 과정 중에 내측 파이프가 외측 파이프와 접촉하도록 기계적으로 강제하여 이 작업이 완료된 이후에 내측 파이프는 압축 응력을 가지고 외측 파이프는 인장 응력을 가지도록 하는 파이프의 사용을 포함한다. 이 공정은 "자긴 가공"(auto frettage)"으로 알려지고 있으며 이 작업을 기계적으로 수행하는 하나의 방식은 미국 특허 제4,823,847호에 기술되어 있다. 상기 두 개의 파이프 중 하나를 다른 하나에 삽입하고 내측 파이프를 불리하게 손상하지 않고서 자긴 가공을 수행할 수 있는 것이 필요하다면 두 개의 파이프가 매우 엄격한 오차 범위로 만들어져야 한다는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 특수한 자긴 가공 작업이 짧은 길이의 파이프에 사용하기에 적합할 뿐이며 시간의 낭비와 이로 인해서 수행하기에 비용이 많이 드는 작업이라는 단점으로 인해 문제된다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 8 내지 10 m 길이의 그러한 짧은 길이의 파이프로부터 파이프라인을 생산하는 또 다른 단점은 본질적으로 파이프라인의 약한 지점인 다수의 조인트가 생긴다는 것과 관련되어 있다.
또한, 다른 종류의 관상체는 미국 특허 제4,657,049호로부터 알려져 있으며, 상기 미국 특허에서는 금속 스트립이 나선형으로 겹치기 방식(overlapping fashion)으로 감기고 강성 관형 구조물을 생산하기 위하여 접착 매트릭스에 매입된다. 미국 특허 제3,530,567호는 어떤 지점에서도 관의 벽의 두께가 다수의 겹침 부분(lap)으로부터 형성되도록, 자체 겹치기 방식(self-overlapping fashion)으로 금속 스트립을 나선형으로 감어서 관을 형성하는 방법을 기술하고 있다. 스트립의 모서리에 의해 형성된 관의 내측 보어의 나선형 융기부(ridge)를 제거하기 위하여, 금속 스트립의 항복점 이 후에 관형 구조물을 팽창시킴으로써 스트립 재료의 겹치는 부분들(lap)을 감은 후에 서로 맞대어서 평평하게 한다. 그러한 절차는 상당한 제조상 난점을 제기한다.
GB2280889는 신장된 중공 또는 관상체를 형성하는 방법을 개시하고 있고 다층(multi layer) 관형 구조물을 제공하기 위하여 자체 겹치기 방식으로 재료로 된 적어도 하나의 스트립을 나선형으로 감는 것을 포함한다. 이러한 배열에서, 스트립은 스트립의 각각의 회선(convolution)에서 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하는 적어도 하나의 단(step)을 구비한 횡단면(transverse cross-section)을 제공하기 위하여 사전 성형(pre-form)된다. 따라서 벽 두께가 다수의 겹치는 부분으로 형성된 관상체는 재료의 단일 스트립으로부터 연속적으로 제작될 수 있고, 상기 벽 두께는 일반적으로 스트립의 횡단면에 형성된 단(step)의 개수보다 큰 하나의 스트립 두께이다.
상기 배열은 내측 또는 외부 라이너가 구비될 수 있으며, 그 형태는 관 구조물을 사용하려는 적용부에 따라 다르나 필라멘트가 감긴 섬유 보강 매트릭 스(filament wound fibre-reinforced matrix)를 포함할 수 있다. 그러한 관형 구조물의 제작에 있어서, 내측 라이너는 나선형으로 감긴 보강 코어가 감기는 맨드럴을 제공하도록 사전 성형될 수 있다. 선택적으로, 내측 라이너는 적절한 맨드럴 위의 내측 라이너를 위해서 수지 주입 보강 섬유 또는 직물(resin impregnated reinforcement fibres or fabrics)을 감고, 그 다음에 보강 코어를 생성하기 위하여 상기 라이너 위에 단이 있는 스틸 스트립을 감은 다음에 외측 라이너를 위해서 필요한 수지 주입 보강 섬유 또는 직물을 감아서 형성될 수 있다. 공교롭게도, 그러한 공정은 분산된 길이의 파이프 부분(section)을 생성할 수 있을 뿐이며 "자긴 가공"의 사용에는 적합하지 않다.
현재, 그러한 파이프의 압력 성능은 사용되는 재료의 경제적인 측면과 제 위치, 종종 매우 난해한 환경으로 운송되고 이동되어야 하는 최종 제품의 중량에 의해 제한된다. 가스 운송에 사용되는 가장 일반적인 파이프는 X65 스틸 그레이딩(steel grading)(최소 항복 강도 65,000 psi)을 가지나 이러한 규격의 파이프조차도 120,000 psi의 항복 강도까지 요구하는 새로운 요건들을 충족할 수는 없다. 파이프 벽의 두께와 사양을 분명하게 증가시킬 수 있는 반면에, 이것은 비용, 중량 및 설치의 복잡성을 증가시킬 뿐이다. 추가적으로, 그러한 배열은 완성하기 어렵고 비용이 많이 드는 원주 용접(girth weld)되어야만 한다. 따라서 생산하기에 경제적이고 운송과 설치가 상대적으로 용이하면서 튼튼하고 가벼운 고성능 파이프에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 응력 부식 균열의 위험이 감소되고 공지의 파이프와 이를 성형하는 방법에 있어 상기의 다른 단점의 하나 이상이 완화된 관상체 및 이를 성형하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 내측 중공 관형 코어(inner hollow tubular core)와 외측 케이싱을 구비하고, 상기 외측 케이싱은 상기 내측 코어의 항복 강도 보다 높은 항복 강도를 가지는 기계적으로 상호 결합하는 나선형으로 감긴 재료로 된 하나 이상의 스트립을 포함하는 관상체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 내측 관형 코어와 외측 케이싱을 구비하고, 상기 외측 케이싱은 자체적으로 겹치는 나선형으로 감긴 재료로 된 하나 이상의 스트립을 구비하며 상기 코어는 연속 성형 공정에 의해 형성된 관형 구조물을 구비하는 관상체가 제공된다.
바람직하게는, 외측 케이싱의 내측 표면은 상기 코어가 코어 재료의 소성 변형을 유발하기에 충분한 내압을 받은 후에 코어에 압축력을 가할 수 있도록 코어의 외측 표면과 연속적으로 접촉한다.
환경으로부터의 추가적인 보호를 제공하는 것이 바람직할 때에는 관상체는 외측 케이싱의 외측에 보호 케이싱이 구비될 수 있다.
바람직한 배열에서, 스트립은 스트립의 각각의 회선에서 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하는 횡단면에서의 단(transverse cross-sectional step)을 구비한다. 선택적으로, 스트립은 한 모서리에 길이 방향으로 연장하는 돌출부를 가지고 또 다른 모서리에는 스트립의 각각의 회선에서 인접 모서리를 수용하는 길이 방향으로 연장하는 홈을 가질 수 있다. 또 다른 배열에서 스트립은 스트립의 각각의 회선에서 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하는 챔퍼(chamfer)를 각 모서리에 가질 수 있다.
바람직하게는, 외측 케이싱은 스틸, 스테인리스 스틸, 티타늄 또는 알루미늄과 같은 금속이나 바람직하게는 마르틴자이트(Martinsite)이다.
경우에 따라서는 관형 코어 관상체(tubular core tubular body)는 바람직하게는 316L 스테인리스 스틸이 될 수 있는 스테인리스 스틸과 같은 내식성(corrosion resistant) 재료로 형성된다.
연속 제작에 특히 적합한 배열에 있어서, 관상체는 롤(roll) 성형된, 이음매(seam) 용접 금속관일 수 있다. 선택적으로, 코어는 나선형으로 자체가 겹치게 감겨진 재료로 된 하나 이상의 스트립으로부터 형성될 수 있다.
한 형태에서는 기계적 상호 연결이 연속적인 회선에서 서로 협동하는 사전 성형된 인덴트(indent)와 디텐트(detent)의 형태로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 인덴트는 스트립의 한 편에 형성된 길이 방향으로 연장하는 인덴트를 포함하며 디텐트는 상기 스트립의 반대편에 길이 방향으로 연장하는 디텐트를 포함한다. 이러한 형상들은 여기에서 개시되는 상호 결합의 다른 형태와 결합하거나 또는 단독으로 사용될 수 있는 기계적 상호 결합의 한 형태를 제공하기 위하여 서로 결합한다.
바람직하게는, 스트립은 두 개의 모서리를 포함하며 한 모서리는 다른 모서리보다 길다.
기계적 상호 연결은 내측 코어와 외측 케이싱과의 사이의 접착제 층(adhesive layer) 및/또는 외측 케이싱의 겹치는 부분들 사이의 접착제 층의 형태로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 접착제 층이 코어 또는 스트립에 사용된 접착제의 스트립일 수 있으며 이것은 바람직하게는 섬유 운반체(textile carrier)를 구비할 수 있는 시텍(Cytec) FM8210-1과 같은 싱글 파트 필름 베이스드 에폭시(single part film based epoxy)를 포함할 수 있는 경화성 중합체일 수 있다. 이 접착제는 여기에서 개시된 여타의 기계적 상호 연결과 결합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 배열에서 관상체는 단부를 가지며 그 단부에 연결기를 또한 포함한다. 이 연결기는 내식성 재료로 된 고리를 포함할 수 있으며, 상기 코어는 내식성 재료를 포함할 수 있고 상기 고리와 코어는 서로 용접될 수 있다. 편의상 그리고 위치 설정의 목적상 나선형 돌출부가 관상체에 형성될 수 있으며 상기 연결기는 상기 나선형 돌출부와 결합하기 위한 대응하는 홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면,
제1 항복 응력을 가지는 중공 관형 코어를 제공하는 단계,
상기 제1 항복 응력보다 높은 제2 항복 응력을 가지는 재료의 스트립을 제공하는 단계, 및
상기 스트립을 상기 코어에 나선형으로 겹치도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 관상체 제조 방법이 제공된다.
선택적인 배열에 따르면,
코어를 형성하기 위하여 재료의 내측 스트립을 제공하는 단계,
외측 케이싱을 형성하기 위하여 재료의 제2 스트립을 제공하는 단계,
길이 방향 축을 따라서 상기 내측 스트립을 말고 그 대면하는 모서리들을 이음매(seam) 용접하여서 관형 코어를 형성하는 단계, 및
상기 코어에 상기 외측 스트립을 기계적으로 상호 결합하도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 관형 코어 및 외측 케이싱을 구비하는 관상체의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면,
코어를 형성하기 위하여 재료의 내측 스트립을 제공하는 단계,
외측 케이싱을 형성하기 위하여 재료의 외측 스트립을 제공하는 단계,
길이 방향 축을 따라서 상기 내측 스트립을 말고 그 대면하는 모서리들을 이음매(seam) 용접하여서 관형 코어를 형성하는 단계, 및
상기 코어에 상기 외측 스트립을 나선형으로 겹치도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 관형 코어 및 외측 케이싱을 구비한 관상체의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면,
외측 케이싱을 형성하기 위하여 재료의 외측 스트립을 제공하는 단계, 및
상기 코어에 상기 스트립을 기계적으로 상호 결합하도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 관상체를 개선하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면,
외측 케이싱을 형성하기 위하여 재료의 외측 스트립을 제공하는 단계, 및
상기 코어에 상기 스트립을 나선형으로 겹치도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 관상체를 개선하는 방법이 제공된다.
바람직하게는 상기 방법은 내측 코어의 항복 강도보다 높은 항복 강도를 가지는 재료로 외측 스트립을 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 재료의 스트립은 상기 코어와 연속적으로 또는 거의 연속적으로 접촉하도록 코어에 감긴다.
바람직한 배열에서 상기 방법은 횡단면의 단(transverse cross-sectional step)을 가지는 스트립을 형성하고 스트립의 각각의 회선이 상기 스트립의 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하도록 상기 코어에 상기 스트립을 감는 단계를 포함한다.
관상체의 연속 생산에 적합한 방법에서, 코어 재료는 금속 스트립으로부터 롤(roll) 성형하고 금속관을 형성하도록 대면하는 모서리들을 따라서 상기 스트립을 이음매(seam) 용접함으로써 형성될 수 있다.
바람직하게는 상기 방법은 인덴트와 디텐트를 상기 스트립에 형성하고 상기 인덴트 또는 디텐트가 인접한 상기 스트립의 또 다른 부분의 대응하는 인덴트 또는 디텐트와 결합하도록 상기 코어에 상기 스트립을 감는 단계를 포함할 수 있다. 상기 코어에 상기 스트립을 어느 정도 죄이기 위하여 다른 모서리보다 긴 하나의 모서리를 가지는 스트립이 형성될 수 있으며 한 층 더 높은 수준의 기계적 상호 연결을 제공하기 위하여 내측 코어와 외측 케이싱과의 사이에 접착제 층을 가하는 추가적인 단계가 행해질 수 있다. 기계적 상호 연결의 정도는 외측 케이싱을 형성하는 스트립의 겹치는 부분들 사이의 접착제 층을 가하는 추가적인 단계에 의하여 강화될 수 있다. 상기 방법은 스트립이 상기 스트립의 연속적인 층으로 겹쳐서 감기기 전에 스트립에 가해지는 접착제 스트립의 형태로 접착제를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 방법은 상기 코어에 상기 스트립이 감기기 전에 접착제를 스트립에 가하는 단계를 포함할 수 있으며 외측 케이싱의 외측에 방식 피복(anti-corrosion coating)을 가하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 바람직하게는, 방식 피복은 상기 관상체에 나선형으로 감긴 플라스틱 재료의 형태로 제공될 수 있다.
관형 부재의 자긴 가공을 위하여, 바람직하게는 상기 방법은 완성된 관상체에 코어 재료의 탄성 변형과 외측 케이싱의 소성 변형을 일으키기에 충분한 내압을 가하는 단계를 포함한다.
사전에 준비된 파이프라인의 형태로 내측 코어를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 완성된 관상체의 단부 또는 각각의 단부에 단부 연결기를 제공하여 상기 관상체를 또 다른 단부 연결기 또는 구조물에 연결하도록 하는 단계를 포함할 수 있으며 상기 단부 연결기는 이 후 내측 코어에 용접될 수 있는 고리(ring)를 수용하기 위한 오목부가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면,
단부 연결기가 연결되는 대응하는 파이프의 디텐트에 대응하는 나선형으로 연장하는 적어도 하나의 홈을 구비한 보어(bore)를 가지는 몸체(body)를 포함하는 단부 연결기가 제공된다. 바람직하게는, 단부 연결기는 상기 연결기를 또 다른 물체에 연결하기 위한 플랜지를 포함한다. 조립의 편의를 위해서 단부 연결기의 보어는 테이퍼가 형성될 수 있으며 단부 연결기가 연결되는 대응하는 파이프에 단부 연결기를 결합하는 데 사용되는 접착제를 수용하기 위하여 그 외측 표면과 내측 보어 사이에서 연통하는 하나 이상의 구멍이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 단부 연결기는 코어 재료와 조화되고 코어에 연결되는 재료의 고리를 수용하기 위하여 상기 보어의 단부에 오목부를 포함한다. 조립될 때 단부 연결기와 파이프는 여기에서 기술되는 구조물 중 어느 하나와 같은 구조물 또는 파이프로 사용될 수 있는 관상체 조립체를 형성한다.
상기한 형태를 당연히 변경할 수 있으며 구체적으로 스트립이 스트립에서 단(step)을 수용하도록 형성된 홈이 파여진 모서리(chamfered edge)를 포함하는 배열을 채택할 수 있으며 인덴트와 디텐트는 평평한 상호 대면하는 접촉 표면을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 인덴트는 상호 대면하는 경사진 표면을 포함할 수 있으며 디텐트는 상기 인덴트의 상기 대면하는 표면들과 결합하기 위한 대응하는 표면들을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 상호 대면하는 표면들은 톱니를 형성한다. 선택적으로 상기 상호 대면하는 표면들은 관형 부재의 길이 방향 축에 수직일 수 있다.
여기에서 기술되고 청구되는 스틸 스트립 박판(steel strip laminate)(SSL) 기술은 에너지 산업에 부식 환경에서 작동하는 해안 가스 및 오일의 운송 라인과 근해의 플로우 라인에 적합한 저가의 파이프라인 시공에 관한 잠재적인 새로운 방법을 제공한다. 압력 파열 시험(pressure burst test)은 160 mm 직경의 헬리파이프(HelipipeTM:상표명)가 1 mm 두께의 316L 스테인리스 스틸 라이너와 X200 파이프 사양을 충족하고 초과하기에 충분한 235 Barg에서 파열된 자체 겹침 배열로 쌓인 0.5 mm 마르틴자이트(Martinsite)의 두 개 층의 외측 보강 층을 포함한다는 것을 입증하였다. 하웰(Harwell)의 에이이에이 기술(AEA Technology)에 의해 수행된 복합 파이프의 상세 유한 요소 해석은 상기 파열 시험 결과가 이론적 파열 압력의 2 % 내에 있다는 것을 증명하였고 헬리파이프(Helipipe)가 등가의 X65 스틸 파이프 중량의 3분의 1이 될 것이며 3 배 더 유연할 것이라고 예상하였다. 할리버톤 서브시 7(Halliburton Subsea 7)과 진보된 공학 기술 해법(Advanced Engineering Solutions)에 의해 수행된 경제성 고찰은 헬리파이프가 종래의 X65 스틸 파이프라인보다 평균 40 % 저렴하다고 예상하였다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 단지 예시로서 설명한다.
도 1은 부분적으로 절단되고 부분적으로 단면으로 도시된 관형 부재의 개략적인 길이 방향 도면.
도 2는 부분적으로 절단되고 부분적으로 단면으로 도시된 상기 관형 부재의 선택적인 외측 케이싱의 개략적인 길이 방향 도면.
도 3은 외측 케이싱이 도 2에 도시되어 있는 관형 부재와 함께 사용되기 위한 연결기의 부분적 단면의 측방향 입면도.
도 4는 관형 부재의 응력 변형률 그래프.
도 5는 압력 처리 사이클 중의 관형 부재의 응력 변형률 그래프.
도 6은 본 발명에 따라서 관상체 재료로 포함되기에 적합할 수 있는 다수의 다른 선택적인 재료들의 응력 변형률 그래프.
도 7 내지 도 9는 현재 제시된 파이프 배열의 기계적으로 연동된 배열의 선택적 형태의 횡단면도.
도 10과 도 11은 연동 배열을 도해하는 외측 케이싱의 횡단면도.
도 12와 도 13은 외측 케이싱의 선택적인 배열 부분의 횡단면도.
도 1을 참고하면, 압력 하에서 천연 가스 또는 석유 제품을 수송하는 파이프라인과 같은 파이프워크 시스템에 사용되기 위한 파이프를 형성하는 도면 부호 10으로 전반적으로 표시된 관상체는 다수의 성형 공정 중 하나에 의해 형성될 수 있는 내측 파이프(12)의 형태로 내측 코어를 포함한다. 바람직한 공정에서 상기 관(10)은 롤 성형되고 대면하는 표면들을 따라 용접되어 상기 관을 형성하는 금속관을 포함한다. 선택적으로, 상기 관은 금속 또는 플라스틱 재료로 완성된 관으로서 인발될 수 있다. 금속으로 제공될 때 단지 두 개의 적절한 재료를 말하자면 스테인리스 스틸, 합금 또는 티타늄과 같은 내식성 재료의 형태로 그것을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 전반적으로 도면 부호 14로 표시되는 외측 케이싱은 상기 파이프(12)의 외측 표면(12a)에 자체 겹침 방식으로 영국 특허 제2,280,889호와 미국 특허 제5,837,083호의 명세서 기재 내용에서 맨드럴의 파이프 형성에 대해서 상 세히 기술되어 있는 방식으로 재료의 스트립(16)을 나선형으로 감음으로써 내측 금속 파이프(12)에 형성된다. 본 배열에서 관상체(10)는 필요하다면 상기한 기술 또는 다른 적절한 대안에 의해서 연속적으로 형성될 수 있다. 상기 스트립(16)은 각각이 바람직하게는 상기 스트립(16)의 두께에 대응하는 깊이를 가지는 하나 이상의 횡단면의 단(transverse cross-sectional step)(18, 20)을 구비한다. 바람직하게는, 상기 단(18, 20)은 스트립(16) 내에 사전 성형되며, 각각이 스트립(16)의 한 단부로부터 다른 단부로 연장하여서 스트립의 각각의 회선이 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하는 겹치는 중심 없는 와인딩 작업(over-lapping centreless winding operation)을 용이하게 한다. 스트립이 플라스틱, 복합 재료 또는 순수 금속(indeed metal)과 같은 다수의 재료 중의 어느 하나를 포함할 수 있는 한 편, 이 후 기술하는 것처럼 금속의 일반적으로 높은 강도 성능과 성형 및 연결의 용이성의 관점에서 금속이 특히 적절하다는 것이 밝혀졌다. 적절한 금속의 예에는 스틸, 스테인리스 스틸, 티타늄 및 알루미늄이 포함되며, 그 중 일부는 그들의 방식(anti-corrosion) 성능 때문에 특히 적합하다. 개개 재료에 대해서는 시험 예로서 이 후 설명한다. 상기 스트립(16)의 내부 표면(16i)과 상기 파이프(12)의 외측 표면은 상기 스트립의 겹치는 부분들(16a)과 같은 구조적 접착제에 의하여 함께 결합될 수 있다. 접착제의 사용은 관형 부재(10)의 모든 개개 요소들이 비슷한 비율로 변형되도록 하는 것에 도움이 된다.
또 다른 장점은 금속 스트립에 보호 프라이머를 사용하는 것으로부터 달성될 수 있다. 예를 들어 마르틴자이트(Martinsite)는 고강도와 저탄소 임에도, 여전히 연강이며 부식된다. 하나의 적절한 프라이머는 BR127이며, 미국 메릴랜드 21078, 하버 드 그레이스 레볼류션 스트리트 1300에 소재하는 시렉 엔지니어링(Cyrec Engineering)으로부터 입수할 수 있으며 완전한 데이터 시트를 구할 수 있다. 이 프라이머는 다양한 접착제와 조화되며, 검증된 내식 특성을 가지고 있으며 또한 결합 접착성 프로모터(bonding adhesion promoter)이다. 이 프라이머의 병합은, 이 후 기술하는 비피(BP) 사의 커브(CURVETM:상표명) 재료(CyCURV)의 외측 보호 랩(wrap)과 함께 본 발명에 용이하게 적용될 수 있는 실현 가능한, 고성능 보호 시스템을 제공한다. 커브(CURVETM:상표명)의 적용은 매우 바람직하다면 접착 결합(adhesive bonding)에 의할 수 있으나 이 재료가 원하는 곡률 반경을 가지도록 사전 성형될 수 있기 때문에 접착제가 필요하지 않을 수 있다.
종래의 파이프라인 보호 시스템[특히 3층 복합 결합 에폭시(3 layer Fusion Bonded Epoxy)]는 온도 제한과 공정이 조화되지 않기 때문에 본 파이프와 함께 사용될 수 없었다. 시텍(Cytec) 프라이머가 사용될 수 있는 중요한 특징은 이것이 평평한 마르틴자이트(Martinsite) 스트립에 적용될 수 있고 균열 또는 특성의 저하 없이도 리브 형성 공정에 저항한다는 것이다.
도 2를 참고하면, 전반적으로 도면 부호 22로 표시되는 관상체는, 사실상 선택적 외측 케이싱(24)의 외측 표면에 나선형 나사산을 형성하기 위하여 단지 하나의 단(28)을 가지나 스트립(26)의 길이 방향으로 연장하는 일 측의 디텐트(30a)와 또 다른 측의 인덴트(30b)를 형성하는 돌출부(30)와 함께 사전 성형되는 스틸 스트 립(26)으로부터 상기한 것과 같이 형성된 선택적 외측 케이싱(24)을 구비한다. 임의의 제2 층의 인덴트(30b)가 상기 스트립(26)의 이전에 적층된 부분의 디텐트(30b)와 협동함으로써 상기 층을 서로에 대해서 상대적으로 위치 설정을 하고 후술할 방식으로 상기 관형 구조물(12)에 맞추어진 플랜지를 위해서 위치 설정 특징부로 사용될 수 있는 상기 외부 나선형 나사산을 형성하도록 스트립이 겹치도록 감겨진다는 사실을 제외하고 상기의 선택적 형태의 케이싱이 상기와 동일한 방식으로 코어(12)에 감길 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 배열들 양쪽 모두에서 스트립(16 또는 26)은 바람직하게는 코어(12)에 감자마자 어느 정도의 죄임으로 스트립이 코어에 고정되도록 도와주고 정확한 겹침을 용이하게 하는 곡선부를 상기 스트립에 제공하도록 다른 하나의 모서리(16b, 26b)보다 긴 하나의 모서리(16a, 26a)를 가질 수 있다. 또한, 상기한 접착제는 상기 코어(12)에 상기 스트립(16, 26)을 감기 전에 또는 감는 동안에 코어(12) 또는 스트립(16, 26)에 사용된 접착제 스트립의 형태를 취할 수 있다. 상기 접착제는 예를 들어 경화성 중합체를 포함할 수 있고 바람직하게는 접착제를 용이하게 도포하고 일단 그것이 적층된 후에는 그 경화가 용이해지도록, 섬유 라이너(textile liner)를 구비하는 싱글 파트 필름 베이스드 에폭시(single part film based epoxy)를 포함한다. 바람직하다면 접착제는 제공될 수 있는 특성으로 두 가지 예만 언급한다면 항균(anti-bacterial) 성능 또는 방사능 저항성(radiation resistant)의 특성이 제공될 수 있다. 아래에서 나열된 예들은 접착제로 시텍(Cytec) FM 8210-1을 사용한다. 이 접착제는 2분 내에 경화되기 위하여 접착제 특성에 유해한 영향을 미칠 수 있는 250 ℃의 온도를 필요로 하는 일부 다른 접착제와는 완전히 대조적으로 180 ℃에서 단지 2 분 안에 경화될 수 있다. 모든 제조 단계에서의 품질 통제의 문제점을 제거하기 위하여 마르틴자이트 스트립을 세척/슛 블라스트(shoot blast)/기계적 또는 화학적 에칭, 그리스(grease) 제거, 작업 준비(prime)를 하고 공장 조건에서 접착제로 사전 코팅을 하며 제조 준비된 제품의 롤(roll)로 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 접착제의 다른 형태들이 사용될 수 있으며 그 접착제의 선택과 적합성은 최종 제품의 용처에 따라 다르다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 운송을 위해서 파이프를 드럼에 말아 감을 필요가 있다면 높은 유연성의 접착제를 공급하고 또는 파이프가 고압 파이프라인 및 지지 암과 같은 변형률이 큰 곳에 사용될 때에는 초고강도 및 강성 접착제를 공급하는 것이 바람직할 수 있다.
복합 파이프의 다른 디자인에서, 단부 연결기가 시스템의 '아킬레스 건(Achilles Heel)'임이 입증 되었다. 이 문제점을 극복하기 위하여, 현재 제안된 단부 연결기는 파이프의 나선형 돌출부를 앵커로 사용하여 무제한 압력 시험(unrestrained pressure test) 중의 파이프와 연결기 사이의 전단 응력에 저항한다. 연결기는 파이프의 나선형 돌출부의 기울기와 조화되도록 가공된 내부 보어와 함께 스탠더드 BS1560 클래스 600 플랜지 주위에 기초를 두고 있다. 연결기는 나선형 돌출부에 스크류 연결되며 연결기와 파이프 사이의 간격은 영국 덕스포드의 헌츠맨 어드밴스트 머티리얼스(Huntsman Advanced materials)로부터 입수 할 수 있고 완전한 시방서를 구할 수 있는 이분 콜드 셋 구조적 접착제(2-part cold set structural adhesive)인 아랄다이트(AralditeTM:상표명)으로 채워진다. 이 접착제의 스틸 또는 스테인리스 스틸에 사용될 때의 평균 랩 강도(lap strength)는 실온 또는 40 ℃까지로 경화될 때 20 에서 25 N/mm2이다. 접착제가 환상의 틈으로 주입되도록 120 °간격으로 떨어져 있는 3개의 6 mm 구멍이 플랜지의 후방의 테이퍼가 형성된 단면을 관통하여 반경 방향으로 뚫려 있다. 연결기의 보어는 보어 내에서 응력 분포가 더욱 균등해지도록 1.5°로 테이퍼가 형성되어 있다. 한 발의 헬리파이프(Helipipe)는 316L 스테인리스 스틸 반 경질 라이너(316L stainless steel semi hard liner)를 사용하여 조립되었으며 마르틴사이트(MartinsiteTM:상표명) 와인딩을 프라임 처리하고 파이프의 양 단부에 시텍 FM 8210-1 필름 접착제(Cytec FM 8210-1 film adhesive)를 사용하여 접착되게 필름 코팅을 하였다. 이 접착제는 미국 캘리포니아 애너하임의 시텍 엔지니어링 머티리얼스(Cytec Engineering materials)로부터 입수 할 수 있으며, 이로부터 완전한 기술 시방서를 구할 수 있다. 이 접착제는 높은 전단 강도와 변형률 특성(75 °F에서 5400 psi의 랩 전단 응력(lap sheer stress))을 가진다. 와인딩의 단부는 에폭시 접착제가 라이너 버트 용접(liner butt-welding) 공정 중에 가스를 발생시키지 않도록 15 mm 만큼 뒤로 절단되었다. 그 다음에 단부 연결기는 파이프에 스크류 연결되고 상기 연결기 내의 스테인리스 스틸 인서트로 라이너 버트 용접 된다. 상기 연결기의 조립체가 도 3에 도시 되어 있다.
접착제의 흐름을 완화하기 위하여, 각각의 연결기는 상기 이분 콜드 셋 에폭 시 접착제를 연결기와 파이프와의 사이의 환상의 틈으로 주입하기 전에 40 ℃로 가열하였다. 환상의 틈을 채우는 것을 확실히 제어하기 위하여, 3 개의 포트가 수동 카트리지 건을 사용하여 상기 접착제를 주입하는데 사용되었다. 이러한 방식으로 상기 접착제를 평평하게 하여서 상기 에폭시 내에 기포가 걸리는 것(entrapment)을 회피하였다. 상기 접착제가 포팅 챔버(potting chamber)를 채웠을 때 에폭시는 30 분 동안 70 내지 80 ℃에서 경화되었다. 그 다음에 파이프를 회전 시켜서 동일한 방식으로 타단부를 가공하였다.
부식성 제품의 운송을 위하여 연속적인 보호 장벽을 제공하기 위하여, 파이프의 스테인리스 스틸 라이너는 도 3에 도시된 것과 같이 연결기의 보어에 제공된 스테인리스 스틸의 플랜지 또는 고리에 버트 용접되었다. 주변의 클로져 용접(circumferential closure weld)은 그것이 파이프의 보어 내에 위치하기 때문에 수행하기에 어려운 용접이었다.
구체적으로 도 3을 참고하면, 관상체(10) 또는 관상체(22) 중의 하나, 구체적으로 관상체(22)에 사용되는 도면 부호 32로 전반적으로 표시되는 연결기는 내부에 보어(36)를 가지고 있는 몸체(34)로 구성되어 있으며 보어의 내부 표면(36i)은 관상체(22)의 외측 케이싱(24)의 외부 표면에 형성된 디텐트(30a)에 대응하는 나선형으로 연장하는 홈(36g)이 구비되어 있다. 연결기(32)는 외측 케이싱(24)의 외부 표면의 디텐트에 스크류 연결되며 또한 연결기(32)의 외측에 구비된 하나 이상의 구멍(36h)을 관통하여 주입된 구조적 접착제에 의하여 디텐트에 고정된다. 관상체(22)와 떨어져 있는 상기 몸체(34)의 단부는 연결기(32)를 종래의 다른 파이프워 크 핏팅(도시되지 않음)에 고정하기 위한 플랜지(38)를 가지고 있거나 종래의 다른 파이프워크에 연결하기 위한 용접 준비된 단부 부분(도시 되지 않음)을 가지고 있다.
바람직하게는 관상체(22)가 삽입되는 보어(36)의 단부는 관상체의 사용 중 또는 관상체을 구부리는 동안에 내압 하에서 관상체(22)에 국부 응력이 발생하는 것을 피하기 위하여 테이퍼(T)로 형성된다. 플랜지(38)에 인접한 보어(36)의 단부는 코어(12)를 형성하기 위하여 선택된 재료와 조화되는 재료의 고리(40)가 삽입될 수 있고 적절한 연결 기술에 의하여 이에 연결될 수 있는 오목부(36r)를 가지고 있다. 상기 관상체가 부식성 제품의 운송에 사용될 필요가 있을 때 코어(12)와 고리(40) 모두 스테인리스 스틸로 만들어지고 임의의 종래 용접 기술에 의해서 서로 용접될 수 있어서 연결에 적합한 관상체의 단부를 형성한다. 관형 부재의 다른 길이 부분에서 동종의 플랜지와 협동하고 플랜지에 구비된 구멍(42)을 관통하여 제공되는 볼트(도시 되지 않음)에 의하여 그곳에 고정되는 플랜지(38)에 의해서 연결할 수 있다.
바람직하다면 한 층의 커브(CURVETM:상표명)의 형태로 또 다른 보호 코팅이 파이프의 외측 주위에 감싼 한 층의 재료로 구비될 수 있다. 커브(Curve)는 영국 리즈(Leeds) 대학의 이안 워드(Ian Ward) 교수에 의해 발명되고 비피(BP)사에 의해 개발되었으며 현재 독일 그로네아우(Groneau)의 프로펙스(PROPEX)로부터 입수할 수 있는 경량, 고강도 폴리프로필렌 재료이다. 상기 제품은 매트로 짜 넣어진 다음에 고인장 재료의 코어를 유지하는 한 편 각 섬유의 외측부가 녹아서 인접한 부분과 결합하도록 압력 하에서 가열된 폴리프로필렌의 다수의 고인장 섬유를 포함한다. 다른 형태의 보호 코팅이 사용될 수 있으며 본 발명은 커브(CURVETM:상표명)의 사용으로 제한되지 않는 것으로 고려되어야 한다. 커브(CURVETM:상표명)이 사용될 때 커브(CURVETM:상표명)은 긴 스트립으로 제공될 수 있으며 관상체(10)의 외측부에 겹치거나 또는 맞대도록 감길 수 있다. 바람직하다면 커브(CURVETM:상표명)은 상기한 시텍(Cytec) 접착제와 같은 다른 적합한 접착제에 의하여 접착되도록 관상체에 결합될 수 있다.
"자긴 가공(auto-frettage)"으로 알려진 기술과 그것을 어떻게 본 발명에 적용하는지는 도 4와 도 5를 참고하여 기술하며, 내측 코어(12)는 외측 케이싱(14, 24)을 형성하는 스트립(16, 26)이 형성되는 "마르틴자이트(Martensite)"TM보다 신장 특성이 우수하고 낮은 항복 강도를 가지는 스테인리스 스틸로 형성된다. 선택된 재료의 전형적인 응력/변형률 그래프가 도 4에 도시되었다.
도 5는 "자긴 가공(auto-frettage)" 공정 동안에 두 개의 재료의 응력/변형률 그래프를 나타낸다. 두 재료 모두 동일한 영 하중(지점 1)에서 출발하고 상기한 복합 관상체가 내측 파이프(12)의 항복 변형률(지점 2) 위에 있으나 외측 케이싱(16, 26)의 항복 변형률 아래에 있는 사전에 정해진 "셰이크다운" 압력 한계로 내압 하중을 받을 때 내측 파이프(12)는 항복 및 소성 변형(지점 3, 4)을 경험하는 반면에 외측 케이싱(16, 26)은 대응하는 지점(3*, 4*)에서 응력 하중에 도달할 때 그 탄성 한계에 남아 있다. 관상체에서 하중을 제거할 때, 내측 코어(12)는 영 하중 하에서 압축 응력 상태(지점 5)로 복귀하는 한 편 외측 케이싱(16, 26)은 그 항복 응력에서 상당히 내려온 인장 응력 상태(지점 5*)에 남아 있다. 이어서 관상체에 작업 압력으로 재하중을 가할 때(지점 6 및 6*까지) 외측 케이싱(16, 26)과 내측 코어(12) 모두 선형으로 거동하며 어떠한 추가 하중 사이클링도 탄성 한계 내에 있을 것이며 내측 파이프(12)는 감소된 인장 응력 레벨에서 작동할 것이다. 내측 파이프(12)의 작동 인장 응력의 이러한 감소는 "자긴 가공(auto-frettage)"으로 불리며 응력 부식 균열 발생의 위험의 감소를 가져올 것이다. 바람직한 압력 하중 시퀀스의 응력 변형률 그래프가 도 5에 도시되고 있으며 초기의 영 응력 조건으로 지점 1에서 시작한다. 내측 파이프에 효과적으로 압축 예하중(preload)이 가해짐에 따라 내측 파이프가 정상 작동 시에 내부 압력을 받을 수 있고, 이것은 정상 조건에서 소성 변형을 일으키면서도 그 재료의 항복점 아래에서 유지될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 여기에서 기술되는 발명을 사용하는 경우 항상 "자긴 가공" 단계를 거칠 필요는 없다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 단지 아주 긴 길이의 과도한 내압을 받지 않는 파이프를 생산할 필요가 있다면 단지 내측 코어(12)를 형성하고 그 주위에 외측 케이싱(16, 26)을 감싸는 연속 공정에 의해서 파이프를 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 기계적 결합의 선택적 형태들을 도시하고 있다. 도 7에서 는 스트립(16)의 한 모서리에 구비되어 있는 길이 방향으로 연장하는 홈(50)과 그 홈으로 작동 시에 상기 스트립이 코어(12)에 놓여지면서 주입되는 스트립의 타측에 형성된 대응하는 돌출부(52)에 의해 결합되고 있다. 도 8의 배열에서는, 작동 시에 스트립이 코어(12)에 사용되자마자 단이 서로 결합되도록 단순 단(54)이 스트립의 각 모서리에 구비되어 있다. 도 9는 스트립(16)의 각각의 회선이 코어(12)에 놓여질 때 겹치는 부분을 제공하도록 단지 스트립(16)의 모서리는 도면 부호 56에서 챔퍼(chamfer)가 형성되어 있는 더욱 단순한 배열을 나타내고 있다. 이러한 각각의 기계적 결합은 당업자에게 충분히 이해될 수 있는 바와 같이 스트립의 모서리들 사이에서 연동(interlock)을 제공하며 연결부를 강화하는 것을 도와준다.
외측 케이싱에서 강화된 축 방향 위치 설정과 구속력을 제공하기 위하여 도 10, 도 11에 도시된 것과 같은 상호 결합 부재(inter-engaging member)의 형태로 축 방향 로크(lock)를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 도 10을 참고하면, 제1 형태의 로크는 스트립(16)의 한 모서리에 형성되고 스트립의 상기 모서리를 따라 연장하는 채널(60)과 스트립(16)의 반대편 모서리의 겹치는 부분에 구비된 길이 방향으로 연장하는 대응하는 돌출부(62)를 함께 포함한다. 작동 시에, 돌출부(62)는 스트립(16)이 내측 케이싱(12)에 감겨질 때 채널 안으로 놓여지고 관형 구조물에 놓여 질 수 있는 어떠한 축 하중에도 저항하도록 채널과 연동한다. 톱니 디자인이 사용된 선택적인 배열이 도 11에 도시되어 있다. 톱니(66a, 66b)는 스트립이 내측 케이싱(12)에 놓여질 때 대면하는 모서리들이 서로 협동하도록 스트립(16)의 각 측의 대면하는 모서리들에서 길이 방향으로 연장하는 특징부로서 구비된다. 작동 시에, 상기 톱니의 대면하는 표면들(68a, 68b)은 관형 부재(10)에 가해질 수 있는 어떠한 축 하중에도 저항하기 위하여 서로 결합한다. 후자의 경우에 응력 집중이 훨씬 낮아진다.
외측 케이싱의 하중 전달 용량을 훨씬 더 개선시키는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우에 도 12, 도 13에 도시된 디자인이 사용될 수 있다. 도 12에서 외측 케이싱을 형성하는 스트립(16)의 모서리들은 작동 시에 상기 모서리들이 상기의 도 1을 참고하여서 자세히 설명한 상기 단(20) 상에 훨씬 긴밀하게 맞추어지도록 도면 부호 70a, 70b에 테이퍼가 형성되거나 챔퍼가 형성된다. 이러한 디자인 수정은 이와 달리 점선으로 표시한 것처럼 스트립의 단부가 절벽과 같다면 단지 일개 층의 두께일 수 있는 겹치는 구역에서의 케이싱의 두께를 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 이러한 방식으로 두께를 증가시킴으로써 상기 구역의 하중 용량을 증가시키는 것이 가능하다. 도 13은 도 2에 도시된 곡선 표면과 달리 조화되게 경사지거나 기울어진 표면을 가지는 스트립으로 외측 케이싱(16)이 형성된 또 다른 수정을 보여준다. 본질적으로, 스트립을 따라 구비되는 길이 방향으로 연장하는 인덴트(72)는 인접하는 회선의 스트립의 대면하는 표면들에 구비된 길이 방향으로 연장하는 디텐트(74)를 수용한다. 인덴트와 디텐트의 경사 표면들(76, 78)은 서로 대면하고 관형 부재가 축 하중을 받을 때 서로 결합한다. 상기 표면들(76)은 상호 대면하는 반면에 표면들(78)은 서로 어긋나게 향한다. 경사면들 사이의 접촉은 도 2의 실시예보다 하중 분포가 더 균일하도록 한다. 모든 보이드의 공간을 채우고 반경 방향의 축 하중을 받을 때 내측 케이싱의 모든 불리한 신장(stretch)을 억제하도록 재료 스트 립이 와인딩의 내측부의 인덴트(72)와 내측 케이싱(12)과의 사이에 삽입될 수 있다. 바람직하게는, 이 스트립은 케이싱의 하중 전달 용량에 도움이 되도록 마르틴자이트일 수 있다.
본 발명에 따라서 파이프(10)를 제조하기 위하여 일단 내측 라이너(12)를 형성하고 나서 상기 라이너(12)에 외측 케이싱을 감아야 한다. 실제로, 내측 라이너는 금속 또는 플라스틱 압출 또는 연속 와인딩(continuous winding)과 같은 다수의 기술 중 한 기술로 형성될 수 있으나 길이 방향 축 주위에 긴 금속 스트립을 말아 감은 다음에 연속적인 방식으로 대면하는 표면들을 이음매 용접하여서 라이너를 형성하는 것이 특히 적합하다는 알려져 왔다. 일단 내측 라이너(12)가 형성되면 스트립(14)의 각각의 회선이 스트립의 이전 회선과 기계적으로 결합하도록 라이너(12) 주위에 재료의 스트립(14)을 감싸서 외측 케이싱을 형성할 수 있다. 기계적 결합은 다수의 상이한 형태 중의 하나를 취할 수 있으며, 그 중 일부가 첨부한 도면에 도해되어 있다. 도 1을 간단히 참고하면, 기계적 결합의 바람직한 일 형태는, 다음 회선의 스트립의 겹치는 부분의 위치를 설정하는 역할을 하는 스트립(14)의 단(2)을 제공하도록 코어(12)에 놓이기 전에 길이 방향 축을 따라 스트립(14)을 변형시켜서 달성되는 자체 겹침 배열(self over-lapping arrangement)을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 배열의 강도는 자체 겹침 부분의 층들 사이와, 바람직하다면 내측 라이너(12)와 외측부(14) 사이에서 접착제를 사용함으로써 강화될 수 있다. 접착제의 대안으로는 기계적 상호 결합 또는 나노 기술 표면 수정(nano-technology surface modification)과 같은 것이 사용될 수 있으며, 이것은 대면하 는 표면들을 서로 끌어당기고 일단 상기 표면들이 적절하게 결합된 이후에는 상기 표면들을 제 위치에 유지하는 것을 목적으로 한다. 상기한 선택적인 기계적 연동 배열들이 도 7 내지 도 9에 도시되었다. 상기한 기계적 결합의 대안 또는 추가하는 것으로서 도 2를 참고하여 상술한 일 측에 디텐트(30a)와 타 측에 인덴트(30b)를 형성하는 길이 방향으로 연장하는 돌출부(30)를 형성할 수 있다. 이 돌출부는 인덴트(30b)가 디텐트(30a)의 선행 부분에 적합하도록, 스트립이 내측 코어(12)의 외측 표면에 말아 감기기 전에, 적절하게 형성된 한 쌍의 핀치 롤러(도시 되지 않음) 사이에 스트립(14)을 통과시켜서 형성될 수 있다. 이러한 기계적 결합은 그 자체로 또는 기술되는 하나 이상의 기계적 결합과 함께 사용될 수 있다. 상기 배열의 각각은 겹치는 외측 층(14)의 접촉 표면들에 그리고/또는 내측 라이너(12)와 외측 스트립(14)과의 사이에 상기 형태의 접착제를 사용하는 단에 의하여 강화될 수 있다.
고유한 빌드 시험편(original build specimen)은 아래의 표 1의 첫 번째 열에 열거되어 있으며 라이너의 항복 강도는 마르틴자이트의 항복 강도(1350 MPa)와 조화되도록 가능한 크게 선택되었다. 따라서 862 MPa의 극한 인장 응력(UTS)을 가지는 중냉간 가공 316L 스테인리스 스틸(heavily cold worked 316L stainless steel)이 선택되었다. 이 시험편은 시험 압력이 110 Barg에 도달하기 전까지 파열하지 않는 반면에, 이 압력은 예상할 수 있었던 것보다 다소 낮은 것으로 판단되었다. 조사 후에 이 재료의 단점은 용접 열 영향 구역(weld heat affected zone)(HAZ)이 제한된 변형률 성능을 가지며 마르틴자이트의 변형률을 따라가지 못한다는 점이라는 것이 밝혀졌고 이 문제는 용접된 때에도 그것이 놓이는 아래의 변 형률을 수용할 수 있도록 내측 라이너의 항복 응력을 감소시킴으로써 다뤄질 수 있다고 결론지어졌다.
그 다음에 높은 변형률 용량을 가지나 306/308 MPa에서 훨씬 낮은 항복 강도를 가진 완전히 어닐링된 스테인리스 스틸을 사용하는 파이프가 재설계되었다. 그리고 이것은 235 Barg의 압력에 이르기 전에는 파열하지 않았다. 라이너와 보강 와인딩(reinforcing winding)과의 사이의 항복 강도의 이러한 부조화는 복합 조립체로부터 최대 작업 압력을 얻기 위하여 파이프가 자긴 가공 원리를 완전히 병합하도록 한다. 고유한 빌드 사양과 수정된 빌드 사양이 0.2 % 내력(proof stress)이 대체적으로 항복 응력과 동일한 다음 표에 나타나 있다.
<표 1 시험편 빌드 상세>
특성 고유 빌드 시험편 수정된 빌드 시험편
보강 와인딩 재료 마르틴자이트 220 마르틴자이트 220
와인딩 스트립 두께 0.5 mm 0.5 mm
항복 응력 1350 MPa 1350 MPa
UTS 1550 MPa 1550 MPa
연신율 % 4.5 % 4.5 %
라이너 재료 반경질 냉간 가공 316L 스테인리스 스틸 완전히 어닐링된 316L 스테인리스 스틸
라이너 두께 0.77 mm 1.00 mm
0.2 내력 747 / 771 MPa 306 / 308 MPa
UTS 862 / 872 MPa 604 / 605 MPa
연신율 % 모재 17 %/ 18 % 45 %
비커스 경도수 VHN 295 160
접착 프라이머 (Adhesive primer) 솔벤트계 시텍 BR127(Solvent based Cytec BR 127) 솔벤트계 시텍 BR127(Solvent based Cytec BR 127)
접착제 섬유 운반체를 구비한 싱글 파트 필름 베이스드 에폭시 시텍(Cytec) FM 8210-1 섬유 운반체를 구비한 싱글 파트 필름 베이스드 에폭시 시텍(Cytec) FM 8210-1
빌드 사양 라이너 벽 = 0.75 mm 2 층 마르틴자이트 = 1.0 mm 2 층 접착제 = 0.34 mm 벽 두께= 2.09 mm 라이너 벽 = 1.00 mm 2 층 마르틴자이트 = 1.0 mm 2 층 접착제 = 0.34 mm 벽 두께= 2.34 mm
위 시험편들 각각에서 파이프의 보어는 160 mm 이었다.
코어와 외측 케이싱을 위하여 다수의 상이한 재료를 사용할 수 있다는 것을 알 수 있는 한편, 위 시험을 수행하여서 280 MPa의 항복 응력을 가진 완전히 어닐링된 36L 스테인리스 스틸의 코어와 1350 MPa의 항복 응력을 가진 외측 케이싱(16, 26)을 보강하는 고강도 마르틴자이트(MartinsiteTM:상표명)을 조합하면 우수한 결과를 나타낸다는 것을 밝혀냈다. 아래의 표는 상기의 바람직한 샘플에 사용된 자긴 가공 압력의 상세를 제공한다.
< 자긴 가공을 병합하는 헬리파이프(HELIPIPE) 압력 시험용 설계 계산 >
작업 압력 (bar) 셰이크타운 압력 (bar) 셰이크다운 이후 라이너 항복 압력 셰이크다운 이후라이너 응력 범위 (MPa) 셰이크다운 이후 마르틴자이트 응력 범위 (MPa)
94 140 141 -205/138 186/586
94 bar의 작업 압력과 140 bar의 셰이크다운 압력을 받으며 작동하면, 316L 라이너의 응력 범위가 205 MPa 항복 응력으로부터 138 MPa 인장 응력까지 변화할 것이라고 계산되었다. 이것은 라이너의 인장 응력을 급격히 감소시켰으며, 이는 피로와 응력 부식 균열에 대해서 이상적이다. 마르틴자이트 보강 와인딩(Martinsite reinforcing winding)은 586 MPa의 최대 응력에서 작동하며 186 MPa의 잔류 응력을 가진다. 1350 MPa의 항복시 와인딩은 2.3의 안전율(FOS)을 가질 것이다.
위의 시험 샘플은 20 ℃에서 압력 시험되었고 235.5 Barg의 압력에서 파괴되었다. 상기 압력에서 단부 연결기는 파괴 또는 비틀림의 징후를 보이지 않았다.
아래의 표는 라이너가 6 mm의 X42(항복 응력 290 MPa)이고 파이프의 직경이 900 mm인 또 다른 경우의 결과를 나타낸다. 마르틴자이트의 SF가 약 2가 되도록 파라미터들을 조정하였다.
< 표 3 헬리파이프 설계 사례(축 하중 없음)>
사례 F1 F2 G1 G1a G2
WP(Bar) 104 101 201 205 203
마르틴자이트 등급 M220 M130 M220 M220 M130
마르틴자이트 항복 응력 (MPa) 1350 923 1350 1350 923
마르틴자이트 두께 (Mm) 6.5 8.5 13.0 10.0 20.0
FOS (셰이크다운 이후) 2.2 2.1 2.2 1.8 2.2
라이너 후프 응력 범위 (세이크다운 이후 ZP에서 WP까지) (MPa) -270 +103 -180 +133 -290 +186 -290 +288 -236 +115
마르틴자이트 후프 응력 범위 (셰이크다운 이후 ZP에서 WP까지) (MPa) 249 622 127 440 134 610 174 752 71 422
위에서, ZP는 영 압력(zero pressure)이고 WP는 작업 압력(working pressure)이다.
사례 F1과 G2는 공칭 WP가 100 bar인 경우이고 마르틴자이트 등급을 가장 강한 것에서(M220) 가장 약한 것(M130)으로 변경한 효과를 보여준다. 두 개의 사례 모두 라이너는 SP(1.5×WP)에서 항복하고 WP에서 압축 상태로 되나 반복 항복(reverse yield)되지는 않는다.
사례 G1과 G2는 공칭 WP가 200 bar인 경우이고, 재차 마르틴자이트 등급의 변화가 조사되었다. 사례 G1에서 라이너는 SP에서 인장 항복하고 또한 ZP에서 압축 항복(즉, 반복항복(reverse yield))하지만, 다시 하중을 가하면 라이너 응력은 항복점 아래에 있고 따라서 소성 사이클링은 발생하지 않는다.
<표 4>
사례 F1 G1 G1a
WP(Bar) 104 201 205
마르틴자이트 등급 M220 M220 M220
마르틴자이트 항복 응력 (MPa) 1350 1350 1350
마르틴자이트 두께 (Mm) 6.5 13.0 10.0
FOS (셰이크다운 이후) 2.2 2.2 1.8
라이너 후프 응력 범위 (세이크다운 이후 ZP 에서 WP까지) (MPa) -270 +103 -290 +186 -290 +288
마르틴자이트 후프 응력 범위 (셰이크다운 이후 ZP 에서 WP까지) (MPa) 249 622 134 610 174 752
위에서 FSO는 안전율(factor of safety)이다.
<표 5(축 하중 없음)>
사례 H
OD(mm) 160
WP(Bar) 105
마르틴자이트 등급 M220
마르틴자이트 항복 응력(MPa) 1350
마르틴자이트 두께(Mm) 1
라이너 재료 316L
라이너 PS(MPa) 300
라이너 두께(mm) 1
안전율(셰이크다운 이후) 1.8
라이너 후프 응력 범위(셰이크다운 이후 ZP에서 WP까지) (MPa) -299 +100
마르틴자이트 후프 응력 범위 (셰이크다운 이후 ZP에서 WP까지) (MPa) 299 740
많은 다른 재료들이 본 발명에 따른 관상체의 제조에 사용되기 위해 선택될 수 있다는 것을 알 수 있다. 단지 예시로서, 다수의 여러 가지 재료들에 대한 응력 변형률 곡선을 나타내고 있는 도 6에 대해서 설명한다. 이 도면으로부터 6061-T651 알루미늄(M1)에 대한 응력 변형률 곡선은 그 상대적으로 낮은 항복 응력 때문에 라이너 재료로 사용되기에 적합하다는 것을 알 수 있다. 적절하게 높은 항복 응력을 가지는 케이싱 재료와 조화될 때, 구리(M2), 어닐링된 1018 스틸(M3) 및 어쩌면 반 압연 C2600 황동(half rolled C2600 brass)(M4)와 같은 추가의 재료가 또한 적절할 수 있다. 또한 냉간 압연 1018 스틸(M5)이 옵션이지만 그것의 상대적으로 높은 항복을 고려해야 한다. 재료의 조합을 결정할 때, 영 압력으로 복귀하자마자 내측 코어가 압축 응력을 받고 외측 케이싱이 인장 응력 하에 남아 있으며 내측 코어에 그 압축 응력을 제공하도록 하기 위해서 외측 케이싱이 탄성 변형률 조건 하에 남아 있는 동안에 코어가 "자긴 가공" 중에 소성 변형을 경험하도록 외측 케이싱은 내측 코어보다 강할 필요가 있다는 것을 기억해야 한다.
새로운 관상체(10)의 생산이 상술 되었음에도, 내측 파이프(12)가 현재의 파이프로 구성되는 이러한 절차는 파이프 라인의 현재의 파이프 등을 재설치하고 개선하는데 사용될 수 있으며 또한 몇 가지 예만을 들자면, 파일론(pylon), 타워, 지지 암, 드라이브 샤프트 및 바다 속 다이나믹 라이저(sub-sea dynamic riser)을 생산하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 한 형태의 구체적인 장점은 일단 한 발의 파이프가 최종 위치에 설치된 이후에 "자긴 가공" 공정이 수행될 수 있다는 사실에 존재한다. 그러한 상황에서, 도 5에 도시된 개형을 따르도록 하기 위하여 코어(12) 내부의 유체의 압력을 증가시켜서 파이프가 "자긴 가공" 공정 처리 되도록 하기만 하면 된다. 본질적으로 코어(12)는 그 탄성 한계를 넘어서 팽창하며 내압을 원하는 작업 압력으로 연달아 상승시키자마자 내측 코어(12)가 그 탄성 한계에서 상당히 아래에 남아 있고 따라서 응력 부식 균열이 발생하는 경향이 저하되도록 내측 코어는 내압의 이완과 동시에 외측 케이싱(16, 26)으로부터 압축력을 받는다.
본 성형 공정은 제품이 성형될 때 제품 직경을 증가 또는 감소시키도록 하는 방식으로 단지 회선(convolution)을 감음으로써 테이퍼가 형성된 제품을 생산하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 배열은 타워나 하중 확산 효과(load spreading effect)가 필요하거나 또는 다른 성능 또는 미적 요건을 위해서 직경을 단지 변경할 필요가 있는 그러한 다른 제품을 생산하는 데 있어서 매우 유리할 수 있다.
바람직한 파이프의 설계는 완전 탄성 고강도 마르틴자이트 와인딩에 의해서 지지되는 라이너를 포함하는 부식 저항 압력에 근거한다. 높은 내압 하에서 마르틴자이트 와인딩은 탄성적으로 유지되고 후프 응력의 대부분을 지탱한다. 라이너의 역할은 제품에 누설 없는 수송관(leak free passage)을 제공하기 위하여 마르틴자이트 와인딩의 변형률을 따르는 것이다.
제공된 모든 시험 데이타는 추가적인 이점을 얻을 수 있는 도 7 내지 도 13의 특징부를 병합하지 않은 디자인과 관련하여 제공된 것이다.

Claims (61)

  1. 내측 중공 관형 코어와 외측 케이싱을 포함하고,
    상기 외측 케이싱은 상기 내측 코어의 항복 강도 보다 높은 항복 강도를 가지는 기계적으로 상호 결합하는 나선형으로 감긴 재료로 된 하나 이상의 스트립을 구비하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  2. 내측 관형 코어와 외측 케이싱을 포함하고,
    상기 외측 케이싱은 자체적으로 겹치는 나선형으로 감긴 재료로 된 하나 이상의 스트립을 구비하며 상기 코어는 연속 성형 공정에 의해 형성된 관형 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외측 케이싱의 내측 표면은 상기 코어가 코어 재료의 소성 변형을 유발하기에 충분한 내압을 받은 후에 코어에 압축력을 가할 수 있도록 코어의 외측 표면과 연속적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 케이싱의 외측에 보호 케이싱이 구비되는 것을 특징으로 하는 관상체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립은 스트립의 각각의 회선(convolution)에서 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하는 횡단면의 단(transverse cross-sectional step)을 가지는 것을 특징으로 하는 관상체.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립은 길이 방향으로 연장하는 돌출부를 한 모서리에 가지고 스트립의 각각의 회선에서 인접한 모서리를 수용하는 길이 방향으로 연장하는 홈을 또 다른 모서리에 가지는 것을 특징으로 하는 관상체.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립은 스트립의 각각의 회선에서 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하는 챔퍼(chamfer)를 각 모서리에 가지는 것을 특징으로 하는 관상체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 케이싱은 금속인 것을 특징으로 하는 관상체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 케이싱은 스틸, 스테인리스 스틸, 티타늄 및 알루미늄으로 구성되 거나 이들을 포함하는 그룹에서 선택된 것을 특징으로 하는 관상체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스트립은 마르틴자이트(Martinsite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어 재료는 내식성 재료(corrosion resistant material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 코어 재료는 스테인리스 스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코어 재료는 316L 스테인리스 스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 롤(roll) 성형된, 이음매(seam) 용접 금속관을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 자체적으로 겹치는 나선형으로 감긴 재료로 된 하나 이상의 스트립을 가지는 것을 특징으로 하는 관상체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립은 연속적인 회선에서 서로 협동하는 인덴트(indent)와 디텐트(detent)를 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 인덴트는 스트립의 한 편에 형성된 길이 방향으로 연장하는 인덴트를 포함하며 상기 디텐트는 상기 스트립의 반대편에 길이 방향으로 연장하는 디텐트를 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립은 두 개의 모서리를 포함하며 한 모서리가 다른 하나보다 긴 것을 특징으로 하는 관상체.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관상체는 상기 내측 코어와 상기 외측 케이싱과의 사이에 접착제 층을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관상체는 상기 외측 케이싱의 겹치는 부분들 사이에서 접착제 층을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 접착제 층은 코어 또는 스트립에 사용된 접착제 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제 또는 접착제들은 경화성 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제는 섬유 운반체(textile carrier)를 구비한 싱글 파트 필름 베이스드 에폭시(single part film based epoxy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제는 시텍 FM 8210-1(Cytec FM 8210-1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관상체는 단부를 가지며 그 단부에 연결기를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 연결기는 내식성 재료로 된 고리(ring)를 포함하며,
    상기 코어는 내식성 재료를 포함하고 상기 고리와 코어는 서로 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 관상체.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 관상체는 나선형 돌출부를 포함하며 상기 연결기는 상기 나선형 돌출부와 결합하기 위한 대응하는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    파일론(pylon), 타워, 지지 암, 드라이브 샤프트 및 바다 속 다이나믹 라이저(sub-sea dynamic riser)의 항목들 중에서 선택된 하나의 구성 요소로서 구성되는 것을 특징으로 하는 관상체.
  29. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착제는 항균성 또는 방사능 저항성(radiation resistant)의 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 관상체.
  30. 제1 항복 응력을 가지는 중공 관형 코어를 제공하는 단계,
    상기 제1 항복 응력보다 높은 제2 항복 응력을 가지는 재료 스트립을 제공하는 단계, 및
    상기 스트립을 상기 코어에 기계적으로 상호 결합하도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형 코어와 외측 케이싱을 가지는 관상체 제조 방법.
  31. 코어를 형성하기 위하여 재료의 내측 스트립을 제공하는 단계,
    외측 케이싱을 형성하기 위하여 재료의 제2 스트립을 제공하는 단계,
    길이 방향 축을 따라서 상기 내측 스트립을 말고 그 대면하는 모서리들을 이음매(seam) 용접하여서 관형 코어를 형성하는 단계, 및
    상기 코어에 상기 외측 스트립을 기계적으로 상호 결합하도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형 코어 및 외측 케이싱을 구비하는 관상체 제조 방법.
  32. 코어를 형성하기 위하여 재료의 내측 스트립을 제공하는 단계,
    외측 케이싱을 형성하기 위하여 재료의 외측 스트립을 제공하는 단계,
    길이 방향 축을 따라서 상기 내측 스트립을 말고 그 대면하는 모서리들을 이음매(seam) 용접하여서 관형 코어를 형성하는 단계, 및
    상기 코어에 상기 외측 스트립을 나선형으로 겹치도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형 코어 및 외측 케이싱을 구비한 관상체의 제조 방법.
  33. 외측 케이싱을 형성하기 위하여 재료의 외측 스트립을 제공하는 단계, 및
    상기 코어에 상기 스트립을 기계적으로 상호 결합하도록 감아서 상기 코어를 둘러싸는 외측 케이싱을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체를 개선하는 방법.
  34. 제30 내지 제33항에 있어서,
    상기 내측 코어의 항복 강도보다 높은 항복 강도를 가지는 재료로 외측 스트립을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 스트립은 상기 코어와 연속적으로 또는 거의 연속적으로 접촉하도록 코어에 감기는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제30항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    횡단면의 단(transverse cross-sectional step)을 가지는 스트립을 형성하고 상기 스트립의 각각의 회선이 상기 스트립의 다음 회선의 겹치는 부분을 수용하도록 상기 코어에 상기 스트립을 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제30항, 제31항, 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 스트립으로부터 롤(roll) 성형하고 금속관을 형성하도록 대면하는 모서리들을 따라서 상기 스트립을 이음매(seam) 용접함으로써 코어 재료를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제30항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    인덴트와 디텐트를 상기 스트립에 형성하고 상기 인덴트 또는 디텐트가 인접한 상기 스트립의 또 다른 부분의 대응하는 인덴트 또는 디텐트와 결합하도록 상기 코어에 상기 스트립을 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 인덴트와 디텐트를 스트립의 한 편에서 길이 방향으로 연장하는 인덴트와 상기 스트립의 반대편에서 길이 방향으로 연장하는 디텐트로서 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제30항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    다른 모서리보다 긴 하나의 모서리를 가지는 스트립을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제30항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    접착제 층을 상기 내측 코어와 외측 케이싱과의 사이에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제30항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    외측 케이싱을 형성하는 스트립의 겹치는 부분들 사이에 접착제 층을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 스트립이 상기 스트립의 연속적인 층으로 겹쳐서 감기기 전에 스트립에 가해지는 접착제 스트립의 형태로 접착제를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어에 상기 스트립이 감기기 전에 접착제를 스트립에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제30항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    외측 케이싱의 외측에 방식 피복(anti-corrosion coating)을 가하는 추가적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 관상체에 나선형으로 감긴 플라스틱 재료의 형태로 상기 방식 피복을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제30항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    완성된 관상체에 코어 재료의 탄성 변형과 외측 케이싱의 소성 변형을 일으키기에 충분한 내압을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제30항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코어는 사전에 준비된 파이프라인의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제30항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    완성된 관상체의 단부 또는 각각의 단부에 단부 연결기를 제공하여 상기 관 상체를 또 다른 단부 연결기 또는 구조물에 연결하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 단부 연결기의 오목부 내부의 내측 코어와 조화되는 물질의 고리를 제공하고 상기 코어의 단부에서 내측 코어를 상기 고리에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 단부 연결기로서,
    단부 연결기가 연결되는 대응하는 파이프의 디텐트에 대응하는 나선형으로 연장하는 적어도 하나의 홈을 구비한 보어(bore)를 가지는 몸체(body)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단부 연결기.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 단부 연결기를 또 다른 물체에 연결하기 위한 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 단부 연결기.
  53. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    상기 보어는 테이퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단부 연결기.
  54. 제51항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    단부 연결기가 연결되는 대응하는 파이프에 단부 연결기를 결합하는 데 사용되는 접착제를 수용하기 위하여 그 외측 표면과 내측 보어 사이에서 연통하는 하나 이상의 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 단부 연결기.
  55. 제51항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    코어 재료와 조화되고 코어에 연결되는 재료의 고리를 수용하기 위하여 상기 보어의 단부에 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단부 연결기.
  56. 제51항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1항 내지 제29항 중 어느 한 항의 관상체에 연결되는 단부 연결기.
  57. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립이 스트립에서 단(step)을 수용하도록 형성된 홈이 파여진 모서리(chamfered edge)를 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  58. 제16항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덴트와 디텐트는 평평한 상호 대면하는 접촉 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상체.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 인덴트는 상호 대면하는 경사진 표면들을 포함하며 상기 디텐트는 상기 인덴트의 상기 대면하는 표면들과 결합하기 위한 대응하는 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 관상 부재.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 상호 대면하는 표면들은 톱니를 형성하는 것을 특징으로 하는 관상 부재.
  61. 제58항에 있어서,
    상기 상호 대면하는 표면들은 상기 관형 부재의 길이 방향 축에 수직인 것을 특징으로 하는 관상 부재.
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