NL8920232A - Beklede buizen. - Google Patents

Description

Beklede buizen.

Achtergrond van de uitvinding Technisch terrein:

De uitvinding heeft betrekking op beklede buizen, een werkwijze voor het vervaardigen daarvan en deze buizen bevattende buisleidingen.

Achtergrondinformatie:

Het is voorgesteld om een buis met een warmte-isolerende bekleding te verschaffen door isolerende delen van opgeschuimd polyurethaan in te Sluiten in een omhullende matrix van slijtbestendig en corrosiebestendig elastomeer zoals polychloropreen. Deze bekleding is doeltreffend voor gebruik bij buisleidingen die onderhevig zijn aan zeer lage temperaturen en in een corrosieve omgeving. Deze zijn echter in het algemeen niet geschikt bij toepassingen waar deze onderhevig zouden kunnen zijn aan hoge temperaturen en drukken. Bij toepassing in diep water bijvoorbeeld zou de schuimisolatie kwetsbaar zijn voor waterdoordringing.

Het is ook voorgesteld om een of meer lagen van ononderbroken niet geschuimde kunststoffen of rubber materiaal aan te brengen op een buis-leiding. Dit verschaft een uitstekende bescherming voor de buisleiding tegen corrosie en mechanische beschadiging, maar de warmte-isolerende eigenschappen van het niet opgeschuimde materiaal zijn aanzienlijk slechter dan die van een opgeschuimde bekleding. In zeer koude omgevingen zoals offshore in diep water, is een goede warmte-isolatie vaak essentieel.

De Europese octrooiaanvrage 0188340 beschrijft buisleidingen met een warmte-isolerende bekleding bestaande uit een ononderbroken matrix van een voor water niet doordringbaar materiaal met daarin gedispergeerd een aantal afzonderlijke holle eenheden, waarbij deze eenheden in mindere mate warmte-geleidend zijn dan het voor water ondoordringbare materiaal. Een corrosiebestendige laag kan aanwezig zijn tussen de buisleiding en de warmte-isolerende bekleding, welke laag kan bestaan uit een rubber produkt zoals polychloropreen.

Bij sommige toepassingen kan het nodig zijn dat een buisleiding fluidums transporteert bij zeer hoge temperaturen. Bijvoorbeeld olie vanaf sommige off-shore velden kunnen temperaturen bezitten van ongeveer 120°C. De bekledingsmaterialen die in de tot nu toe voorgestelde geïsoleerde buisleidingen worden gebruikt zijn niet in staat geweest om tegelijkertijd hoge temperaturen te weerstaan, bijvoorbeeld van hoger dan ongeveer 75°C» en drukken die op kenmerkende wijze aanwezig zijn bij diep-water-toepassingen.

Samenvatting van de uitvinding:

Het is nu mogelijk gebleken om een bekleding te verschaffen voor buizen met goede warmte-isolerende eigenschappen terwijl deze tegelijkertijd de hoge drukken die worden ondervonden bij offshore toepassingen in diep water en de invloeden van de materialen die door de buis worden getransporteerd bij hoge temperaturen, bijvoorbeeld van hoger dan ongeveer 75eC, kan weerstaan.

Aldus wordt volgens één aspect volgens de uitvinding een beklede buis verschaft met een eerste bekledingslaag bestaande uit een thermisch stabiel polyurethaan elastomeer en een tweede bekledingslaag bestaande uit een matrix van polyurethaan elastomeer met daarin gedispergeerd een aantal afzonderlijke holle eenheden.

Volgens een verder aspect volgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het vervaardigen van een beklede buis die bestaat uit het vormen van een eerste bekledingslaag uit thermisch stabiel polyurethaan elastomeer op een buis en vervolgens het vormen van een tweede bekledingslaag op de buis, waarbij deze tweede bekledingslaag bestaat uit een matrix van polyurethaan elastomeer met daarin gedispergeerd een aantal afzonderlijke holle eenheden.

Korte beschrijving van de tekeningen:

Fig. 1 geeft een vooraanzicht in doorsnede weer van een buis volgens de onderhavige uitvinding.

Fig. 2 geeft een gedeeltelijk zijaanzicht in doorsnede weer van de buis volgens fig. 1.

Beschrijving van voorkeursuitvoeringsvorm.

De uitdrukking "thermisch stabiel" wordt hier gebruikt om aan te geven dat het polyurethaan elastomeer van de eerste laag bestendig is tegen thermische afbraak als de buis wordt gebruikt voor het transporteren van materialen bij relatief hoge temperaturen, bijvoorbeeld van boven ongeveer 75°C en bij voorkeur tot ongeveer 110°C of zelfs 120®C.

De polyurethaan elastomeren van de eerste en tweede bekledingsla-gen kunnen dezelfde zijn of verschillend. Bij voorkeur zullen de elastomeren van eenzelfde samenstelling zijn om de verdraagzaamheid en daardoor de adhesie tussen de lagen te optimaliseren. De thermische stabiliteit echter van het materiaal voor de tweede laag, dat wil zeggen de polyurethaan matrix en de afzonderlijke holle eenheden daarin, is gewoonlijk niet kritisch omdat deze laag in directe aanraking staat met de buis.

De polyurethaan elastomeren die worden gebruikt in de eerste en tweede lagen zijn veerkrachtig en maken daardoor buiging van de buis mogelijk als deze als een buisleiding wordt gelegd. Polyurthaan is ook slij tbestendig.

De eerste polyurethaanlaag werkt in hoofdzaak als een corrosie-bestendige laag tussen de buis en de warmte-isolerende tweede laag. Deze eerste laag is bij voorkeur ononderbroken ter bereiking van maximale weerstand tegen doordringing. Aldus wordt, zelfs als de tweede thermisch isolerende bekleding wordt beschadigd, de buisleiding beschermd tegen corrosie. De eerste laag, die thermisch stabiel is, dient ook om de tweede laag te beschermen tegen invloeden van warmte vanaf de buisin-houd.

De afzonderlijke holle eenheden die zijn gedispergeerd in de polyurethaanmatrix van de tweede laag kunnen bijvoorbeeld bestaan uit van een wand voorziene bolletjes welke een warmte-isolerende vloeistof, een gas (met inbegrip van mengsels van gassen zoals lucht en mengsels van lucht met andere gassen), of een vacuum bevatten. Met gas gevulde micro-bolletjes zijn in het bijzonder geschikt, terwijl de wanden daarvan bijvoorbeeld kunnen bestaan uit glas of kunststofmateriaal, zoals polyvinylideenchloride. Een aantal van dergelijke eenheden kunnen dan worden gemengd met het polyurethaan, zodat zij daarin gedispergeerd raken.

De eenheden worden bij voorkeur in het polyurethaan aangebracht doordat deze aanwezig zijn in een of meer bestanddelen van een mengsel dat zodanig reageert dat het polyurethaan wordt gevormd, dat wil zeggen de eenheden kunnen worden gedispergeerd in een isocyanaat- en/of polyol-bestanddeel.

Het materiaal dat de eenheden vormt kan hetzelfde zijn als of verschillend van het polyurethaan van de matrix, hoewel het in het algemeen verschillend zal zijn.

De afzonderlijke holle eenheden kunnen een afmeting bezitten binnen de grenzen van enige microns tot 200 microns in het geval van micro-bolletjes; de speciale geselecteerde eenheden zullen afhangen van de soort en het gebruik van de buisleiding. Bij voorkeur zullen echter de eenheden bestaan uit micro-bolletjes van polyvinylideenchloride of glas dat gas bevat.

De holle eenheden dienen om de warmtegeleiding van het polyure- thaan, dat werkt als de matrix in de tweede laag, te verminderen. Op deze wijze wordt de tweede laag voorzien van goede warmtesiolerende eigenschappen. Bovendien verlaagt de aanwezigheid van de holle eenheden aanzienlijk de materiaalkosten voor de bekleding, omdat de hoeveelheid relatief duur polyurethaan die nodig is om een bekleding te geven van de gewenste isolatie-eigenschappen, kan worden verminderd. De eenheden kunnen in de polyurethaanmatrix zijn aangebracht in een hoeveelheid die zodanig wordt gekozen dat wordt voldaan aan de vereiste eigenschappen van de buisleiding en verlagen bij voorkeur de warmtegeleiding van het polyurethaanmatrixmateriaal tot ongeveer 60%. Als bijvoorbeeld een polyurethaanmatrixmateriaal wordt gebruikt met een warmtegeleidingscon-stante van 0,19W.m“^.K"^, kunnen de eenheden daardoorheen worden gedis-pergeerd in een hoeveelheid die voldoende is om de warmtegeleidingscon-stante van de tweede laag te verlagen tot rond 0,12W.m”^.K“·1·.

De dikte van de eerste bekledingslaag zal in het algemeen zodanig worden gekozen dat er voor wordt gezorgd dat bij gebruik de temperatuurdaling over de laag zodanig is dat de tweede laag niet nadelig wordt beïnvloed door warmte vanaf de inhoud van de buis. Als de buis olie transporteert met een temperatuur tot ongeveer 110eC, is gebleken dat de dikte van de eerste laag op geschikte wijze ongeveer 5 tot 15 mm, bij voorkeur ongeveer 10 mm bedraagt.

De dikte van de tweede laag zal worden bepaald door omgevingsomstandigheden en de isolatie-eisen van de buisleiding, maar in het algemeen zal deze bij onderzees gebruik 20-80 mm bedragen, waarbij ongeveer 30-40 mm de voorkeur verdient.

Om adhesie van de eerste laag aan de buis te bevorderen is het geschikt gebleken om een primer materiaal op de buis aan te brengen voordat de eerste laag wordt gevormd, De primer bestaat op geschikte wijze uit een gebruikelijke twee-componenten vrij van oplosmiddel zijnde polyurethaanhars op polyolbasis. Het gebruik van polyurethaanhars voor de primer leidt tot een goede verenigbaarheid met de polyure thaanelas to-meer van de eerste laag.

De werkwijze volgens de uitvinding kan op geschikte wijze als volgt worden uitgevoerd. De niet beklede buis, die van de duplexsoort of roestvrijstalen soort kan zijn (hoewel andere materialen bijvoorbeeld koolstofstaal, kunnen worden gebruikt), wordt eerst gereinigd en voorbereid, bijvoorbeeld door stoom, oplosmiddel en/of reinigen door spuitbla-zen. Dan kan indien gewenst de primer worden aangebracht, bijvoorbeeld door sproeien of borstelen. Binnen een betrekkelijk korte periode, gewoonlijk 30 tot 90 minuten, wordt de van primer voorziene buis ge plaatst in een vorm voor het aanbrengen van de eerste laag. Omdat de buis vaak betrekkelijk buigzaam is, wordt deze gewoonlijk in de buis ondersteund om te zorgen voor een gelijkmatige dikte van de laag langs de lengte van de buis. De buis kan op geschikte wijze worden ondersteund met gebruikmaking van afstandsringen of uitgehard polyurethaanmateriaal. De eerste laag uit polyurethaan wordt dan op de buis gevormd door niet uitgehard polyurethaan in de vorm te spuiten en dit daarin te houden totdat uitharding plaatsvindt. Dan kan de tweede laag worden aangebracht door de eerste beklede buis in een tweede vorm te plaatsen en indien nodig en/of gewenst ook weer daarin te ondersteunen met geschikte af-standselementen. Het niet geharde polyurethaanmatrixmateriaal met daarin gedispergeerd holle eenheden, kan dan in de vorm worden gespoten en vervolgens uitgehard. De gerede beklede buis kan dan uit de vorm worden verwijderd.

Voor het vormen van een buisleiding kunnen de buisstukken samen worden gevoegd volgens gebruikelijke technieken, bijvoorbeeld door lassen. De gelaste verbindingen kunnen bij voorkeur worden bedekt met een of meer lagen van polyurethaan elastomeer om een in hoofdzaak ononderbroken bekleding op de buisleiding te verkrijgen. Op de meest geschikte wijze kunnende verbindingen worden bedekt met één enkele laag van het eleastomeer dat wordt gebruikt voor de eerste laag van de buis.

Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zullen nu, bij wijze van niet beperkend voorbeeld, worden beschreven aan de hand van de bijgaande tekeningen.

VOORBEELD

Verwijzend naar fig. 1 en 2 van de tekeningen bevat een buisbekle-ding 1 een warmte-isolerende veerkrachtige tweede laag 2, welke ongeveer 35 mm dik is, in de vorm van een lichaam van polyurethaan dat een matrix verschaft met daardoorheen gedispergeerd een aantal holle gas bevattende micro-bolletjes 3 met een wand van polyvinylideenchloride. De micro-bolletjes 3 hebben een afmeting binnen de grenzen van 10 en 100 micron. De tweede bekleding 2 omringt een duplexbuis 4 welke op geschikte wijze een diameterdikte van 150 mm bezit en welke is voorzien van een eerste bekledingslaag 5 van polyurethaan. De eerste laag 5 heeft een dikte van ongeveer 10 mm.

De buizen kunnen worden gebruikt voor het vormen van een buisleiding met een lengte van tot bijvoorbeeld 20 km of meer en kunnen elke uitwendige diameter bezitten. De buisleiding kan zich uitstrekken vanaf een offshore-bronkop (niet weergegeven), waarbij de olietemperatuur ongeveer 110eC bedraagt, waarbij de olie die in de buisleiding stroomt om bewerkingsredenen warm moet worden gehouden.

De polyerthaanelastomeer voor de eerste bekledingslaag 5 wordt bij voorkeur afgeleid van een vrij van oplosmiddel zijnd polyurethaanelasto-meersamenstelling, het kan bijvoorbeeld worden afgeleid van een vrij van oplosmiddel zijnde polyetherbasis met een geschikt isocyanaat voor het verschaffen van een door spuitgieten vormbaar polyurethaanelastomeer met goede hydrolyseweerstand en dat temperaturen van tot 120 °C kan weerstaan. Een voorbeeld van een dergelijke elastomeersamenstelling is Hyperlast 2851/407. verkrijgbaar bij Macpherson Polymers Limited uit Stockport, Lancashire, Engeland. Het polyurethaanelastomeer kan een taaie bekleding verschaffen dat zeer goed chemisch en temperatuurbesten-dig is en dat ondoordringbaar is voor vocht en zeewater. Het is ook bestendig tegen slijtage en heeft een grote scheur- en treksterkte, terwijl het zeer bestendig is tegen ozonaantasting en scheuren bij buiging. Het is bestendig tegen oliën, wassen en gassen en de meeste aliphatische koolwaters toff en.

Het polyurethaanbestanddeel van de tweede laag 2 kan hetzelfde zijn als of verschillend van het polyurethaan van de eerste laag 5· De isolatie-eigenschappen van het polyurethaan worden op geschikte wijze aanzienlijk gewijzigd door het inbrengen van met gas gevulde micro-bolletjes 3 van polyvinylideenchloride. Het grote aantal met gas gevulde micro-bolletjes 3 in de bekleding 1 geeft aldus aan de buisleiding een goede mate van warmte-isolatie en verschaft ook een mate van slijtvast-heid voor de bekleding. De wanden van de micro-bolletjes 3 voorkomen dat water binnendringt door met elkaar in verbinding staande bellen in de bekleding, zoals kan voorkomen in gevallen van opgeschuimd polyurethaan waarin luchtbellen in plaats van van wanden voorziene micro-bolletjes de isolatie verschaffen.

Een bijzonder de voorkeur verdienende polyurethaansamenstelling voor het vormen van de elastomere matrix van de tweede laag is Hyperlast 2851/512,ook verkrijgbaar bij Macpherson Polymers Limited.

De buisleiding van deze uitvoeringsvorm kan als volgt worden vervaardigd. De buis 4 wordt eerst gereinigd, bijvoorbeeld door stoom-reiniging en/of spuitblazen, en er wordt een primer aangebracht. De primer kan een gebruikelijke uit twee componenten bestaande vrij van oplosmiddel zijnde polyurethaanprimer zijn, zoals bijvoorbeeld Hyperlast 2874/OI6, verkrijgbaar bij Macpherson Polymers Limited.

De van een primer voorziene buis 4 wordt dan geplaatst in een vorm, gewoonlijk binnen 30 tot 90 minuten na het aanbrengen van de primer, terwijl de polyurethaansamenstelling van de eerste laag 5 in de vorm wordt gespoten rondom de van een primer voorziene buis 4. Dan laat men het polyurethaan uitharden, waarbij de eerste laag 5 wordt gevormd. Zoals hierboven aangegeven, is de polyurethaansamenstelling afgeleid uit isocyanaat en polyolbestanddelen, terwijl zij, voor het inbrengen daarvan in de vorm, apart worden gehouden in afzonderlijke tanks. De isocyanaat- en polyolbestanddelen worden afzonderlijk gevoerd naar een meng- en dispergeermachine waarin zij intensief worden gemengd en ononderbroken in de vorm worden geleid. De isocyanaat en het polyol reageren in de vorm waarbij de polyurethaanelastomeer wordt gevormd.

Als de eerste elastomere laag is gevormd wordt de van een tussen-bekleding voorziene buis overgebracht naar een tweede vorm terwijl de polyurethaansamenstelling van de tweede laag met daarin de micro-bolle-tjes 3 gedispergeerd gespoten in de vorm rondom de buis. Zoals bij de eerste uit polyurethaansamenstelling bestaande laag, kan het polyurethaan voor de tweede laag zijn gevormd uit isocyanaat en polyolbestanddelen die afzonderlijk zijn opgeslagen en direct voor het spuiten in de vorm worden gemengd. De micro-bolletjes 3 kunnen aanwezig zijn of in het uit isocyanaat bestaande uitgangsmateriaal en de polyolbestanddelen, of ook in beide. De micro-bolletjes zijn echter gewoonlijk aanwezig alleen in het polyolbestanddeel.

Als de tweede polyurethaanlaag in de vorm is uitgehard, kan de buis daaruit worden verwijderd. Zoals hierboven aangegeven, kunnen buizen volgens de uitvinding met elkaar worden verbonden voor het vormen van buisleidingen die in het bijzonder geschikt zijn voor het transporteren van olie bij hoge temperaturen (bijvoorbeeld tot ongeveer 100°C of 120°C) bij offshore toepassingen in diep water. Het gebruik van een thermisch stabiele eerste laag helpt bij het voorkomen van thermische afbraak van de buisbekleding, terwijl het gebruik van micro-bolletjes in de tweede laag een goede thermische isolatie verschaft en een bijdrage vormt tot het verlagen van de materiaalkosten.

Wijzigingen en verbeteringen kunnen worden aangebracht zonder te treden buiten het kader van de uitvinding.

Claims (11)

1. Beklede buis welke een eerste bekledingslaag bevat bestaande uit een thermisch stabiele polyurethaanelastomeer en een tweede bekledingslaag bestaande uit een matrix van polyurethaanelastomeer met daarin een aantal afzonderlijke holle eenheden gedispergeerd.

2. Beklede buis volgens conclusie 1, met het kenmerk,datde polyurethaanelastomeer van de eerste en tweede lagen dezelfde zijn.

3. Beklede buis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de polyurethaanelastomeren van de eerste en tweede laag verschillend zijn.

4. Beklede buis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de holle eenheden bestaan uit met gas gevulde micro-bolletjes.

5. Beklede buis volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de met gas gevulde micro-bolletjes bestaan uit gas bevattende bolletjes van polyvinylideenchloride.

6. Beklede buis volgens conclusie 1, met het kenmerk,datde eerste laag een dikte bezit van 5 tot 15 mm.

7. Beklede buis volgens conclusie 1, met het kenmerk,datde tweede laag een dikte bezit van 20 tot 80 mm.

8. Beklede buis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een primer is aangebracht op de buis.

9· Werkwijze voor het vervaardigen van een beklede buis omvattende het vormen van een eerste bekledingslaag uit thermisch stabiele polyurethaanelastomeer op een buis en het vervolgens vormen van een tweede bekledingslaag op de buis, waarbij de tweede laag een matrix omvat van polyurethaanelastomeer met daarin een aantal afzonderlijke holle eenheden gedispergeerd.

10. Werkwijze volgens conclusie 9. met het kenmerk, dat de lagen worden gevormd door spuitgieten.

11. Werkwijze volgens conclusie 9. met het kenmerk, dat voor het vormen van een eerste laag een primer wordt aangebracht op de buis.