NO301908B1 - Varmeisolert rörledning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler et termisk isolasjonselement i en varmeisolert rørledning som angitt i krav l's ingress. Den fleksible varmeisolerte rørledning er spesielt anvendelig for transport av hydrokarbonprodukter fra under-sjøiske brønner.

Porblemet med termisk isolering av undersjøiske produk-sjons ledninger oppstår spesielt ved utnyttelse av avleirin-ger av tungolje som risikerer koagulering i løpet av trans-porten mellom brønner og plattformen på grunn av varmetap i ledningen som er omgitt av sjøvann, hvor termisk isolering også er nødvendig for å forhindre dannelse av hydrater som visse råoljer er utsatt for under avkjøling.

Det har tidligere blitt foreslått å lage termisk isolerte rør bestående i hovedsak et sentralrør eller kjerne hvis yttervegg er omsluttet konsentrisk også av et stivt tubu-lært hylster og hvor isolasjonsmaterialet, såsom poly-uretanskum, injiseres i det sirkelformige rom mellom den ytre overflate og kjernen. Denne injeksjon av skum kan utføres enten på land eller i en lekter eller fra skip. Det er i praksis etablert at slike skuminjeksjoner er vanske-lige å utføre ombord i skip før linjen installeres eller legges ut, og når injeksjonene utføres på land, oppstår signifikante problemer angående behandling av den resulterende stive rørledning. Andre ulemper ved rørledninger som foreløpig er laget, er deres lave resistanse mot knusing, som generelt ikke overstiger 5 bar, noe som er utilstrekke-lig for å motstå de utvendige trykk og spesielt det hydro-statiske trykk som under moderne betingelser for utnyttelse kan være større enn 20 bar.

Foreliggende oppfinnelse vil fremskaffe en termisk isolert rørledning bestående av, rundt et fortrinnsvis fleksibelt rør eller kjerne, en termisk isolerende struktur som gir spesielt god resistanse mot utvendig trykk, spesielt med hensyn til knusing og med en lav koeffisient for termisk konduktivitet og som er i stand til å opprettholde sine fysiske egenskaper ved nærvær av sjøvann og som har meget liten vannabsorpsjon selv ved trykk og ved relativt høy temperatur spesielt i størrelsesorden 60 til 100°C. Disse mål blir oppnådd med et termisk isolasjonselement i en fleksibel rørledning som angitt ovenfor, og som oppviser de trekk som er angitt i krav l's karakteriserende del.

I foreliggende ansøkning er uttrykket "fleksibel" ment å betegne enhver struktur, selv en stiv, som er i stand til å bli tvunnet uten ødeleggelse på små spoler eller tromler hvis-.diameter ikke overstiger 10 meter.

Foreliggende oppfinnelse er mer spesielt anvendelig med fleksible rør eller kjerner bestående av et indre forseglet deksel, en forsterkende hylse og et ytre beskyttende deksel. Disse rør kan også bestå av metall-legemer for å motstå knusing. Slike rør blir laget og solgt i store lengder og med forskjellige diametere av Societe Coflexip.

Linjen eller rørledningen som benyttes består av, rundt det indre rør eller kjerne, et antall sirkelformige vegger eller deler i en avstand langs lengden av kjernen og som er festet til denne, et isolasjonsmateriale som fyller de sirkelformige kammere som er anbragt mellom de etterfølgen-de deler og det ytre deksel av indre kjerne, samt et kontinuerlig ekstrudert ytre deksel som er konsentrisk med kjernen og festet til de perifere overflater av de sirkelformige deler og isoleringsmaterialet.

I en spesiell utførelsesform er delene separert fra hverandre og er fortrinnsvis laget individuelt, spesielt ved støpning, direkte på kjernen fra et passende materiale, spesielt modifisert polyuretan, og ligger med en avstand fra hverandre langs lengden av kjernen med intervaller på fra 20 til 200 meter som en funksjon av arbeidsbetin-gelsene .

Disse delene har en radial lengde som begynner fra deres indre diameter på mellom 20 og 100 mm og en tykkelse på mellom 100 og 250 mm.

I en annen utførelsesform er de sirkulære vegger eller deler innbyrdes sammenkoblet av en tubulær kjerne hvorfra de stikker ut, og hvor den tubulære kjerne ligger koaksialt omkring den indre kj erne.

I de to utførelsesformer kan de ytre perifere overflater av delene bestå av anordninger såsom furer og/eller utstikkende deler for å forbedre påføringen og tilbakeholdelsen av et festende produkt for å feste den ytre hylse som er ekstrudert omkring kjernen hvor delene er anbragt.

I en foretrukket utførelsesform består hver av delene av minst en innvendig radial passasje som fremskaffer kommuni-kasjon mellom det ytre deksel av den indre kjerne til rørledningen og utsiden av rørledningen ved å åpne seg inn i den tilsvarende åpning anbragt i det ytre deksel av rørledningen.

For dette formål er det anbragt en perifer spalte som danner en reduksjon i tykkelsen av dekselet i sistnevnte for å danne en foretrukket sprengningssone i tilfelle gassovertrykk.

Denne utførelsesform er passende i tilfelle med en kjerne som er utsatt for gassdiffusjon, hvor passasjene sikrer foretrukkede veier for passasje av diffusert gass og for-hindrer gassen fra å passere inn i den termiske isolasjon mellom delene.

Isolasjonsmaterialet kan tilføres eller innstalleres på enhver passende måte. Spesielt er det mulig i en utførelsesform av isolasjonselementet ifølge oppfinnelsen, å injisere skum, spesielt polyuretan, mellom de sirkel-formede deler tidligere installert på kjernen eller på innsiden av et hult legeme i form av en del av et skall med en indre diameter lik den ytre diameter til kjernen pluss flere millimeter som korresponderer til tykkelsen av et bånd som kreves for å fylle den resulterende klaring mellom kjernene og skallet. Dette bånd kan være laget av for eksempel skumgummi, cellulært PVC eller et annet materiale.

Imidlertid, i en anvendelig utførelsesform av oppfinnelsen, blir isoleringsmaterialet innstallert ved spiralforming rundt kjernen, en formet del i form av et bånd eller rør som er tvunnet langs en på forhånd bestemt vei og i et passende antall lag som korresponderer til diameteren av de sirkelformige deler.

Det er mulig å kombinere, om tilfellet skulle oppstå, fremgangsmåtene med å tilføre isolasjonsmateriale, idet dette sistnevnte delvis blir tilført ved injeksjon, delvis ved spiralforming eller det kan bli tilført i et skall og delvis ved spiralforming.

I et første utførelseseksempel på spiralforming kan et bånd benyttes, for eksempel av PVC, PVCC, PC, ekspandert og erholdt enten ved ekstrusjon eller ved skjøting eller spleising av bånd skåret fra en støp eller formede plater; eller en ekstrudert formet del for eksempel av PP, PPO, PVCC, som tilføres den indre kjerne ved deformering. Slike formede deler i form av bånd blir gitt for eksempel en bredde i størrelsesorden 0,5 til 10 cm og en tykkelse i størrelsesorden 5 til 30 mm, hvor verdien av plastisk deformering varierer fra 2 til 10% i henhold til tykkelsen av den formede del og diameter til kjernen. Slike formede deler har en høy strekkmotstand, noe som tillater dem å bli spiralformet av en tvinnemaskin som starter fra ruller eller kveilinger, hvorpå de formede deler blir laget i svært store lengder. Sammensetningen eller spleisingen gjøres ved liming.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan rør bli spiralformet med en stor stigning for eksempel av PPO, PVCC, PE med diametere som kan variere fra 5 til 30 mm og tykkelse på 0,5 til 4 mm. Disse rør kan fylles med et isolerende materiale, for eksempel med små baller av poly-styren for å begrense konveksjonsfenomener.

I slike utførelsesfomer blir spiralformingen utført med en viss.slingring eller klaring, noe som gir lederstrukturen en stor fleksibilitet som kan sammenlignes, dersom tilfellet skulle oppstå, med fleksibiliteten til den indre leder eller kjernen.

Det er også mulig å plassere mellom de sirkelformige deler skiver eller skall erholdt spesielt ved støping av ekspan-derte polymerprodukter.

Som en variant kan det plasseres rundt den indre kjernen et antall skall hvorimellom delene blir laget, spesielt ved injeksjon, hvor materialet til delene er i stand til, dersom behovet skulle oppstå, å fullstendig inneslutte skallene.

Således er det mulig å lage spesielt fleksible varmeisolerte rørledninger i henhold til oppfinnelsen av stor lengde.

Andre fordeler og karakteristika av oppfinnelsen vil bli tydelige ved følgende beskrivelse av spesielle utførelsesformer gitt som ikke-begrensende eksempler og med referanse til de medfølgende tegninger hvor:

- figur 1 er et svært oppdelt skjematisk snitt av en del av en linje eller ledning i henhold til den første utførelsesform, - figur 2 er et oppdelt skjematisk snitt av en seksjon av en linje eller en ledning i henhold til en andre utførelsesform, - figur 3 er også et oppdelt og skjematisk snitt av en linje eller ledning i henhold til en annen utførelsesform, - figurene 4 og 5 er forstørrede snitt som viser variasjoner av de sirkelformige deler anbragt i ledningene i henhold til oppfinnelsen, og - figur 6-9 viser forskjellige faser ved dannelse av en rørledning i henhold til oppfinnelsen.

Det vil først bli referert til figur1.

Linjen eller rørledningen vist på denne figur består av et indre rør eller kjerne 1 utstyrt med et ytre beskyttende deksel 2 laget av fleksibelt materiale såsom en polyamid eller polyetylen.

Rundt kjernen 1 er det på det ytre deksel 2 av kjernen et antall sirkelformige vegger eller deler 3 i form av skiver. Disse skiver 3 er i en spesiell utførelsesform av polyuretan av en Shore A hardhet på mellom 70 og 90 og er plassert på kjernen i en på forhånd bestemt avstand for eksempel i størrelsesorden 2 meter.

Linjen eller rørledningen med det termiske isolasjonselement i henhold til oppfinnelsen består av et ytre deksel 4 som er kontinuerlig ekstrudert og festet eller skjøtet til de perifere overflater av delene 3. Som det kan sees fra figur 4, har de perifere overflater av skivene 3 en serie furer 5 for å forbedre festingen til dekselet 4 ved hjelp av et lim såsom et varmesmeltende lim påført det ytre av skivene 3 før påføring av dekselet, eller som blir injisert gjennom dekselet 4 slik som vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

I det sirkelformige rom fremskaffet mellom den ytre overflate av dekselet 2 og det ytre deksel 4 og de forskjellige delene 3, er det plassert et isolasjonsmateriale 6. I utførelsesformen ifølge figur 1 kan isolasjonsmaterialet 6 være et poluretanskum formet ved injeksjon på kjernen 1 etter installasjon av delene 3, hvor dekselet 4 også kan være festet til ytterdelen av isolasjonsmaterialet 6.

I utførelsesformen vist i figur 1 er det anbragt i delene 3 radielle passasjer 7 som åpner mot hull 8 i det ytre deksel 4 og på hver side av en perifer fure 9 anbragt i det ytre deksel 2 av kjernen. Disse passasjer 7 har som grunnleggen-de funksjon å sikre foretrukne veier for passasje eller ventillasjon av gass inneholdt i rørledningen og for å forhindre denne gassen fra å diffusere gjennom isolasjonsmateriale 6 i tilfelle av overtrykk.

Det er underforstått at disse passasjer 7 kun er et valg-fritt trekk og at det er tenkt å anbringe sirkelformige deler uansett om de har slike passasjer eller ikke.

I utførelsesformen ifølge figur 2 består linjen eller rørledningen rundt kjernen 1 av et sentralt rør 10 med utstikkende sirkulære deler 11 på den perifere overflate hvorpå det er festet et ytre deksel 4.

Denne perifere overflate av delene 11 er igjen fordelaktig utstyrt med furer 5 for å forbedre festingen.

Et isolasjonsmateriale 6 er igjen her benyttet for å fylle det sirkelformige rom mellom det tubulære rør 10, delene 11 og dekselet 4. Selv om det ikke er vist på tegningene er det også mulig å anbringe i denne utførelsesform passasjer i delene for å sikre beskyttelse mot gass overtrykk.

Utførelsesformen ifølge fig. 3 er særpreget fra utførelses-formen ifølge figur 1 i hovedsak ved at isolasjonsmaterialet betegnet 12 blir anbragt ved spiralforming av bånd eller av formede deler såsom dem beskrevet ovenfor tvunnet på kjernen ved plastisk deformering eller en cellulær formet del av ikke-ekspandert polypropylen tvunnet ved elastisk deformering.

Slike formede deler som er tidligere kjent, har en kunse-deformering på 10% ved et trykk i størrelsesorden 40 til 100 bar, en lav termisk konduktivitet, en tetthet generelt mellom 0,25 og 0,6 g/cm<3>, god resistanse mot kryping og meget lav eller ingen absorpsjon av vann.

Produksjonen av en linje eller en rørledning ifølge figur 3 vil bli beskrevet i større detalj nedenfor under referanse til figurene 6 til 9.

I rørledninger ifølge figur 3 kan de sirkelformige deler 3 ha en avstand med relativt store intervaller for eksempel i størrelsesorden 20 meter.

Det er der igjen mulig å bruke deler enten de har passasjer for fraføring av gass eller ikke. På samme måte er det mulig å forestille seg en utførelsesform som benytter isolasjonsmateriale som er spiralformet som i figur 3 med deler lik dem vist i figur 2 og som strekker seg ut fra en sentral tubulær kjerne. Det er også mulig å forestille seg en kombinasjon av de to typer isolasjonsmateriale hvor rommet mellom delene er i stand til å bli fylt delvis med formet isolasjonsmateriale og delvis med spiralformet isolasjonsmateriale eller igjen med spiralformet isolasjonsmateriale med forskjellig stigningsgrad.

Figurene 4 og 5 illustrerer to variasjoner for sammenset-ning elier installasjon av delene i samsvar med oppfinnelsen. Delene 3 vist i figur 4 har formen av en skive med parallelle sider og passasjen 7 åpner seg, i den perifere region av delen, i et hullrom 7a i samsvar med hullet 8 i det ytre deksel 4. Dette arrangement kan brukes for injeksjon av et bindemiddel eller lim for å forbedre forankrin-gen eller festingen av det ytre deksel 4 på delen 3.

I utførelsesformen ifølge figur 5 har delen 3 form av en kolonne hvis forankrende støtter og deksel 2 av indre kjerne og/eller på dekselet 4 også kan være utstyrt med furer som i utførelsesformen ifølge figur 4. Hulrommet 7b er også anbragt ved enden av ledningen eller passasjen 7 for injeksjon av et lim-materiale.

En foretrukket fremstillingsmetode for en rørledning med et termisk isolasjonselement ifølge oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med referanse til figurene 6-9.

Som vist i figur 9 blir det først installert ved spiralforming rundt det ytre deksel 2 av kjerne 1, et isolasjons-material 12 over den fullstendige lengde av kjernen. I et spesielt eksempel av en utførelsesform er det, for en kjerne med diameter på 240 mm, dannet en isolasjon med en tykkelse på 40 mm.

Neste steg består av, som vist i figur 7, å skjære ut ved passende intervaller ringer 13 av isolasjonen 12.

I eksempelet på denne utførelsesform blir ringer skåret ut med en tykkelse på 150 mm og ligger i en avstand på hver 100 meter.

De skårede isolasjonsvegger 12 blir så forseglet ved nivået av ringene ved hjelp av et passende fyllmiddel.

Dersom tilfellet skulle oppstå hvor delene som skal installeres må ha en passasje for fjerning av gass, er det ved basen av hver ring 13 laget en fure i dekselet 2 av kjernen.

Ved hjelp av et passende løsningsmiddel renses den ytre overflate av dekselet 2 av kjernen og en passende primer påføres denne overflate. Så blir de sirkelformige deler 3 formet. Etter formingen av hver del, som utføres ved plas-sering på en passende form, renses den ytre overflate av sammensetningen bestående av kjernen utstyrt med isolasjonen og delene med et passende løsningsmiddel i hovedsak for å fjerne formløsnemiddelet. Derpå tilføres et termosmeltet festemiddel på periferien av sammensetningen og et ytre deksel fortrinnsvis av polyamid eller polyetylen blir ekstrudert ved høy temperatur i størrelsesorden 180°C for å smelte sammen det termosmeltede lim og sikre festet for dekselet til delene.

Claims (7)

1. Termisk isolasjonselement (12) i en fleksibel varmeisolert rørledning for transport av væsker og omfattende et rør eller sentrallegeme (1) og en ytre omhylling (4) som er konsentrisk omkring nevnte sentrallegeme, hvor det nevnte termiske isolasjonselement (12) oppfyller det sirkelformige vanntette rom som ligger mellom nevnte sentrallegeme, nevnte ytre omhylling (4) og vanntette sirkelformige skillevegger (3),karakterisert vedat det omfatter minst et lag av et termisk isolasjonsbånd som er spiralformet med en jevn stigning og i tilslutning omkring sentral legemet (l) og er rullet omkring hele lengden av rørledningen med en plastisk deformasjon i størrelsesor-den mellom 2 og 10%, hvor nevnte bånd omfatter et ekspanderbart plastmateriale som har en tetthet mellom 0,25 og 0,6 g/cm<3>, en svak vannabsorpsjonsevne og som kan opprettholde sine fysiske egenskaper i nærvær av sjøvann.

2. Termisk isolasjonselement ifølge krav 1,karakterisert vedat nevnte ekspanderbare plastmateriale er PVC eller PVCC.

3. Termisk isolasjonselement ifølge ethvert av kravene 1 og 2, karakterisert vedat nevnte ekspanderbare plastmateriale har en deformeringsmotstand på 10% ved et trykk på 40 til 100 bar.

4. Termisk isolasjonselement ifølge ethvert av de fore-gående krav, karakterisert vedat det ekspanderbare plastmateriale kan opprettholde sine fysiske egenskaper ved temperaturer mellom 60°C og 100°C.

5. Termisk isolasjonselement ifølge ethvert av de fore-gående krav, karakterisert vedat båndet har en bredde på mellom 0,5 og 10 cm.

6. Termisk isolasjonselement ifølge ethvert av de fore-gående krav, karakterisert vedat nevnte bånd av ekspanderbart plastmateriale legges over hele lengden ved ekstrudering.

7. Termisk isolasjonselement ifølge ethvert av de fore-gående krav, karakterisert vedat det isolerende bånd er kveilet omkring et sveiset kontinuerlig rør (2) som ligger rundt sentrallegemet (1).