NO318579B1 - Isolert ror for transport av fluider - Google Patents

Description

ISOLERT RØR FOR TRANSPORT AV FLUIDER

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et isolert rør for transport av fluider, og i særdeleshet et fleksibelt rør som anvendes til å transportere hydrokarboner fra en havbunns-brønn.

Det blir stadig mer nødvendig å isolere fleksible rør godt på grunn av driftsforholdene ved hvilke oljeforekomster til havs utvinnes. Dette fordi tungoljene i disse forekomster har en tendens til å stivne under transporten mellom produksjons-brønnen på havbunnen og overflateinstallasjonen, for eksempel en plattform, som et resultat av varmetap i de fleksible rør som er nedsenket i sjøen. God varmeisolasjon er også ønskelig for å unngå at det dannes hydrater, noe enkelte råoljer er tilbøyelige til å gjøre etter hvert som de kjøles ned.

Tidligere kjente løsninger beskrives i FR-A-2 563 608. Én av forbedringene som anbefales i FR-A-2 563 608 består i å plas-sere en flerhet av ringformede skillevegger omkring rørets innvendige kjerne, hvilke skillevegger fordeles langs lengden av kjernen og integreres med denne i å fylle ringrommene som dannes mellom de suksessive skillevegger, med et isolasjons-materiale; i å ekstrudere en kontinuerlig mantel over skille-veggene, hvor avstanden mellom to suksessive skillevegger er mellom 20 og 200 m, avhengig av driftsforholdene. Ifølge en annen forbedring beskrevet i dette dokument oppnås varmeisolasjonen ved å legge hulrør i en spiralform omkring den sentrale kjerne, hvor rørene har en diameter på mellom 5 og 30 mm og en tykkelse på mellom 0,5 og 4 mm. I alle utførelsene må strimlene med varmeisolasjon yte en viss motstand mot pe-riferispenningen og inneha en viss mekanisk fasthet for å være i stand til å overføre klembelastningen til strekkarmeringslagene. På grunn av den korte stigning i viklingen av disse varmeisolasjonstrimler har de tilsvarende lag en tendens til å oppføre seg som ringer, og de yter derfor stor motstand mot radiell deformasjon, idet en slik motstand av ekspertene kalles "hvelveffekten". Når antallet varmeiso-las jonslag øker, noe som er tilfellet ved anvendelse på store dyp, er kraften som overføres til strekkarmeringslagene forholdsvis liten sammenlignet med kraften som utøves av strekk-innretningene, som beskrevet nedenfor, noe som reduserer leg-gesystemets kapasitet betydelig. Hvelveffekten blir signifi-kant når nEe<3> > 400 Nm, hvor n er antallet lag, E er Youngs modul og e er tykkelsen av ett lag.

Rør med en slik varmeisolasjon oppviser det som ekspertene kaller "hvelveffekten", og anvendelsen begrenses av antallet varmeisolasjonslag. Det er viktig å merke seg eller huske at såkalte rigide eller fleksible rør, når de vikles av holde-trommelen eller -tromlene plassert på et rørleggingsfartøy, passerer gjennom innretninger kalt strekkere, hvis formål spesielt er å oppta mesteparten av vekten av et rør eller mesteparten av strekkbelastningene på sistnevnte før dette senkes ned i vannet. Slike strekkinnretninger er velkjente og beskrives for eksempel i US-A-4 345 855. For at disse strekkere skal kunne egne seg i sin rolle, må størstedelen av, om ikke hele, strekkernes største klemkraft overføres til den sentrale kjerne i røret.

I et rigid eller nesten-rigid rør, som i tilfelle med rør med et "utvendig hvelv", er motstanden mot overføring av strekkernes anvendelseskraft for høy, og bare en del av den anvendte kraft overføres til den sentrale kjerne, idet dette er utilstrekkelig til å oppta vekten av røret eller strek-kreftene i sistnevnte.

I et rør som er varmeisolert ved hjelp av overlagte lag av tynne strimler viklet med kort stigning, det vil si med en viklingsvinkel på mer enn 55°, eller i et rør av typen som beskrives i FR-A-2 563 608, deformerer strekkernes anvendel-seskraf t isolasjonsstrukturen ganske betydelig ved nevnte strekkeres klemputer, mens den får isolasjonsstrukturen mellom putene til å krype eller utvide seg for således å danne en slags bule mellom putene. Kurver for kraften (FT) overført til den sentrale kjerne som en funksjon av kraften (Fp) som utøves ved hjelp av strekkerputene viser, for ulike tykkelser e av en ettergivende isolasjonsstruktur, at etter hvert som e øker, blir den overførte kraft (FT) ganske liten. Dersom det produseres en tynn isolasjonsstruktur, vil imid-lertid varmeisolasjonen som oppnås være utilfredsstillende eller ikke effektiv nok.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å foreslå en ny varmeisolasjonsstruktur for rør, hvilken gjør det mulig å unngå hvelveffekten, sikre god varmeisolasjon og gjøre den enkel å montere i et rør, samtidig som den ikke krever noen stor og komplisert viklemaskin som for eksempel en spiralmaskin.

Én gjenstand for den foreliggende oppfinnelse er et isolert rør for transport av fluider, hvilket rør har en varmeisolasjonsstruktur plassert omkring en sentral kjerne, og det karakteriseres ved at varmeisolasjonsstrukturen omfatter minst ett lag bestående av separate faste strimler, hvor hver strimmel er viklet med en meget lang stigning og en største viklingsvinkel om nevnte kjerne på mindre enn 30°.

Én fordel ved den foreliggende oppfinnelse er at det er mulig å anvende strimler med større tykkelse samtidig som det sik-res en god overføring av strekkernes anvendelseskraft til den sentrale kjerne på den ene side og god varmeisolasjon på den annen side. Dette kommer av det faktum at oskulasjonsradiusen til strimlene på den sentrale kjerne på grunn av den forholdsvis lange stigning ved hvilken strimlene er viklet, er mye større enn oskulasjonsradiusen til strimler eller rør viklet med en kort stigning. Følgelig er det ikke lenger nød-vendig å vikle et stort antall isolasjonslag omkring den sentrale kjerne.

Et annet trekk ved oppfinnelsen er at strimlene er viklet i en S/Z-konfigurasjon. Dette muliggjør bruk av en viklemaskin som er mye mindre kostbar enn en spiralmaskin.

Et annet trekk ved oppfinnelsen ligger i det faktum at de radialt motstående flater av hver profil ikke er plane, men fortrinnsvis er lett buet, slik at undersiden av hver strimmel passer godt sammen med krumningen av den sentrale kjerne.

I en annen utførelse av strimmelen har sistnevnte sideflater som i det minste delvis overlapper med sideflatene på neste strimmel, slik at kohesjonen i laget som dannes av de sammen-stilte strimler økes og varmebroer mellom viklingene unngås.

Ytterligere fordeler og trekk vil fremgå tydeligere ved le-sing av beskrivelsen av flere foretrukne utførelser av oppfinnelsen, og ved gjennomgang av de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 viser en perspektivtegning, delvis gjennomskåret, av et rør forsynt med en varmeisolasjonsstruktur ifølge en førs-te utførelse av oppfinnelsen; Figur 2 viser et skjematisk tverrsnitt av et rør forsynt med en varmeisolasjonsstruktur dannet av to lag med strimler; og Figurer 3a til 3f viser skjematisk ulike tverrsnitt av strimmelen på figur 1 og figur 2.

Et rigid eller fleksibelt rør omfatter en sentral kjerne dannet ved hjelp av elementer plassert konsentrisk oppå hverandre. Avhengig av hvilken type det innerste element i den sentrale kjerne er, kalles røret et "glattløpet" rør når det innerste element er en polymermantel, og i dette tilfelle er det dekket av en trykkhvelving som er laget ved å vikle en sammenflettende eller ikke-sammenflettende wire med en kort stigning på ca. 70 til 80°; det kalles et "grovløpet" rør når det innerste element utgjøres av et metallskjelett, som også er dannet ved hjelp av en wire viklet med en kort stigning, og som er omgitt av en polymermantel. I begge typer rør er strekkarmeringslag viklet omkring det tilstøtende lavere lag, som regel en mellomliggende polymermantel. Røret omfatter minst to lag med armering med motsatte viklingsretninger og hensiktsmessige leggevinkler. Som et siste lag er det anordnet en ytre mantel. Strukturen i slike rør er velkjent, og leseren kan finne det nyttig å konsultere de mange patenter og artikler som er publisert i søkerens navn, hvilken søker har laget rigide og fleksible rør i mange tiår.

Figur 1 anskueliggjør en sentral kjerne 1 med langsgående akse, om hvilken kjerne det hele veien er anordnet en varme-isolas jonsstruktur . Varmeisolasjonsstrukturen omfatter minst ett lag 3 dannet av massive, atskilte strimler 4. Hver strimmel 4 er viklet over den sentrale kjerne 1 med meget stor stigning, og med en leggevinkel på mellom 20 og 30°, og fortrinnsvis med en leggevinkel på nær 2 0° i forhold til nevnte sentrale kjernes 1 lengdeakse. Hver strimmel er viklet i en spiralvikling av S/Z-typen med negativ stigning, som vist på figur 1.

Viklingen av hver strimmel 4 kan selvsagt ligge i en spiral med konstant stigning, men alltid med en viklingsvinkel eller leggevinkel på mindre enn 30° i forhold til nevnte sentrale kjernes 1 lengdeakse.

Tverrsnittet av strimlene 4 kan være flerkantet eller ha andre former som for eksempel de som er vist på figurer 3a til 3f. Figur 3a viser et kvadratisk tverrsnitt for strimmelen 4, skjønt et rektangulært eller trapesformet tverrsnitt kan også anvendes så lenge dimensjonene, hvilke vil bli angitt nedenfor, følges.

For å forbedre kontakten mellom strimlene 4 på det ytterste lag av den sentrale kjerne 1, som regel en polymermantel, foretrekkes det at de radialt motstående flater av strimlene ikke er plane, eller i det minste at underflaten 5, som vender mot det siste lag 10 av den sentrale kjerne, er lett buet.

Strimlene 4 kan videre ha sideflater som gir bedre kontakt eller gjensidig overlapping. Tverrsnittet til strimmelen som er vist på figur 3b omfatter radialt motstående flater 5 som er buet og rette sideflater 6b, mens tverrsnittet på figur 3c omfatter buete, radialt motstående flater og buete sideflater 6c. På figur 3d omfatter strimmelens 4 tverrsnitt en ribbe 7 på én sideflate 6d og et spor 8 i den motstående sideflate 6'd, slik at når de to strimler 4 vikles side om side, kan de legges inn i hverandre ved at ribben 7 i én av strimlene går inn i sporet 8 i den andre strimmelen.

Ifølge en annen utførelse av strimlene 4 kan det benyttes et Z-formet eller T-formet tverrsnitt, som vist på figurer 3e og 3f, hvilke tverrsnitt også har den fordel at de i realiteten overlapper hverandre. I tillegg er minst én av underflatene 5e og 5f med fordel buet for å sikre god kontakt med den sentrale kjerne. De radiale flater motsatt av underflatene 5e og 5f kan selvsagt være rette eller buete. Varmeisolasjonsstrukturen som er vist på figur 2 omfatter to lag 3 og 10, hvor hvert lag er dannet ved hjelp av strimler 4 og 11 som kan være identiske eller ikke, og hvilke kan ha tverrsnitt lik de som er vist på figurer 3a til 3f.

Lagene 3 og 10 er viklet med krysstigning eller negativ stigning, lik parene av strekkarmeringslag. Ifølge en annen konfigurasjon er strimlene 11 i lag 10 anordnet slik at de overlapper strimlene 4 i lag 3, det vil si hver strimmel 11 i lag 10 går over to konsekutive strimler 4 i det nedre lag 3, eller hver strimmel 11 dekker mellomrommet 12 mellom to konsekutive strimler 4.

Videre kan det, i tilfelle av en isolasjonsstruktur med flere lag, eventuelt plasseres et klebende bånd 14 mellom to konsekutive lag, som vist på figur 2.

Enten varmeisolasjonsstrukturen ifølge oppfinnelsen er en énlags- eller flerlagsstruktur, er den komplettert med en beskyttende polymermantel 13.

Hver strimmel 4 og/eller 11 har en høyde H på mellom 15 og 100 mm og en bredde L som er slik at forholdet H/L ligger mellom 0,2 og 2, og fortrinnsvis mellom 0,7 og 1,2.

Strimlene 4 og/eller 11 er massive og laget av plast som for eksempel CPVC eller et elastomerbasert syntaktisk skum, idet nevnte plast har en trykkfasthet som er forenlig med den vanndybde ved hvilken det fleksible rør ifølge oppfinnelsen anvendes, og en termisk ledningsevne på 0,25 W/m.K eller mindre.

For dybder på i størrelsesorden ca. 400 meter vil trykkfast-heten til den plast som benyttes være omkring 4 MPa ved rom-temperatur og med en belastning på 10%.

Når varmeisolasjonsstrukturen ifølge oppfinnelsen omfatter en flerhet av strimler som er viklet omkring hverandre og danner sammenstillinger av suksessive lag av strimler, hvor hver sammenstilling så omfatter flere lag med strimler, kan det skje at enkelte strimler har mekaniske egenskaper som er for dårlige til uten deformasjon å kunne overføre kreftene som utøves av leggeinnretningen, som for eksempel en strekker. I dette tilfellet vil ifølge oppfinnelsen én eller flere viklinger av strimler med gode mekaniske egenskaper, som for eksempel høy trykkfasthet, bli lagt inn i hver sammenstilling av lag for å bedre overføringen av kreftene som leggeinnretningen utøver mot det fleksible rør.

Claims (13)

1. Isolert rør for transport av fluider, hvilket rør har en varmeisolasjonsstruktur anordnet om en sentral kjerne (1) med lengdeakse, karakterisert ved at varmeisolasjonsstrukturen omfatter minst ett lag (3) bestående av separate, massive strimler {4), idet hver strimmel er viklet med en meget stor stigning og en største viklingsvinkel i forhold til den horisontale akse på mindre enn 30°.

2. Rør som angitt i krav 1, karakterisert ved at strimmelen (4, 11) er viklet i en S/Z-form.

3. Rør som angitt i krav 1, karakterisert ved at strimmelen (4, 11) er viklet i en spiral med konstant stigning.

4. Rør som angitt i krav 1, karakterisert ved at varmeisolasjonsstrukturen omfatter minst to overlagte lag (3, 10) av strimler (4, 11), idet strimlene (4) i det øvre lag (3) er anordnet slik at de overlapper strimlene (11) i det underliggende lag (10).

5. Rør som angitt i ett av krav 1 til 4, karakterisert ved at hver strimmel (4, 11) har et flerkantet tverrsnitt med enn høyde H på mellom 15 og 100 mm og en bredde L som er slik at forholdet H/L ligger på mellom 0,2 og 2.

6. Rør som angitt i ett av krav 1 til 5, karakterisert ved at strimlene (4, 11) har radialt motstående flater (5) som ikke er plane.

7. Rør som angitt i ett av krav 1 til 6, karakterisert ved at strimlene har motstående sideflater (6) som ikke er plane.

8. Rør som angitt i ett av krav 1 til 7, karakterisert ved at strimlene (4, 11) har et Z-formet eller T-formet tverrsnitt.

9. Rør som angitt i ett av krav 1 til 8, karakterisert ved at strimlene (4, 11) er laget av en plast som for eksempel CPVC eller et elastomerbasert syntaktisk skum.

10. Rør som angitt i krav 9, karakterisert ved at plasten har en termisk ledningsevne på 0,25 W/m.K eller mindre.

11. Rør som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at strimlenes sideflater i det minste delvis kan ligge i hverandre.

12. Rør som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at minst ett klebende bånd (14) er anordnet mellom to overlagte lag (3, 10).

13. Rør som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter lag av strimler viklet over hverandre, og at i det minste noen av lagene er dannet av viklinger av strimler (4) med forholdsvis dårlige mekaniske egenskaper, og ved at minst ett av nevnte lag er dannet av en vikling av strimler (4) med gode mekaniske egenskaper for derved på hensiktsmessig måte å kunne overføre krefter som utøves mot nevnte rør av leggeinn-retninger.