NO328645B1 - Kappe for transport av fluider og fremgangsmate for fremstilling av kappen samt en anvendelse av kappen - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et ledningsrør som kan benyttes særlig for transport av fluider og som omfatter minst én indre tetningskappe som i det minste tillater begrensning av permeabiliteten til korrosive fluider, særlig syregasser, f.eks. H2S og C02.

Oppfinnelsen angår særlig hydrokarboner som transporteres i rørledninger som vil kunne utsettes for høyt trykk og høye temperaturer over lengre tid.

Rørledningene kan bestå av metallrør som er innvendig foret med et termo-plastrør av begrenset permeabilitet, eller fleksible rør som f.eks. omfatter følgende elementer: en ramme laget av sammenlåst stålbånd beregnet på å hindre sammen-trykking av rørledningen på grunn av trykkforskjell mellom utsiden og innsiden,

en indre tetningskappe laget av et plastmateriale beregnet på å danne indre tetning for rørledningen,

minst ett lag av metallarmering for å motstå trykk- og/eller strekkspennin-ger,

en andre, ytre kappe laget av et plastmateriale som danner ytre tetning for rørledningen.

Problemene forbundet med transport av fluider ved høy temperatur og høyt trykk er knyttet til permeabiliteten til plastkapper. Det er kjent at strømning av gass gjennom termoplaster som brukes for fremstilling av tetningskapper, øker med temperaturen og trykket. I tilfelle av korrosive gasser såsom H2S, kan metall-armeringene eller rørene utsettes for akselerert korrosjon. I tilfelle av et fleksibelt rør kan dessuten gassen akkumuleres mellom de to kapper, hvilket kan føre til at ytterkappen brister når ytterkappen er mindre permeabel.

EP-publikasjon 0 225 901 beskriver en innerkappe hvis permeabilitet er redusert ved hjelp av spiralvikling av en tynn metallstrimmel rundt en plastkappe. Strimmelens overlappende partier forblir imidlertid meget gasspermeable partier.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en kappe for transport av fluider som inneholder minst av syregassene H2S og C02, kappen omfatter et metallelement og, anordnet på innsiden av metallelementet, en ringformet kappe laget av et ekstruderbart termoplastmateriale, kjennetegnet ved at kappen omfatter en bestemt andel av produkter som er kjemisk aktiv med nevnte syregasser for på den måten å irreversibelt nøytralisere de korrosive virkninger av nevnte gasser og å forhindre korrosive virkninger på nevnte metallelement.

Videre oppnås målene med oppfinnelsen ved en anvendelse av kappen for utforming av en fleksibel rørledning med metallarmering for transport av petroleumseffluenter omfattende H2S eller C02.

Målene oppnås også ved en fremgangsmåte for fremstilling av en kappe for transport av fluider som inneholder minst en av syregassene H2S og C02, kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: - å bestemme permeabilitetshastigheten til nevnte syregasser for en kappe laget av et ekstruderbart termoplastmateriale, - å bestemme, som en funksjon av nevnte permeabilitetshastighet og som en funksjon av arbeidsforholdene, en andel av produkter som er kjemisk aktive med nevnte syregasser for på den måten å irreversibelt nøytralisere de korrosive virkninger av gassene og å forhindre korrosive virkninger på et metallelement, - å fremstille kappen ved å anordne nevnte kappe på innsiden av nevnte metallelement, nevnte kappe omfatter nevnte andel av kjemisk aktive produkter.

Foreliggende oppfinnelse er hovedsakelig basert på kjente kjemiske reaksjoner som utføres på området syregass-renseprosesser, særlig slike som er resultat av nærvær av H2S og av C02, men overhodet ikke benyttet for fremstilling av tetningskapper laget av ekstruderbare termoplast-polymerer, f.eks. polyolefiner, polyamider, fluorpolymerer, som i dag utgjør de industrielle kapper på området fleksible eller stive oljeproduksjonsrør. De følgende irreversible reaksjoner kan nevnes:

Ladninger omfattende metalloksider:

Det samme gjelder CuO, CdO, NiO, CoO, Sn02 og Mo03.

Ladninger omfattende aminer såsom alkanolaminer eller polyetylen-polyaminer:

Det fremgår av reaksjonen 3 og 4 at H2S reagerer direkte og hurtig med MEA eller hvilken som helst annen primær amin, for å danne aminsulfid og hydrosulfid. De samme reaksjoner skjer mellom H2S og sekundære eller tertiære aminer såsom DEA, DIPAog MDEA.

Karbondioksid reagerer i henhold til likningene 5, 6 og 7. Reaksjon 7, som gir dannelsen av et aminsalt av en substituert karbaminsyre, er direkte og hurtig, men kan ikke skje bare mellom C02 og primær eller sekundær amin. Reaksjonen 5 og 6 er saktere ettersom C02 må reagere med vann for å danne karbonsyre før reaksjon med aminet.

Polyetylen-polyaminet som benyttes kan være PEHA eller HEPA av gene-rell formel H2N(C2H4NH)nH med n=5 for PEHAen og n i området mellom 5 og 7 for HEPA. Selvsagt er disse polyaminer generelle blandinger.

Blandinger omfattende alkali- eller alkali-jord-oksyder:

De valgte midler reagerer med H2S eller C02 i ikke-reversible reaksjoner i nærvær av oksygen, i kappenes driftstilstander. Såsnart syregassen er absorbert er det faktisk ønskelig at ingen andre kjemiske reaksjoner som kan være uguns-tige for termoplastkappen skal skje.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ut fra følgende eksempel, illustrert ved hjelp av de medfølgende figurer, hvor: Figur 1 viser en fleksibel rørledningskonstruksjon omfattende minst én kappe ifølge oppfinnelsen, Figur 2 viser et stivt ledningsrør omfattende en kappe ifølge oppfinnelsen.

Det volum av syregass som kan trenge inn i en termoplastkappe av permeabilitet Pe kan estimeres ved hjelp av følgende formel:

Q = (Pe<*>S/e)<*>p<*>t

hvor S er overflaten i kontakt med gassen og t er gasseksponerings-tidsrommet, og e er kappens tykkelse.

Ut fra de målinger som er utført av søkeren, er permeabiliteten Pe i størrel-sesorden 10"<7> cnvVcm.s.bar for permeabiliteten ved ca. 100°C, for PVDF eller PA 11 til H2S (PVDF er polyvinylidenfluorid og PA 11 er polyamid 11).

For en kappe med en innvendig diameter på 15 cm, er således overflaten per rørmeter S = 4712 cm<2>.

Ved et H2S-trykk på 3 bar og en kappetykkelse på 7 mm, er den daglige gasstrøm Q i størrelsesorden: Q = (10"<7*>4712)/0,7<*>3<*>24<*>3600 = 174 cm<3>/dag.

Betraktes H2S som en perfekt gass, vil én mol H2S svare til et volum på 22400 cm3, og følgelig vil 174/22400 = 0,0078 mol/dag av H2S trenge inn i en lengdeenhet av angjeldende kappe, hvilket gir ca. 2,85 mol/år.

Denne tilnærmete teoretiske beregning tar ikke hensyn til kappeoverflatens maskeringseffekt av metallarmeringen som omgir kappen. Det er kjent at i struk-turer såsom armerte slanger, er permeabiliteten minst dividert med en faktor stør-re enn 2.

Dersom kappen ikke er i direkte kontakt med fluidet kan dessuten gjennom-snittstemperaturen være betydelig under 100°C, hvilket i stor grad minsker termo-plastkappens permeabilitet.

Det skal også bemerkes at ren H2S ved et trykk på 3 bar ble tatt i betraktning ved denne beregning, hvilket svarer til ca. 300 bar i et fluid omfattende 1 % H2S.

Med kjennskap til plastkappens permeabilitetshastighet, enten ved beregning eller ved forsøk, bestemmes mengden av nøytraliseringsmiddel for syregassene i et fluid som skal inkorporeres i det ekstruderbare termoplastmateriale for å beskytte mot permeabiliteten til en kappe laget av nevnte materiale, i henhold til gitte driftsbetingelser.

For en kappe med en innvendig diameter på 15 cm og en tykkelse 0,7 cm, er polymervolumet ca. 3450 cm<3>. For polymerer hvis densitet er ca. 1, vil 1 meter kappe veie 3450 g.

I betraktning av ovennevnte reaksjoner, er de følgende andeler nødvendig for å nøytralisere 2,8 mol H2S per år og per meter rør:

for ZnO 228g, dvs en andel på 6,6 vektprosent

for PbO 624 g, dvs en andel på 17,3 vektprosent for HEPA 285 g, dvs en andel på 8,3 vektprosent.

Det er således klart at kappene som omfatter slike midler kan fremstilles for en aktiv kapasitet på flere år.

Når det gjelder C02, hvis verdi for permeabilitet gjennom kappene er i samme størrelsesorden som for H2S, kan det utføres en liknende beregning, som viser at ladninger beregnet for C02-behandling kan inkorporeres i et termoplastmateriale for fremstilling av en kappe ifølge oppfinnelsen. Figur 1 viser en fleksibel rørkonstruksjon omfattende en indre stamme laget av sammenfestet stålbånd eller sammenfestet eller sammenpasset tråd 1, en tetningskappe 2, et lag av sammenfestete eller sammenpassete tråder 3, en kappe 4, armering 5, en strimmel 6 og en ytterkappe 7. Minst én av kappene 2 og 4 er fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse, fortrinnsvis innerkappen 2. Det vil være klart at kappene kan bestå av flere lag og omfatte et første lag av termoplast uten en kjemisk aktiv produktladning og av et andre lag lik kappen ifølge foreliggende oppfinnelse. Laget ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis utenpå det første lag i forhold til rørledningens akse. Foreliggende oppfinnelse angår også en fleksibel rørledning uten innerstammen 1. Kappene er fremstilt av blandinger som er utført ved termoplastmaterialets smeltetemperatur ved å tilsette ladninger av nøytraliseringsmidler, forut for ekstrudering, eventuelt på en kjerne. Figur 2 viser et metallrør 8 omfattende en innerforing som omfatter minst én kappe 9 ifølge foreliggende oppfinnelse. Innsetting av foringen i røret 8 utføres ved hjelp av kjente teknikker for slik innsetting.

Eksperimentelle forsøk

Termoplastmaterialet (PE) som anvendes, er en kopolymer basert på etylen og C3 til C8-olefiner levert av FINA med referanse FINATHENE 3802.

Nøytraliseringsforsøk

En membran med 70 mm diameter og 2 mm tykkelse fremstilles av PE blandet med basen. Membranen er innesluttet i en CO2- eller H2S-atmosfære. Prøvens massevariasjon etter inneslutning, fulgt av vakuum-desorpsjon ved 40°C i åtte timer, gir utbyttet.

1) PE tilsatt dødbrent kalk Ca( OH)^

Blanding av PE og 50 vektprosent Ca(OH)2 og 5 % av et kompatibilitetsprodukt (f.eks. LOTADER fremstilt av ATOCHEM Comany). Inneslutningstrykk 40 b ved 80°C i syv dager.

Utbyttet er forholdet mellom Am og den teoretiske massevariasjon beregnet fra fullstendig nøytralisering.

2) PE tilsatt PbO

Inneslutningstrykk 15 b av H2S ved 20°C i syv dager.

Prøve: blanding av PE + 20 % PbO.

Permeabilitetsforsøk

Permeabilitetsforsøket ble utført ved 40 b av C02 ved 80°C.

I en celle adskiller PE-termoplastmembranen to kamre. Et kammer inneholder gassen under trykk, det andre er ved atmosfærisk trykk.

Trykkøkingen med tiden registreres i nedstrømskammeret. Forsinkelses-tiden regnes fra det tidspunkt hvor gassen strømmer gjennom membranen under stabil tilstand.

Claims (15)

1. Kappe for transport av fluider som inneholder minst av syregassene H2S og CO2, kappen omfatter et metallelement og, anordnet på innsiden av metallelementet, en ringformet kappe laget av et ekstruderbart termoplastmateriale, karakterisert ved at kappen omfatter en bestemt andel av produkter som er kjemisk aktiv med nevnte syregasser for på den måten å irreversibelt nøytralisere de korrosive virkninger av nevnte gasser og å forhindre korrosive virkninger på nevnte metallelement.

2. Kappe ifølge krav 1, karakterisert ved at de aktive produkter omfatter metalloksider valt fra gruppen bestående av PbO, ZnO, CuO, CdO, NiO, CoO, Sn02 og M0O3.

3. Kappe ifølge krav 1, karakterisert ved at de aktive produkter omfatter aminer.

4. Kappe ifølge krav 1, karakterisert ved at de aktive produkter omfatter alkaliske oksider og alkaliske jordartoksider.

5. Kappe ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte aminer er polyetylen plyaminer.

6. Kanal ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte alkaliske oksider og alkaliske jordartoksider er CaO.

7. Kappe ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at termoplastmaterialet omfatter polyolefiner, polyamider eller fluorpolymerer.

8. Anvendelse av kappen ifølge et av kravene 1 til 7 for utforming av en fleksibel rørledning med metallarmering for transport av petroleumseffluenter omfattende H2S eller C02.

9. Anvendelse av kappen ifølge et av kravene 1 til 7 for utforming av et stivt metallrør for transport av effluenter omfattende H2S eller CO2.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av en kappe for transport av fluider som inneholder minst en av syregassene H2S og CO2, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: - å bestemme permeabilitetshastigheten til nevnte syregasser for en kappe laget av et ekstruderbart termoplastmateriale, - å bestemme, som en funksjon av nevnte permeabilitetshastighet og som en funksjon av arbeidsforholdene, en andel av produkter som er kjemisk aktive med nevnte syregasser for på den måten å irreversibelt nøytralisere de korrosive virkninger av gassene og å forhindre korrosive virkninger på et metallelement, - å fremstille kappen ved å anordne nevnte kappe på innsiden av nevnte metallelement, nevnte kappe omfatter nevnte andel av kjemisk aktive produkter.

11. Fremgangsmåsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at nevnte aktive produkter omfatter metalloksider valgt fra gruppen bestående av PbO, ZnO, CuO, CdO, NiO, CoO, Sn02 og M0O3.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at nevnte aktive produkter omfatter aminer.

13. Fremgangsmåte som omtalt i krav 10, karakterisert ved at nevnte aktive produkter omfatter alkaliske oksider og alkaliske jordartoksider.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at nevnte aminer er polyetylen polyaminer.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at nevnte alkaliske oksider og alkaliske jordartoksider er CaO.