NO339156B1

NO339156B1 - Aksialarmert slange

Info

Publication number: NO339156B1
Application number: NO20085293A
Authority: NO
Inventors: Joel Aron Witz; Gerard Anthony Hall; David Cox
Original assignee: Bhp Billiton Petroleum Pty Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2016-11-14
Also published as: CA2656250A1; US8356636B2; CN101542178A; EA014577B1; JP2014052079A; GB0612991D0; ES2425238T3; MY161828A; CA2656250C; BRPI0713205A2; AU2007263594B2; WO2008001114A1; AU2007263594A1; JP5746822B2; EA200970070A1; JP2009542982A; US20100059133A1; NO20085293L; EP2041466B1; SG173325A1

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en slange, slik det framgår av den innledende del av patentkrav 1. Oppfinnelsen er særlig relatert til slanger som kan benyttes under kryogene forhold.

Bakgrunn

Typiske anvendelser for slanger omfatter pumping av fluider fra et fluidreservoar under trykk. Eksempler inkluderer tilførsel av domestisk varmeolje eller LPG til en dampkjele; transportere produsert oljefeltvæsker og/eller gasser fra en stasjonær eller flytende produksjonsplattform til lasterommet på et skip, eller fra et lasterom til en landbasert lagringsenhet; levering av drivstoff til racerbiler, særlig ved påfylling i formel 1; og transport av korrosive fluider, så som svovelsyre.

Det er velkjent å benytte en slange for transport av fluider, så som kondenserte gasser, ved lav temperatur. Slike slanger blir vanligvis brukt for å transportere kondenserte gasser så som kondensert naturgass (LNG) og kondensert propangass (LPG).

For at slangen skal være tilstrekkelig fleksibel, må enhver gitt lengde være i det minste delvis konstruert av fleksible materialer, dvs. ikke-rigide materialer.

Strukturen av slike slanger omfatter vanligvis et rørformet skrog av fleksibelt materiale arrangert mellom indre og ytre spiralviklete støttende vaiere. Det er vanlig at de to vaierne vikles med samme gjengeavstand, men at viklingene er forskjøvet med en halv gjengeavstand. Det rørformete skroget omfatter vanligvis et indre og ytre lag av et mellomliggende forseglingslag. Det indre og ytre laget gir strukturen styrke til å frakte fluidet. Vanligvis omfatter det indre og ytre laget av det rørformete skroget stofflag dannet av en polyester så som polyetylentereftalat. Det mellomliggende tetningslaget gir en forsegling for å hindre at fluidet penetrerer slangen, og er vanligvis en polymerfilm.

De støttende vaierne blir vanligvis påført under trykk, rundt innside- og utsideoverflatene av det rørformete skroget. De støttende vaierne fungerer hovedsakelig for å opprettholde geometrien av det rørformete skroget. Videre kan den ytre vaieren fungere for å begrense overdreven ringdeformasjon av slangen under høyt trykk. De indre og ytre vaierne kan også fungere for å motvirke knusing av slangen.

En slange av denne generelle typen er beskrevet i EP 0076540A1. Slangen beskrevet i denne spesifikasjonen inkluderer et mellomliggende lag av biaksialt orientert polypropylen, som er sagt å forbedre slangens evne til å motstå materialtretthet forårsaket av gjentatt bøyning.

En annen slange er beskrevet i GB-2223817A. Slangen beskrevet i denne publikasjonen er en komposittslange omfattende en indre spiralformet metallisk kjerne, et antall lag plastmaterialfibre og -filmer viklet rundt kjernen, og i det minste ett lag glassduk og i det minste et lag aluminiumsfolie plassert tilstøtende hverandre og viklet på plastmaterialet, og en ytre spiralformet metallisk utformer. Denne slangen er sagt å være egnet for å transportere brennbare drivstoff og oljer. Ulike forbedringer av komposittslange er beskrevet i vår WO01/96772, WO 2004/044472 og WO 2004/079248, innholdet er tatt med her ved referanse.

En annen slangestruktur er omtalt i US3856052.

Nok et eksempel fra den kjente teknikk er GB 1019 370, som beskriver et armert fleksibelt slangerør bestående av en spiral av selvbærende materiale med en fleksibel vegg som omfatter en eller flere plastremser som dekker spiralen. Slangerøret er forsynt med forsterkninger, men disse er framskaffet i form av et antall langsgående armeringstråder eller tråder som er viklet inntil tredve grader med hensyn til slangerøraksen.

Formål

Formålet med oppfinnelsen er å framskaffe et aksialt forsterkningsmiddel for en slange, hvorved slangen kan motstå større aksial spenning enn det som tidligere har vært mulig, uten å svekke de andre egenskapene av slangen.

Oppfinnelsen

Dette formålet oppnås med en slange ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de uselvstendige kravene.

I samsvar med et første aspekt av oppfinnelsen er det framskaffet en slange omfattende et rørformet skrog av fleksibelt materiale arrangert mellom indre og ytre gripeelement, hvor slangen videre omfatter et aksialt forsterkningsmiddel egnet til å redusere deformasjon av det rørformete skroget når det rørformete skroget er utsatt for aksial spenning, hvor det aksiale forsterkningsmidlet omfatter en rekke aksiale forsterkningsremser som strekker seg langs lengden av slangen.

Ved hjelp av dette arrangementet forbedrer de aksiale forsterkningsmidlene slangens evne til å takle aksiale belastninger. I tillegg er fortrinnsvis materialene i det rørformete skroget og de aksiale forsterkningsmidlene kompatible slik at de hver yter på lignende måte når de er i bruk, slik at ingen enkeltkomponent blir utsatt for overdreven påkjenning og belastning. Dette betyr at materialene i det rørformete skroget og de aksiale forsterkningsmidlene reagerer på belastning på lignende måte.

De aksiale forsterkningsremsene er særlig nyttige i en slange for slangeanvendelser hvor slangen er hengt opp mellom to punkter og slangen bærer sin egen vekt pluss vekten av fluidet uten noe mellomliggende støtte.

De aksiale forsterkningsremsene er fortrinnsvis spredt med lik avstand rundt omkretsen av slangen. Det kan være to, tre, fire, fem, seks, sju, åtte eller flere remser. Mer foretrukket er det tre, fire, fem eller seks remser, hvor fire eller seks striper er mest foretrukket.

Fortrinnsvis er hver aksiale forsterkningsremse laget av et stoff som har renning og veft. Mer foretrukket er renningen i hver aksiale forsterkningsremse arrangert ved en vinkel på 0 ° til 10 ° på den langsgående aksen av slangen. Enda mer foretrukket er renningen i hver aksiale forsterkningsremse arrangert ved en vinkel på 0 ° til 5 ° på den langsgående aksen av slangen. Mest foretrukket er renningen i hver aksiale forsterkningsremse arrangert ved en vinkel på 0 ° til 2 ° på den langsgående aksen av slangen

Remsene kan holdes på plass ved bruk av tap eller remser vikles omtrent periferisk som en fabrikasjonshjelp under konstruksjonen av slangen. Disse tapene kan framstilles fra naturlige fibre (f.eks. bomull) eller kunstige fibre (f.eks. polyester). Ved ferdiggjøring av slangen avhjelper trykket som påføres av de indre og ytre gripeelementene ytterligere, for å holde remsene inne i det rørformete skroget.

Hver remse er fortrinnsvis fri til å bevege seg relativt til resten av slangen, under bøying av slangen, osv, remsene er fortrinnsvis ikke sikkert festet til resten av slangen.

Slangen inkluderer fortrinnsvis også et endebeslag plassert ved hver langsgående ende av slangen. Endebeslagene er fortrinnsvis festet sikkert til det rørformete skroget og de aksiale forsterkningsremsene. Når en kraft påføres for å strekke slangen aksialt, motstår den eller hver aksiale forsterkningsremse strekkraften. Egnete endebeslag er beskrevet i WO01/96772 og WO 2004/044472. For eksempel kan remsene være festet inne i slangens rørformete skrog som er spent fast i endebeslaget, som kan være holdt av endebeslagene ved å spenne fast ved mekanisk holding, eller ved dyptrekking eller krymping eller vaierbinding med eller uten bruk av epoksyresin i endebeslagene. I en utførelse kan remsene være avsluttet hver for seg (for eksempel, som vist i WO2004/044472 eller ved bruk av en ring hvor remsen er tatt rundt og sydd tilbake på seg selv). Bredden av de aksiale forsterkningsremsene er fortrinnsvis slik at de aksiale forsterkningsremsene, i kombinasjon, dekker fra 10 til 90 % av omkretsen av slangen som ligger under remsen, dvs. 90 til 10 % av omkretsen er fortrinnsvis ikke dekt.

I en foretrukket utførelse er fortrinnsvis bredden av de aksiale forsterkningsremsene slik at de aksiale forsterkningsremsene, i kombinasjon, dekker fra 20 til 50 % av omkretsen av slangen som ligger under remsen, dvs. 80 til 50 % av omkretsen er fortrinnsvis ikke dekt. For eksempel, for en 200 mm slange med en total remsedekning på omtrent en tredel, og tre remser med likt mellomrom; vil bredden av den enkelte remsen være Pi ganger 200 mm ganger en tredjedel gange en tredjedel, for å gi en bredde for den enkelte remsen på omtrent 70 mm. For fire remser vil bredden av den enkelte remsen være ca 52 mm. Bredden av remsen er avstanden fra én langsgående kant til den andre, i en retning som er vinkelrett på den langsgående aksen av remsen.

Det er foretrukket at hver enkelt remse har en bredde som dekker fra omtrent 5 % til omtrent 20 % av den totale omkretsen av den underliggende delen av slangen.

Det er foretrukket at den aksiale forsterkningsremsen ikke strekker seg rundt hele omkretsen av slangen. Det er også foretrukket at den aksiale forsterkningsremsen ikke er framskaffet i form av et rør rundt slangen.

I den foretrukne utførelsen er et antall remser arrangert slik at de bare har en liten effekt på bøyestivhet/fleksibilitet av slangen, men gir en proporsjonalt størreøkning i aksial stivhet. Renningen i remsen(e) er fortrinnsvis rettet inn med den langsgående aksen for slangen.

Slangen kan være utformet med en rørformet aksial forsterkningsflette, som beskrevet i WO01/96772. Den rørformete fletten kan f.eks. være plassert mellom de aksiale forsterkningsremsene og det rørformete skroget, eller mellom de aksiale forsterkningsremsene og det ytre gripeelementet.

Det er særlig foretrukket at de aksiale forsterkningsmidlene er av ikke-metallisk materiale, særlig et plastmateriale - egnete materialer er diskutert i detalj nedenfor. Dette er fordi det er lite trolig at metalliske materialer harde ønskete belastningsegenskapene.

Det er foretrukket at det rørformete skroget og de aksiale forsterkningsmidlene omfatter det samme materialet, mest foretrukket ultrahøy-molekylærvekts polyetylen (UHMWPE), som beskrevet i ytterligere detalj nedenfor.

Det rørformete skroget omfatter fortrinnsvis i det minste ett forsterkende lag og i det minste ett tettende lag. Mer foretrukket er det i det minste to forsterkende lag med et tettende lag presset mellom.

Fortrinnsvis er det framskaffet et ytterligere forsterkende lag mellom de ytre gripeelementet og det aksiale forsterkningsmidlet.

Den maksimale styrken av det forsterkende laget er fortrinnsvis mellom 100 og 700 nN for en 8"

(200 mm) diameters slange. Det er foretrukket at bøyestyrken ved sammenbrudd av det forsterkende laget er i området 2 til 15 %. Fortrinnsvis er ytterligere forsterkende lag av det samme materialet som de aksiale forsterkende midlene, mest foretrukket UHMWPE.

Materialene som benyttes for å lage slangen bør velges slik at slangen kan yte i det miljøet som den er tiltenkt. Det er derfor et behov for at slangen skal kunne transportere trykksatte fluider, uten at fluidet lekker ut gjennom veggene i slangen. Det er også et behov for at slangen skal motstå repetert bøying, og motstå aksiale påkjenninger forårsaket av kombinasjonen av vekt fra slangen og fluidet. Også, dersom slangen er ment for transport av kryogene fluider, bør materialene kunne fungere ved ekstremt kalde temperaturer, uten betydelig reduksjon i ytelse.

Hovedformålet med det forsterkende laget eller lagene er å motstå ringpåkjenninger som slangen er utsatt for, under transport av fluider. Ethvert forsterkende lag med den nødvendige graden av fleksibilitet og som kan motstå de nødvendige påkjenningene, vil være tilfredsstillende. Og dersom slangen er ment for å transportere kryogene fluider, må det eller hvert forsterkende lag kunne motstå kryogene temperaturer.

Vi foretrekker at det eller hvert forsterkende lag er dannet av et platemateriale som er viklet til en rørform ved å vikle platematerialet på en sprialmåte. Dette betyr at det eller hvert forsterkende lag ikke har mye motstand mot aksiale påkjenninger, ettersom påføringen av en aksial styrke vil tendere til å trekke vindingene fra hverandre. Det eller hvert forsterkende lag kan omfatte et enkelt kontinuerlig lag av platematerialet, eller kan omfatte to eller flere enkle kontinuerlige lag av platematerialet. Imidlertid er det mer vanlig (og avhengig av lengden på slangen) at det eller hvert lag av platematerialet formes av et antall separate lengder av platematerialet arrangert langs lengden av slangen.

I den foretrukne utførelsen omfatter hvert forsterkende lag et stoff, mest foretrukket et vevd stoff. Det eller hvert forsterkende lag kan være av naturlig eller syntetisk materiale. Det eller hvert forsterkende lag er hensiktsmessig dannet av en syntetisk polymer, så som en polyester, et polyamid eller polyolefin. Den syntetiske polymeren kan være framskaffet i form av fibre, eller et garn hvorfra stoffet er dannet.

Når det eller hvert forsterkende lag omfatter polyester, så er det fortrinnsvis polyetylentereftalat.

Når det eller hvert forsterkende lag omfatter et polyamid, kan det være et alifatisk polyamid, så som et nylon, eller det kan være et aromatisk polyamid, så som en aramidforbindelse. For eksempel kan det eller hvert forsterkende lag være et poly-(p-fenylentereftalamid) så som KEVLAR (registrert varemerke).

Når det eller hvert forsterkende lag omfatter et polyolefin, så kan det være en polyetylen-, polypropylen- eller polybutylen-homopolymer, eller en kopolymer eller terpolymer av det, og det er fortrinnsvis monoaksialt eller biaksialt orientert. Mer foretrukket er polyolefinet et polyetylen, og mest foretrukket er polyetylenet en høymolekylvekts polyetylen, særlig UHMWPE.

UHMWPE benyttet i den foreliggende oppfinnelsen vil vanligvis ha en veid gjennomsnittlig molekylvekt over 400,000, vanligvis over 800,000, og vanligvis over 1 000 000. Den veide gjennomsnittlige molekylvekten vil vanligvis ikke overstige omtrent 15 000 000. UHMWPE er fortrinnsviskarakterisert veden molekylvekt fra omtrent 1 000 000 til6 000 000. UHMWPE som er mest nyttig i den foreliggende oppfinnelsen er i høy grad orientert og ville vanligvis ha blitt strekt i det minste 2-5 ganger i en retning og i det minste 10-15 ganger i den andre retningen.

UHMWPE mest nyttig den foreliggende oppfinnelsen, vil vanligvis ha en parallell orientering større enn 80 %, mer vanlig større enn 90 %, og fortrinnsvis større enn 95 %. Krystalliniteten vil vanligvis være større enn 50 %, mer vanlig større enn 70 %. En krystallinitet opptil 85-90 % er mulig.

UHMWPE er for eksempel, beskrevet i US-A-4344908, US-A-4411845, US-A-4422993, US-A-4430383, US-A-4436689, EP-A-183285, EP-A-0438831, og EP-A-0215507.

Det er særlig fordelaktig at det eller hvert forsterkende lag inneholder svært orientert UHMWPE, så som det som er tilgjengelig fra DSM High Performance Fibres BV (et nederlandsk firma) under handelsnavnet DYNEEMA, eller det som er tilgjengelig fra US firmaet AlliedSignal Inc. under handelsnavnet SPECTRA.

Ytterligere detaljer om DYNEEMA er gitt i en handelsbrosjyre med tittelen "DYNEEMA; the top performance in fibers; properties and application" utgitt av DSM High Performance Fibers BV, utgave 02/98. Ytterligere detaljer angående SPECTRA er gitt i en handelsbrosjyre med tittelen "Spectra Performance Materials" utgitt av AlliedSignal Inc., utgave 5/96. Disse materialene har vært tilgjengelige siden 1980 tallet.

I den foretrukne utførelsen omfatter det eller hvert forsterkende lag et vevd stoff dannet av fibre arrangert i veft og renningretning. Det er funnet særlig fordelaktig dersom det eller hvert forsterkende lag er arrangert slik at stoffrenningretningen har en vinkel på mindre enn 20 ° på den aksiale retningen av slangen; det er også foretrukket at denne vinkelen er større enn 5 °. I den foretrukne utførelsen er det eller hvert forsterkende lag arrangert slik at stoffrenningretningen har en vinkel på 10 ° til 20 °, mest foretrukket omtrent 15 ° på den aksiale retningen av slangen.

Formålet med det tettende laget er primært å hindre lekkasje av transporterte fluider gjennom det rørformete skroget. Ethvert tettende lag som har den nødvendige graden av fleksibilitet, og som kan gi denønskete tettende funksjonen, vil derfor være tilfredsstillende. Også dersom slangen er ment for å transportere kryogene fluider, må det tettende laget være i stand til å motstå kryogene temperaturer.

Det tettende laget kan være laget av de samme basismaterialene som det eller de forsterkende lagene. Som et alternativ kan det forseglende laget være en fluorpolymer, så som: polytetrafluoretylen (PFTE); en fluorinert etylen-propylen-kopolymer, så som en kopolymer av heksafluorpropylen ogtetrafluoretylen (tetrafluoretylen-perfluoropropylen) tilgjengelig fra DuPont Fluoroproducts under handelsnavnet Teflon FEP; eller et fluorinert hydrokarbon-perfluoralkoksy - tilgjengelig fra DuPont Fluoroproducts under handelsnavnet Teflon PFA. Disse filmene kan være dannet ved ekstrusjon eller ved blåsing.

Vi foretrekker at det tettende laget dannes av et platemateriale som er viklet til en rørform ved å vikle platematerialet på en sprialmåte. Som for forsterkende lag, betyr dette at det eller de tettende lag ikke har mye motstand mot aksiale påkjenninger, ettersom påføringen av en aksial kraft vil tendere til å trekke viklingene fra hverandre. Det tettende laget kan omfatte et enkelt kontinuerlig lag av platematerialet, eller det kan omfatte to eller flere enkle kontinuerlige lag av platematerialet. Det er imidlertid mer vanlig (og avhengig av lengden på slangen) at det eller hvert lag av platematerialet vil være dannet av et antall separate lengder av platemateriale arrangert langs lengden av slangen. Dersom det erønskelig kan det tettende laget omfatte en eller flere krympbare tettende hylser (dvs. rørformet) som er arrangert over det indre forsterkende laget. Det er foretrukket at det tettende laget omfatter et antall overlappende lag av film. Fortrinnsvis er det i det minste 2 lag, mer foretrukket i det minste 5 lag, og enda mer foretrukket i det minste 10 lag. I praksis kan det tettende laget omfatte 20, 30, 40, 50, eller flere lag av film. Den øvre grensen for antall lag avhenger av den totale størrelsen av slangen, men det er usannsynlig at det vil være nødvendig med mer enn 100 lag. Vanligvis vil i det meste 50 lag være tilstrekkelig. Tykkelsen av hvert lag film vil vanligvis være i området 50 til 100 mikrometer.

Det vil selvsagt, oppfattes at mer enn ett tettende lag kan framskaffes.

En særlig foretrukket utførelse av det tettende laget er beskrevet nedenfor.

Hver aksiale forsterkningsremse kan også være dannet av det samme materialet som det eller hvert forsterkningslag. Det vil derfor være klart at de aksiale forsterkningsremsene, det eller hvert forsterkende lag og det tettende laget kan alle være dannet fra den samme basisforbindelsen. Formen av forbindelsen må imidlertid være forskjellig for å gi den nødvendige funksjonen, dvs. de aksiale forsterkningsremsene gir en funksjon med aksial forsterkning, det eller hvert forsterkende lag gir en forsterkning mot ringpåkjenninger og det tettende laget gir en tettende funksjon. Vi har funnet at UHMWPE materialene er mest egnet, særlig DYNEEMA og SPECTRA produktene. Det har også vist seg at disse materialene fungerer godt under kryogene forhold. De foretrukne parameterne av UHMWPE (molekylvektområde etc.) diskutert ovenfor i forbindelse med forsterkende lag, er også egnet for de aksiale forsterkningsmidlene. I dette henseende bør det imidlertid bemerkes at parameterne av UHMWPE benyttet i den aksiale forsterkningsremsen, ikke nødvendigvis er de samme som parameterne for UHMWPE benyttet i forsterkende lag.

Det er mulig for de aksiale forsterkningsremsene å være utformet inne i lagene av det rørformete skroget. Det er imidlertid foretrukket at hver aksiale forsterkningsremse er plassert mellom det rørformete skroget og ett eller flere forsterkende lag og det ytre gripeelementet. De forsterkende lagene som ligger over de aksiale forsterkningsremsene gir et beskyttende dekkende lag under det ytre gripeelementet. I en annen foretrukket utførelse, er i det minste to aksiale forsterkningsremser (fortrinnsvis mer enn to, f.eks. tre eller fire) framskaffet inne i lagene av det rørformete skroget, og i det minste to ytterligere aksiale forsterkningsremser (fortrinnsvis mer enn to, f.eks. tre eller fire) er også framskaffet mellom det rørformete skroget og det ytre gripeelementet.

Det vil forstås av det foregående at et ytterligere lag kan framskaffes over det rørformete skroget, og under det ytre gripeelementet. Det ytterligere laget kan være pakket rundt det rørformete skroget eller det kan være i form av en hylse trukket over det rørformete skroget. Det ytterligere beskyttende laget kan være et beskyttende lag, et forsterkende lag, eller begge deler. De aksiale forsterkende remsene ligger fortrinnsvis under det ytterligere laget.

Når slangen er tiltenkt kryogene anvendelser, er det ønskelig å framskaffe isolasjon over det rørformete skroget. Isolasjonen kan være framskaffet mellom den ytre vaieren og den rørformete mantelen og/eller utenfor den ytre vaieren. Isolasjonen kan omfatte materiale som vanligvis benyttes for å gi isolasjon i kryogent utstyr, så som et syntetisk skummateriale. Det er foretrukket at det aksiale forsterkningsmidlet også er framskaffet rundt det isolerende laget for å komprimere de isolerende lagene og opprettholde deres strukturelle integritet. Det aksiale forsterkningsmidlet rundt isolasjonslaget er fortrinnsvis framskaffet i tillegg til det aksiale forsterkningsmidlet mellom det ytre gripeelementet og det rørformete skroget. En særlig egnet form for isolasjon er framskaffet i ytterligere detalj nedenfor.

I samsvar med et annet aspekt av oppfinnelsen er det framskaffet en slange omfattende et rørformet skrog av fleksibelt materiale arrangert mellom indre og ytre gripeelement, hvor det rørformete skroget omfatter i det minste ett forsterkende lag av vevd stoff dannet av fibre arrangert i veft- og renningretning,karakterisert vedat det eller hvert forsterkende lag er arrangert slik at renningretningen i stoffet har en vinkel på mindre enn 20 °, mer foretrukket mindre enn 15 °, og mest foretrukket mindre enn 10 ° på den aksiale retningen av slangen. Slangen i samsvar med dette aspektet av oppfinnelsen kan være framskaffet med enhver ønsket kombinasjon av de ytterligere trekkene beskrevet i forbindelse med slangen i samsvar med det første aspektet av oppfinnelsen.

I samsvar med et annet aspekt av oppfinnelsen er det framskaffet en framgangsmåte for å lage en slange omfattende:

(a) pakke et indre gripeelement rundt et rørformet kjernerør

(b) pakke et platemateriale rundt det rørformete kjernerøret og det indre gripeelementet, for å gi et rørformet skrog dannet av platematerialet, (c) legge et antall aksialt forsterkende remser langs lengden av det rørformete skroget; (d) pakke et ytre gripeelement rundt hver aksiale forsterkningsremse;

(e) sikre endene av slangen som blir produsert i (d); og

(f) fjerne slangen fra kjernerøret.

Gripeelementene og platematerialet blir fortrinnsvis påført under trykk, for å gi en slange med god strukturell integritet.

Fortrinnsvis omfatter platematerialet i trinn (b) to forsterkende lag, trykt sammen med et tettende lag, som beskrevet ovenfor. I den foretrukne utførelsen er et indre forsterkende lag, i plateform, pakket spiralformet rundt det indre gripeelementet og kjernerøret; deretter er det tettende laget, i plateform, pakket spiralformet rundt det indre forsterkende laget; deretter er det ytre forsterkende laget, i plateform, pakket rundt det forseglende laget. Vanligvis vil det påføres et antall forseglende lag.

Hver aksialt forsterkende remse kan være den samme som de aksiale forsterkningsremsene beskrevet ovenfor.

Det indre og ytre gripeelement blir fortrinnsvis påført i et spiralformet mønster med den samme gjengeavstand, og posisjonen for det ytre spiralformete gripeelementet er plassert med en halv gjengeavstandsforskyvning i forhold til posisjonen for det indre spiralformete gripeelementet.

Mellom trinn (c) og (d) er det fortrinnsvis pakket et ytterligere lag (som kan være beskyttende, forsterkende eller begge) rundt det rørformete skroget over de aksiale forsterkningsremsene. Alternativt kan det ytterligere laget være et rør som trekkes over det rørformete skroget.

Hver polymerfilm av det tettende laget er fortrinnsvis av et polyamid, et polyolefin eller en fluorpolymer.

Når polymerfilmen av det tettende laget omfatter et polyamid, så kan det være et alifatisk polyamid, så som nylon, eller det kan være et aromatisk polyamid, så som en aramisk forbindelse.

Det er foretrukket at en av polymerfilmene i det tettende laget er en polyolefin og at en annen av polymerfilmene i det tettende laget er en fluorpolymer.

Egnete polyolefiner inkluderer en polyetylen-, polypropylen- eller polybutylen-homopolymer, eller en kopolymer eller terpolymer av det. Fortrinnsvis er polyolefin-filmen monoaksialt eller biaksialt orientert. Mer foretrukket er polyolefinet et polyetylen, og mest foretrukket er polyetylenet et polyetylen med høy molekylvekt, særlig UHMWPE, som er beskrevet i mer detalj ovenfor. De foretrukne parameterne av UHMWPE (molekylvektsområde osv.) diskutert ovenfor i forbindelse med de forsterkende lagene, er også egnet for det forseglende laget. I dette henseende skal det imidlertid bemerkes at parameterne av UHMWPE benyttet i det tettende laget ikke nødvendigvis er de samme som parameterne av UHMWPE benyttet i de forsterkende lagene.

Ettersom det tettende laget er ment å gi en tettende funksjon, burde det tettende laget være framskaffet i form av en film som hovedsakelig er ugjennomtrengelig for de transporterte fluider. Det høyst orienterte UHMWPE må framskaffes i en form som har tilfredsstillende tettende egenskaper. Disse produktene er vanligvis framskaffet i form av en fast blokk som kan bearbeides videre for å oppnå materialet i den nødvendige formen. Filmen kan produseres ved å spalte av en tynn film fra overflata av den faste blokka. Alternativt kan filmene være blåste filmer av UHMWPE.

Egnete fluorpolymere inkluderer polytetrafluoretylen (PFTE); en fluorinert etylen-propylen kopolymer, så som en kopolymer av heksafluorpropylen og tetrafluoretylen (tetrafluoretylen-perfluorpropylen) tilgjengelig fra DuPont Fluoroproducts under handelsnavnet Teflon FEP; eller et fluorinert hydrokarbon - perfluoralkoksy - tilgjengelig fra DuPont Fluoroproducts under handelsnavnet Teflon PFA. Disse filmene kan dannes ved ekstrudering eller ved blåsing. Fortrinnsvis omfatter det tettende laget et antall lag av hver av polymerfilmene. I en utførelse kan lagene være arrangert slik at den første og andre polymeren alternerer gjennom tykkelsen av det tettende laget. Dette er imidlertid ikke det eneste mulige arrangementet. I et annet arrangement kan alle lagene av den første polymeren være omgitt av alle lagene av den andre polymeren, eller omvendt.

Vi foretrekker at polymerfilmene av det tettende laget er dannet av en plate av materiale som er viklet til en rørform ved å vikle platematerialet på en spiralmåte. Hver polymerfilm kan omfatte en enkel kontinuerlig plate som er pakket rundt det indre forsterkende laget fra en ende av slangen, til den andre. Imidlertid er det mer vanlig (og avhengig av lengden av slangen) at et antall separate lengder av polymerfilmen vikles rundt det indre forsterkende laget, hver filmlengde dekker en del av lengden av slangen. Dersom det erønskelig kan det tettende laget omfatte i det minste to varmekrympende tette hylser (dvs. rørformet) som er arrangert over det indre forsterkende laget. I det minste to av hylsene bør være av ulikt materiale.

Det tette laget omfatter i det minste to ulike filmer, og disse er fortrinnsvis arrangert på en overlappende måte. Det er foretrukket at det tettende laget omfatter i det minste 5 overlappende lag, mer foretrukket i det minste 10 overlappende lag. I praksis kan det tettende laget omfatte 20, 30, 40, 50, eller flere overlappende lag av film. Den øvre grensen for antall lag avhenger av den totale størrelsen av slangen, men det er lite sannsynlig at det vil være nødvendig med mer enn 100 lag. Vanligvis vil i det meste 50 lag være tilstrekkelig. Tykkelsen av hvert filmlag vil vanligvis være i området 50 til 100 mikrometer. Lagene vil være utgjort av i det minste to ulike typer polymerfilm.

Det vil selvfølgelig forstås at det kan være framskaffet mer enn ett tettende lag.

Det tettende laget omfatter videre i det minste ett lag delvis eller fullstendig omfattende et metall, et metalloksid eller en blanding av disse. I denne spesifikasjonen inkluderer referanser til metallholdige filmer, metalloksidholdige filmer, med mindre annet er oppgitt. Metallaget kan derfor være et lag av metallisk film (dvs. et separat lag som hovedsakelig utelukkende består av et metall, et metalloksid eller en blanding av disse), eller en polymer belagt metallisk film eller en metallisert polymerfilm. Vi foretrekker at metallaget er en polymerbelagt metallisk film. Metallet kan for eksempel, være aluminiumoksid. Polymeren kan for eksempel, være en polyester.

Egnete polymerbelagte metallfilmer inkluderer filmene tilgjengelig fra H i Ff Industrial Film, av Stevenage, England, under handelsnavnene MEX505, MET800, MET800B og MET852; MET800B er foretrukket.

Et ytterligere metallag kan være plassert utenpå det tettende laget. Fortrinnsvis er det ytterligere metallaget plassert mellom det rørformete skroget og det ytre gripeelementet. Rockwoollag kan også plasseres her for å bedre den termiske isolasjonen, fortrinnsvis mellom det tettende laget og det ytre metallaget, målet med dette er å danne et termisk ringrom mellom de to metalllagene.

I de ovenfor beskrevne aspektene av oppfinnelsen, omfatter vanligvis hvert av gripeelementene et sprialformet gripeelement, fortrinnsvis en vaier. Hvert gripeelement er fortrinnsvis i form av en sprial. Sprialene av gripeelementene er vanligvis arrangert slik at de er forskjøvet fra hverandre med en avstand tilsvarende halve gjengeavstanden av spiralen. Formålet med gripeelementene er å gripe det rørformete skroget mellom for å holde lagene av det rørformete skroget intakt og for å gi strukturell helhet for slangen. De indre og ytre vaierne kan for eksempel være av bløtt stål, austenittisk rustfritt stål eller aluminium. Omønskelig, kan vaierne være galvanisert eller dekt med en polymer. Det indre gripeelementet kan ha funksjon for å støtte de ytre lagene av slangen. Det ytre gripeelementet kan ha funksjon for å støtte slangen mot indre trykk fra fluidet inne i slangen, dvs. ring og radiale krefter på slangen.

Det vil forstås at selv om vaierne som utgjør gripeelementene kan ha betydelig strekkstyrke, innebærer arrangementet av vaierne i spiraler at gripeelementene kan deformeres når de utsettes for forholdsvis små aksiale spenninger. Enhver nevneverdig deformasjon i spiralene vil rasktødelegge den strukturelle helheten av slangen.

Slangen i samsvar med oppfinnelsen kan framskaffes for bruk under en lang rekke forhold, så som temperaturer over 100 °C, temperaturer fra 0 °C til 100 °C og temperaturer under 0 °C. Med et egnet materialvalg, kan slangen benyttes ved temperaturer under -20 °C, under -50 °C eller til og med under -100 °C. For eksempel, for LNG transport, kan slangen måtte operere ved temperaturer ned mot -170 °C, eller til og med lavere. Videre er det kontemplert at slangen kan bli benyttet til å transportere flytende oksygen (kokepunkt -183 °C) eller flytende nitrogen (kokepunkt -196 °C), i hvilket tilfelle slangen må kunne operere ved temperaturer på -200 °C eller lavere.

Slangen i samsvar med oppfinnelsen kan også framskaffes for en rekke ulike oppgaver. Vanligvis vil den indre diameter av slangen variere fra omtrent 2 tommer (51 mm) til omtrent 24 tommer (610 mm), mer vanlig fra omtrent 8 tommer (203 mm) til omtrent 16 tommer (406 mm). Vanligvis vil driftstrykket i slangen være i området fra omtrent 500 kPa overtrykk til omtrent 2000 kPa overtrykk, eller muligens opp til omtrent 2500 kPa overtrykk. Disse trykkene er relatert til driftstrykket i slangen, ikke sprengtrykket (som må være flere ganger større). Den volumetriske strømningshastigheten avhenger av fluidmediet, trykket og den indre diameter. Strømningshastigheter fra 1 000 m<3>/h opp til 12 000 m<3>/h er vanlig.

Slangen i samsvar med oppfinnelsen kan også framskaffes for bruk med korrosive materialer, så som sterke syrer,

Det henvises nå til de vedlagte figurene, hvor

Figur 1 er et skjematisk diagram som viser prinsipielle belastningene som slangen i samsvar med oppfinnelsen kan bli utsatt for, under drift; Figur 2 er et skjematisk tverrsnitt av en slange i samsvar med oppfinnelsen; Figur 3 er et utsnitt som viser arrangementet av et forsterkende lag av slangen i samsvar med oppfinnelsen; Figur 4A er et perspektiv riss som viser arrangementet av de aksiale forsterkningsremsene på slangen; Figur 4B er en forstørret del av en av de aksiale forsterkningsremsene; Figurene 5A, 5B, 5C og 5D viser fire anvendelser av en slange i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen; og Figur 6 er et tverrsnitt som viser det tettende laget av en slange i samsvar med oppfinnelsen; Figur 1 viser belastningene som en slange H vanligvis utsettes for, under bruk. Ringpåkjenningen er vist med piler HS og er påkjenningene som opptrer tangentialt på periferien av slangen. De aksiale påkjenningene er vist med piler AS og er påkjenningene som opptrer aksialt langs lengden av slangen H. Den bøyende påkjenningen er vist ved FS og er påkjenningen som opptrer på tvers av

den langsgående aksen av slangen H når den bøyes. Vridningspåkjenningene er vist ved TS og er en vridningspåkjenning som fungerer om den langsgåendeaksen av slangen. Trykkspenning er vist ved CS og er et resultat av påkjenninger påført radialt på det ytre av slangen H.

Ringpåkjenningen HS blir generert av trykket av fluidet i slangen H. Den aksiale påkjenningen AS blir generert av trykket av fluidet i slangen og også av kombinasjonen av vekten av fluidet i slangen og vekten av selve slangen. Bøyepåkjenningen FS er forårsaket av kravet om å bøye slangen H for å posisjonere den skikkelig, og ved bevegelse av slangen under bruk. Vridningspåkjenningen TS er forårsaket av vridning av slangen. Slanger i kjent teknikk er vanligvis i stand til å motstå ringpåkjenningene, HS, bøyepåkjenningene FS og vridningspåkjenningene TS, men er mindre i stand til å motstå de aksiale påkjenningene AS. Av denne årsak, når kjente slanger ble underkastet store aksiale påkjenninger AS, måtte de vanligvis være støttet, for å minimere de aksiale påkjenningene AS.

I figur 2 er en slange i samsvar med oppfinnelsen vanligvis betegnet med 10. For å bedre klarheten, er ikke viklingen av de ulike lagene i figur 2, og i de andre figurene, vist.

Slangen omfatter et rørformet skrog 12 som omfatter et indre forsterkende lag 14, et ytre forsterkende lag 16, og et tettende lag 18 trykt sammen mellom lagene 14 og 16. Aksiale forsterkningsremser 20, som gir aksial forsterkning, er plassert rundt den ytre overflate av det ytre forsterkende laget 16.

Det rørformete skroget 12 og remsene 20 er plassert mellom en indre spiralkveilet vaier 22 og en ytre spiralkveilet vaier 24. De indre og ytre vaierne 22 og 24 er plassert slik at de er forskjøvet fra hverandre med en avstand tilsvarende halve gjengeavstanden for spiralene.

Et isolasjonslag 26 er plassert rundt den ytre vaieren 24. Isolasjonslaget kan være et konvensjonelt isolasjonsmateriale, så som et plastskum, eller det kan være et materiale som beskrevet nedenfor i

Figur 7.

De forsterkende lagene 14 og 16 omfatter vevde stoffer av et syntetisk materiale, så som UHMWPE eller aramidfibre. Figur 3 viser det indre forsterkende laget 14, hvorfra det vil være klart at det indre forsterkende laget 14 omfatter fibre 14a arrangert i renningretning W, og fibre 14b arrangert i veftretning F. For å bedre klarheten er bare lag 14 vist i figur 3. Det ble uventet oppdaget at den aksiale styrken av slangen 10 kan bedres ved å arrangere det indre forsterkende laget 14 slik at det i renningretningen W har en liten vinkel, på mindre enn 20° og vanligvis rundt 15° på den langsgående aksen av slangen 10. Denne vinkelen er antydet med symbolet a i figur 3. Strukturen og orienteringen i det ytre forsterkende laget 16 er hovedsakelig identisk med det indre forsterkende laget 14; vinkelen a for det ytre forsterkende laget 16 kan være den samme som, eller forskjellig fra vinkelen a for det indre forsterkende laget 14.

Det tettende laget 18 omfatter et antall lag plastfilm som er pakket rundt den ytre overflata av det indre forsterkende laget 14 for å gi et fluidtett tetning mellom de indre og ytre forsterkende lagene 14 og 16.

Figurene 4A og 4B viser de aksiale forsterkningsremsene i større detalj. Remsene 20 er dannet av et stoff som har en renning 20a og en veft 20b. Renning er 90 ° på veften, og remsene 20 er arrangert på slangen slik at retningen av renningen er 0 ° på den langsgående aksen av slangen. Som vist i figur 4A, er det fortrinnsvis framskaffet et ytterligere forsterkende og/eller beskyttende lag 30 mellom remsene 20 og det ytre gripeelementet 24.

Som vist i figur 6, omfatter det tettende laget 18 et antall lag 18a film dannet av en første polymer (så som svært orientert UHMWPE) innskutt med et antall lag 18b av en film av en andre polymer (så som PFTE eller FEP), de to polymerene har ulik stivhet. Lagene 18a og 18b er pakket rundt den ytre overflata av det indre forsterkende laget 14 for å gi en fluidtett tetning mellom de indre og ytre forsterkende lagene 14 og 16. Som nevnt ovenfor må ikke nødvendigvis lagene 18a og 18b arrangeres på en alternerende måte. For eksempel, kan alle lagene 18a arrangeres sammen, og alle lagene 18b kan arrangeres sammen.

Slangen 10 kan framstilles med den følgende teknikken. Som en første trinn blir den indre vaieren 22 viklet rundt et støttende kjernerør (ikke vist), for å gi et spiralformet arrangement med en ønsket gjengeavstand. Diameteren av det støttende kjernerøret samsvarer med denønskete indre diameteren av slangen 10. Det indre forsterkende lag 14 blir deretter pakket rundt den indre vaieren 22 og det støttende kjernerøret, slik at renningretning W blir satt ved denønskete vinkelen a.

Et antall lag av plastfilmene 18a, 18b som utgjør det tettende laget 18 blir deretter pakket rundt den ytre overflata av det indre forsterkende lagte 14. Vanligvis vil filmene 18a og 18b ha lengder som er vesentlig mindre enn lengden av slangen 10, slik at et antall separate lengder av filmene 18a og 18b må pakkes rundt det indre laget 14. Filmene 18a og 18b er fortrinnsvis arrangert på en alternerende måte gjennom tykkelsen av det tettende laget 18. Vanligvis kan det være fem separate lag av filmene 18a og 18b gjennom tykkelsen av det tettende laget.

Det ytre forsterkende laget 16 blir deretter pakket rundt det tettende laget 18, slik at renningretningen W blir ved denønskete vinkelen (som kan være a, eller en annen vinkel i nærheten av a). De aksiale forsterkningsremsene 20 blir så lagt over utsiden av det ytre forsterkende laget 16. Den ytre vaieren 24 blir så pakket rundt det ytterligere forsterkende laget 21, for å gi et spiralformet arrangement med en ønsket gjengeavstand. Gjengeavstanden for den ytre vaieren vil vanligvis være den samme som gjengeavstanden for den indre vaieren 22, og posisjonen av vaieren 24 vil vanligvis være slik at kveilene av vaier 24 er forskjøvet fra kveilene av vaieren 22 med en avstand som samsvarer med en halv gjengeavstand; dette er vist i figur 2, hvor gjengeavstanden er benevnt p.

Endene av slagen 10 kan forsegles ved å krympe en mansjett på en innsats inne i slangen 10. Denne slutningen blir vanligvis påført etter at slangen 10 er fjernet fra kjernerøret.

Endene av slangen 10 kan forsegles ved å bruke et endebeslag 200 vist i figur 2. Figur 5A til 5D viser tre anvendelser for slangen 10. I hver av figurene 5A til 5C er et flytende produksjons-, lagrings- og avlessingsfartøy (FPSO) 102 forbundet til en LNG bærer 104 med en slange 10 i samsvar med oppfinnelsen. Slangen 10 fører LNG fra en lagringstank på FPSO 102 til en lagringstank på LNG bæreren 104. I figur 5A, ligger slangen 10 over havnivå 106. I figur 5B, er slangen 10 under havnivå 106. I figur 5C, flyter slangen 10 nært havoverflata. I hvert tilfelle fører slangen 10 LNG uten noe mellomliggende støtte. I fig 5D er LNG bæreren forbundet til en landbasert lagringsfasilitet 108 via slangen 10.

Slangen 10 kan benyttes for mange andre anvendelser bortsett fra anvendelsene vist i figur 5A til 5C. Slangen kan benyttes i kryogene og ikke-kryogene forhold.

Claims

1. Slange (10) omfattende et rørformet skrog (12) av fleksibelt materiale arrangert mellom et indre og ytre gripeelement (22, 24), hvori det rørformete skroget tjener til å transportere fluid gjennom slangen og forhindre fluidlekkasje gjennom skroget, hvori det rørformete skroget omfatter et forsterkende lag (14,16) og et tettende lag (18),karakterisert vedat slangen ytterligere omfatter et antall aksiale forsterkningsremser (20) som strekker seg langs lengden av slangen og er laget av en vev med en renning og veft slik at renningen er arrangert i en vinkel på 0° til 5° med slangens lengdeakse.

2. Slange i samsvar med krav 1,karakterisert vedat bredden av de aksiale forsterkningsremsene (20) er slik at de aksiale forsterkningsremsene (20), i kombinasjon, dekker fra 20 % til 50 % av slange-omkretsen som ligger under remsen (20).

3. Slange i samsvar med krav 1 eller 2,karakterisert vedat de aksiale forsterkningsremsene (20) er jevnt fordelt rundt omkretsen av slangen (10).

4. Slange i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat det er fire til seks aksiale forsterkningsremser (20).

5. Slange i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedå omfatte et endebeslag plassert på hver langsgående ende av slangen (10), og hvor endene av det rørformete skroget (12) og de aksiale forsterkningsremsene (20) er festet sikkert til hvert endebeslag.

6. Slange i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat de aksiale forsterkningsremsene ikke strekker seg rundt hele omkretsen av slangen (10).

7. Slange i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat det rørformete skroget (12) omfatter et indre og ytre forsterkende lag (14,16), og at det tettende laget (18) er presset mellom det indre og ytre forsterkende laget (14,16).

8. Slange i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat det eller hvert forsterkende lag (14,16) av det rørformete skroget (12), og de aksiale forsterkningsremsene (20), alle er laget av det samme polymermaterialet.

9. Slange i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat det eller hvert av de forsterkende lag (14, 16) av det førformete skroget (12), og de aksiale forsterkningsremsene (20), alle er laget av UHMWPE.

10. Slange i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat hver individuelle remse (20) har en bredde slik at den dekker fra omtrent 5 % til omtrent 20 % av den totale omkretsen av den underliggende delen av slangen (10).

11. Slange i samsvar med krav 5,karakterisert vedat hver remse (20) med unntak av endene av samme kan beveges fritt i forhold til resten av slangen (10).