WO2000073695A1 - Stahlrohr mit wärmeisolierung für tiefseerohrleitungen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Stahlrohr mit wärmeisolierung für tiefseerohrleitungen und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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WO2000073695A1
WO2000073695A1 PCT/DE2000/001172 DE0001172W WO0073695A1 WO 2000073695 A1 WO2000073695 A1 WO 2000073695A1 DE 0001172 W DE0001172 W DE 0001172W WO 0073695 A1 WO0073695 A1 WO 0073695A1
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steel pipe
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protective layer
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thermoplastic
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PCT/DE2000/001172
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Allan Boye Hansen
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Thermotite As
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
    • F16L59/143—Pre-insulated pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/02—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials

Definitions

  • the invention relates to a steel pipe with thermal insulation for deep-sea pipelines and a method for its production
  • Polypropylene are not sufficient for this. Due to the compression processes that occur as a result of the water pressure, the foam structure changes in an impermissible manner
  • the object of the present invention is to propose a steel pipe with thermal insulation which is suitable for laying in deep-sea areas, in particular for Water depths of over 1000 m, preferably over 1500 m, is also suitable.
  • a method for producing such a steel tube is also to be proposed
  • the heat-insulated steel pipe has a coating made of a foamed plastic (e.g. foamed polypropylene) which completely surrounds the outside of the steel pipe in a uniform thickness and has a thickness (typically between 10 and 50 mm) sufficient for the respective application for the desired thermal insulation properties
  • a foamed plastic e.g. foamed polypropylene
  • This heat insulation can be composed of a single layer or, if necessary, of several individual layers of the same type or even of different types of materials
  • the individual layers can be of the same or different thickness.
  • this thermal insulation layer made of foamed plastic or a similarly effective and mechanically stable insulation material
  • another insulation layer is placed, which also has an essentially uniform thickness and consists of a fiber-reinforced thermoplastic or fiber-reinforced thermosetting plastic.
  • the fibers are in any case embedded in a matrix made of plastic and have good mechanical properties. These are preferably high-strength fibers with a very large modulus of elasticity, such as carbon fibers (Keflar), ceramic fibers or metal fibers.Fibers with a very large fiber length are preferably used.
  • the plastic layer is selected so that the coating in conjunction with the thermal insulation layer, i.e. using its supporting effect, can withstand the mechanical stresses in very large water depths without collapsing. Due to the extraordinarily good mechanical properties of the fiber-reinforced plastic layer, the shape retention capacity of the whole
  • Thermal insulation fundamentally improved The so-called hoop stiffness of the coating improves drastically, so that the stresses caused by the hydrostatic pressure can be easily met.
  • the stiffening in the outer layer of the thermal insulation protects the foam layer and prevents creeping due to the hydrostatic pressure
  • the layer thickness of the mechanical protective layer is between 2 and approximately 15 mm, preferably 8 to 12 mm, depending on the mechanical characteristics of the material used for this and the heat insulation material used and on the desired water depth (for example 1500 m) for the pipe laying
  • the layer thickness of the mechanical protective layer can be kept smaller when using hardening plastic resins instead of thermoplastic matrix materials for the mechanical protective layer, since the ring stiffness of the hardening plastic resins is higher
  • thermosetting i.e. hardening
  • plastic material for the matrix material of the mechanical protective layer
  • thermosetting mechanical protective layer is still enclosed by a final outer shell, which consists of a Material is formed, which prevents the undesired permeation of water and withstands deformations from bending stresses without problems.
  • the outer shell can therefore be formed, for example, from a thermoplastic material (preferably polypropylene) or from a preferably thin metallic layer, for example from an aluminum foil, by bending the steel pipe (e.g.
  • thermoplastic outer shell of significantly less than 5 mm, preferably less than 2 mm (for example 0.6-1 mm) is sufficient
  • thermosetting mechanical protective layer In order to be able to guarantee the above-mentioned transmission of external axial holding forces with regard to pipe laying, a good bond with the thermal insulation must also be ensured when a thermosetting mechanical protective layer is applied. This can be achieved by material bonding (Adhesive forces) or also by mechanical clamping of the layers (e.g. by
  • a corrosion protection coating can advantageously include an epoxy resin coating.
  • chromating of the steel pipe surface can also be provided.Of course, other corrosion protection systems can also be used.This also applies to an intimate bond between the individual layers to pay attention to power transmission
  • a major advantage of the steel pipe designed in accordance with the invention is that the outer mechanical protective layer, due to its high ring stiffness, is able to bear the major part of the mechanical load due to the hydrostatic pressure prevailing in the intended water depth.
  • this is often undesirable, for example because of the associated corrosion problems
  • the method for producing the insulated steel pipes according to the invention provides that the coating is cleaned, ie freed of rust and dirt, metallic surface is applied
  • Corrosion protection coating is carried out, for which a thin-layer primer with epoxy resin (e.g. 30-100 ⁇ m) and / or chromating of the steel tube surface are suitable. Then or directly onto the cleaned steel tube surface, foam extrusion is used in a manner known per se
  • Heat insulation layer made of foamed thermoplastic plastic preferably applied when this heat insulation layer has become mechanically sufficiently stable by cooling, the steel tube is wrapped tightly with a fiber material, which is either embedded in a matrix of thermoplastic or thermosetting plastic, ie hardenable plastic.
  • thermoplastic thermoplastic
  • the matrix material is a firm, film-like band, which is heated after wrapping and whose matrix material is thereby melted to such an extent that the layers of the film strip lying one above the other join together. The wrapping is then cooled
  • thermosetting matrix material the wrapping can be carried out in a similar manner, for example with the aid of a fiber fabric web impregnated with plastic.
  • filaments can also be wrapped, for example, which are soaked before and / or while and / or after the wrapping with the matrix material Hardening can begin during the winding process and will only be stopped afterwards.
  • the material is a thermosetting material or a material that cures under UV light, it is advisable to run the coated tube through a hardening station. which is equipped with heat radiators or UV lamps to initiate the curing process or to accelerate it drastically
  • the mechanical protective layer over the thermal insulating layer, it is advantageous to introduce the fiber material in the form of filaments or fiber braids, that is to say in a directional manner, in order to optimally emphasize the mechanical support function of the fiber material
  • thermosetting plastics are generally susceptible to cracking under bending stress, it is advisable to provide the mechanical protective layer of such pipes with an outer shell which, for example, in a generally known manner, for example by the tube extrusion process or by the winding process as a layer can be applied from a plasticized thermoplastic plastic Alternatively, it is also possible as a permeation barrier against the ingress of water into surface cracks of the mechanical protective layer to wrap it with a metal layer (e.g. thin sheet or foil preferably made of aluminum) in a helical overlap so that the water does not A corresponding seal must be provided between the overlapping layers.
  • a metal layer e.g. thin sheet or foil preferably made of aluminum
  • This can be implemented, for example, in the form of one or more continuous adhesive strips, which are arranged at least on one of the two longitudinal edges of the film tape used for wrapping in the overlap area
  • Fig. 1 shows a schematic section through a steel tube according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of the inventive method
  • FIG. 3 shows a modification of the diagram of FIG. 2
  • the steel pipe is designated by the reference numeral 1.
  • the foam layer 2 which, for example, consists of foamed polypropylene and has a considerably greater thickness than the thickness of the
  • the mechanical protective layer 3 made of fiber-reinforced thermoplastic is placed around the pipe and completely envelops the foam layer 2
  • the steel tube has, for example
  • polypropylene foam layer which is covered on the outside by a polypropylene layer 10 mm thick reinforced by a carbon fiber fabric.
  • a polypropylene foam layer which is covered on the outside by a polypropylene layer 10 mm thick reinforced by a carbon fiber fabric.
  • Such a tube is suitable for installation in a water depth of 1500 - 2000 m, for example, without significantly reducing its thermal insulation properties
  • the process according to the invention for producing warm-insulated steel pipes for deep-sea applications can be explained using the diagram in FIG. 2.
  • the starting point is a steel pipe produced in a conventional manner in a seamless manner or by welding. After cleaning its surface, this steel pipe is cleaned, for example, by blasting with steel wire grain, in which this surface becomes metallic bright, in a manner known per se with a layer of a foamed plastic, for example foamed polypropylene, then the tube covered with foam is continuously coated with a band-shaped fiber material that has a thermoplastic embedding matrix (for example polypropylene or polyethylene) wrapped The winding takes place with an angle of the fiber material to the longitudinal axis of the steel tube, which lies between 0 ° and 90 ° (e.g. 10 - 45 °). The wound layer of the fiber material is then heated, so that the matrix melts and the individual layers of the
  • Resistance heating which can be used, for example, for melting the thermoplastic matrix material of the outer protective layer.
  • the external heating can also be carried out, for example, by infrared radiation or by means of hot air.
  • the invention is not specific Forms of heating limited Instead of carbon fibers, it is also possible to use other fiber materials, for example glass fibers
  • FIG. 3 shows a modification of the process scheme from FIG. 2.
  • the differences consist on the one hand in that a corrosion protection coating is first applied to the steel tube surface.
  • a fiber material is used for the mechanical protective layer, which is not a thermoplastic but a hardenable one Plastic matrix (eg polyester resin) is embedded. Therefore, after the covering with the fiber material, the matrix material hardens, depending on the type of matrix material
  • the mechanical protective layer is finally covered by an outer shell made of, for example, 0 5-1 mm thick polypropylene (application z B after the winding or the hose extrusion process) in order to obtain reliable protection against open cracks in the mechanical protective layer, which could arise in the event of the steel pipe being bent

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stahlrohr mit einer äußeren thermisch isolierenden Kunststoffumhüllung, die eine thermische Isolierschicht (2) aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere geschäumtes Polypropylen, sowie eine äußere mechanische Schutzschicht (3) aus einem hochfesten Fasermaterial, das in eine thermoplastische oder duroplastische Matrix eingebettet ist, aufweist, wobei die mechanische Schutzschicht (3) in ihrer Dicke so bemessen ist, dass sie in Verbindung mit der thermischen Isolierschicht (2) dem in großen Wassertiefen herrschenden statischen Druck ohne wesentliche Verformung standhält. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Stahlrohres.

Description

Stahlrohr mit Wärmeisolierung für Tiefseerohrleitungen und Verfahren zu seiner Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Stahlrohr mit einer Wärmeisolierung für Tiefseerohrleitungen und ein Verfahren zu dessen Herstellung
Im Zuge der Verlagerung der Tätigkeiten der Offshore-industπe in größere Wassertiefen (beispielsweise über 1500 m Tiefe) und mit zunehmender Bedeutung von langen Rohrleitungen in diesen Wassertiefen sind die Anforderungen an die thermische Isolierung der hierfür eingesetzten Stahlrohre erheblich gestiegen Es müssen nicht nur erhebliche Anforderungen hinsichtlich der thermischen Eigenschaften dieser Isolierungen erfüllt werden, sondern es muss auch den starken mechanischen Beanspruchungen durch den Wasserdruck in diesen Tiefen entsprochen werden Übliche thermische Isolierungen auf der Basis geschäumter Kunststoffe (z.B
Polypropylen) reichen hierzu nicht aus. Durch die infolge des Wasserdrucks eintretenden Kompressionsvorgange verändert sich die Schaumstoffstruktur in unzulässiger Weise
Bis zu einem gewissen Maß kann man diesen negativen Erscheinungen dadurch entgegentreten, dass man den für die Beschichtung verwendeten Kunststoff weniger stark schäumt, so dass dieser eine höhere Dichte behalt Das verbessert zwar die mechanischen Eigenschaften, verschlechtert aber gleichzeitig die Fähigkeit zur thermischen Isolierung Daher ist es notwendig, zur Gewahrleistung einer ausreichenden Wärmeisolierung die jeweiligen Schichtdicken der Isolierung entsprechend zu vergrößern Das wiederum erhöht selbstverständlich die Kosten der Warmeisolierschicht beträchtlich
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stahlrohr mit einer Wärmeisolierung vorzuschlagen, das für die Verlegung in Tiefseegebieten, insbesondere für Wassertiefen von über 1000 m, vorzugsweise über 1500 m, geeignet ist Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlrohrs vorgeschlagen werden
Erfindungsgemaß weist das warmeisolierte Stahlrohr eine Beschichtung aus einem geschäumten Kunststoff (z B geschäumtes Polypropylen) auf, die das Stahlrohr in gleichmäßiger Dicke außen vollständig umgibt und eine für den jeweiligen Anwendungsfall ausreichende Dicke (typischerweise zwischen 10 und 50 mm) für die gewünschten thermischen Isolationseigenschaften besitzt Diese Wärmeisolierung kann aus einer einzigen Schicht oder bei Bedarf auch aus meheren Einzelschichten aus artgleichem oder sogar aus artverschiedenen Materialien zusammengesetzt sein
Dabei können die Einzelschichten gleich oder unterschiedlich dick sein Um diese thermische Isolierschicht aus geschäumtem Kunststoff oder einem ähnlich wirksamen und mechanisch stabilen Isolationsmatenal herum ist eine weitere Isolierschicht gelegt die ebenfalls eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist und aus einem faserverstärkten thermoplastischen oder faserverstärkten duroplastischen Kunststoff besteht Die Fasern sind also in jedem Fall in einer Matrix aus Kunststoff eingebettet und weisen gute mechanische Eigenschaften auf Vorzugsweise handelt es sich um hochfeste Fasern mit einem sehr großen Elastizitätsmodul wie etwa Kohlefasern (Keflar) Keramikfasern oder auch Metallfasern Vorzugsweise werden Fasern verwendet mit sehr großer Faserlange Die Schichtdicke der äußeren faserverstärkten
Kunststoffschicht ist so gewählt, dass die Beschichtung in Verbindung mit der thermischen Isolierschicht, d h unter Ausnutzung von deren Stutzwirkung den mechanischen Beanspruchungen in sehr großen Wassertiefen standhalten kann ohne zu kollabieren Aufgrund der außerordentlich guten mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffschicht wird das Formerhaltungsvermogen der gesamten
Wärmeisolierung grundlegend verbessert Die sogenannte Ringsteifigkeit (hoop stiffness) der Beschichtung verbessert sich drastisch, so dass den Beanspruchungen durch den hydrostatischen Druck ohne weiteres entsprochen werden kann Durch die Versteifung in der äußeren Schicht der Wärmeisolierung wird die Schaumstoffschicht geschützt und ein Kriechen infolge des hydrostatischen Drucks vermieden
Es ist erforderlich, die mechanische Schutzschicht so aufzubringen, dass sie sich fest mit der thermischen Isolierung verbindet (z B verklebt), damit die bei der Absenkung des Rohrstrangs wahrend der Verlegung durch ein Rohrverlegeschiff aufgebrachten axialen Haltekrafte sicher auf den eigentlichen Stahlrohrstrang übertragen werden Typischerweise egt die Schichtdicke der mechanischen Schutzschicht je nach den mechanischen Kennwerten des hierfür verwendeten Materials und des eingesetzten Warmeisolationsmateπals sowie nach gewünschter Wassertiefe (z B 1500 m) für die Rohrverlegung zwischen 2 und etwa 15 mm, vorzugsweise bei 8 bis 12 mm
Im Allgemeinen kann die Schichtdicke der mechanischen Schutzschicht bei Einsatz aushärtender Kunststoffharze anstatt thermoplastischer Matrixwerkstoffe für die mechanische Schutzschicht kleiner gehalten werden, da die Ringsteifigkeit der aushärtenden Kunststoffharze hoher ist
Im Hinblick auf die Verwendung duroplastischen, also aushärtenden Kunststoffmatenals für den Matrixwerkstoff der mechanischen Schutzschicht ist darauf zu achten, dass die einzelnen beschichteten Rohre keinen wesentlichen Biegebeanspruchungen wahrend der Verlegung ausgesetzt werden dürfen, da durch das begrenzte Dehnungsvermogen duroplastischer Materialien in der
Beschichtungsoberflache feine Risse entstehen können, die das Eindringen von Wasser ermöglichen und die thermische Isolierung schadigen wurden Daher ist, um insoweit keine Nachteile zu erleiden, in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die duroplastische mechanische Schutzschicht noch von einer abschließenden Außenhulle eingeschlossen wird, die aus einem Material gebildet ist, welches die unerwünschte Permeation von Wasser verhindert und Verformungen durch Biegebeanspruchungen ohne Probleme schadlos übersteht Die Außenhulle kann daher beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff (vorzugsweise Polypropylen) oder aber aus einer vorzugsweise dünnen metallischen Schicht, etwa aus einer Aluminiumfolie gebildet sein Um durch Biegungen des Stahlrohrs (z B bei der Aufwicklung eines aus Teilstucken zusammengefugten langen Rohrstrangs auf eine große Trommel vor der Verlegung) entstandene feine Risse in der Oberflache der mechanischen Schutzschicht ausreichend sicher vor dem Eindringen vor Wasser zu schützen, reicht eine relativ dünne thermoplastische Außenhulle von deutlich weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 2 mm (z B 0,6 - 1 mm) aus
Um im Hinblick auf die Rohrverlegung die vorstehend bereits erwähnte Übertragung von äußeren axialen Haltekraften gewährleisten zu können, muss auch bei der Aufbringung einer duroplastischen mechanischen Schutzschicht ein guter Verbund mit der thermischen Isolierung sichergestellt werden Dies kann durch stofflichen Verbund (Klebekrafte) oder auch durch mechanische Verklammerung der Schichten (z B durch
Oberflachenprofilierung oder -rauhigkeit) erfolgen
Es empfiehlt sich, das Stahlrohr unter der thermischen Isolierschicht zunächst mit einer Korrosionsschutzbeschichtung zu versehen Diese kann vorteilhafterweise eine Epoxyharzbeschichtung umfassen Zusätzlich oder auch alternativ kann eine Chromatierung der Stahlrohroberflache vorgesehen sein Selbstverständlich sind auch andere Korrosionsschutzsysteme anwendbar Auch hierbei ist wiederum auf einen innigen Verbund der einzelnen Schichten zur Kraftübertragung zu achten
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemaß ausgebildeten Stahlrohrs liegt darin, dass die äußere mechanische Schutzschicht aufgrund ihrer hohen Ringsteifigkeit den wesentlichen Teil der mechanischen Belastung durch den in der vorgesehenen Wassertiefe herrschenden hydrostatischen Druck zu tragen vermag Das bedeutet, dass die Wanddicke des eigentlichen Stahlrohrs erheblich geringer bemessen werden kann, als dies im Falle einer Rohrverlegung in gleicher Wassertiefe ohne eine mechanische Schutzschicht notwendig wäre, um ein Kollabieren des Stahlrohrs infolge des äußeren hydrostatischen Drucks sicher zu vermeiden, auch wenn das Stahlrohr keinen erhöhten Innendruck aufweist Ein solcher äußere Belastungen kompensierender Innendruck kann im Prinzip beispielsweise durch eine Wasserfullung wahrend der Rohrverlegung gewährleistet werden Das ist aber beispielsweise wegen der damit verbundenen Korrosionsprobleme vielfach unerwünscht
Durch die Ausnutzung der Tragfähigkeit der äußeren mechanischen Schutzschicht können somit der Kostenaufwand für die Herstellung und das Gewicht des eigentlichen
Stahlrohrs entsprechend reduziert werden Das bedeutet gleichzeitig wegen des größeren Innendurchmessers bei gleichem Außendurchmesser des Stahlrohrs eine Erhöhung der Transportkapazität der Rohrleitung Ebenfalls vorteilhaft ist die Verringerung der Verlegekrafte (geringere Zugbelastung) infolge des niedrigeren Rohrgewichts Da auch bei Verlegung in großen Wassertiefen keine Flutung der Rohre erfolgen muss, werden dadurch verursachte Korrosionsprobleme von vornherein vermieden
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemaß isolierten Stahlrohre sieht vor, dass die Beschichtung auf eine gereinigte, d h von Rost und Schmutz befreite, metallische Oberflache aufgebracht wird Als erstes kann bei Bedarf eine
Korrosionsschutzbeschichtung erfolgen, wofür sich insbesondere eine dunnschichtige Grundierung mit Epoxyharz (z B 30 - 100 μm) und/oder eine Chromatierung der Stahlrohroberflache eignen Anschließend oder unmittelbar auf die gereinigte Stahlrohroberflache wird in an sich bekannter Weise durch Schaumextrusion die
Warmeisolationsschicht aus geschäumtem thermoplastischem Kunststoff aufgebracht Vorzugsweise wenn diese Warmeisolationsschicht durch Abkühlung mechanisch hinreichend stabil geworden ist, wird das Stahlrohr mit einem Fasermateπal fest umwickelt, das entweder in eine Matrix aus thermoplastischem oder duroplastischem also aushartbarem Kunststoff eingebettet ist Im Falle des thermoplastischen
Matrixwerkstoff handelt es sich um feste, folienartige Bander, die nach dem Umwickeln erwärmt werden und deren Matnxwerkstoff dadurch soweit aufgeschmolzen wird dass sich die übereinander liegenden Lagen des Folienbandes untereinander verbinden Anschließend wird die Umhüllung abgekühlt
Im Falle eines duroplastischen Matrixwerkstoffs kann das Umwickeln in ähnlicher Weise z B mit Hilfe einer mit Kunststoff getränkten Fasergewebebahπ erfolgen Es kann aber beispielsweise auch ein Umwickeln mit Filamenten erfolgen, die vor und/oder wahrend und/oder nach dem Umwickeln mit dem Matnxwerkstoff getrankt werden Die Aushärtung kann wahrend des Wickelvorgangs bereits beginnen und wird jedenfalls erst im Anschluss daran beendet Je nachdem, ob es sich bei dem Matnxwerkstoff um ein warmehartendes oder ein unter UV-Licht härtendes Material handelt, empfiehlt es sich das umhüllte Rohr durch eine Aushartestation laufen zu lassen, die mit Warmestrahlern bzw UV-Strahlern bestuckt ist um den Aushartevorgang zu initiieren bzw drastisch zu beschleunigen
Im Hinblick auf die Ausbildung der mechanischen Schutzschicht über der thermischen Isolierschicht ist es von Vorteil, das Fasermaterial in Form von Filamenten oder Fasergeflechten, also in einer richtungsonentierten Weise einzubringen, um die mechanische Stutzfunktion des Fasermaterial optimal zur Geltung zu bringen
Da duroplastische Kunststoffe im Allgemeinen unter Biegebeanspruchung rissempfind ch sind, empfiehlt es sich, die mechanische Schutzschicht solcher Rohre noch mit einer Außenhulle zu versehen, die z B in allgemein bekannter Weise z B nach dem Schlauchextrusionsverfahren oder nach dem Wickelverfahren als Schicht aus einem plastifizierten thermoplastischen Kunststoff aufgebracht werden kann Alternativ ist es aber auch möglich, als Permeationssperre gegen das Eindringen von Wasser in Oberflachenrisse der mechanischen Schutzschicht diese mit einer Metallschicht (z B dünnes Blech oder Folie vorzugsweise aus Aluminium) schraubenlinienformig überlappend zu umwickeln Damit das Wasser nicht zwischen den überlappenden Schichten seitlich eindringen kann, muss eine entsprechende Abdichtung vorgesehen sein Diese kann beispielsweise in Form eines oder mehrerer durchgehender Klebstoffstreifen verwirklicht werden, die zumindest an einem der beiden Langsrander des zum Umwickeln benutzten Folienbandes im Uberlappungsbereich angeordnet sind
Anhand der in den Figuren dargestellten schematischen Abbildungen wird die Erfindung nachfolgend naher erläutert Es zeigen
Fig 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemaßes Stahlrohr
Fig 2 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemaßen Verfahrens und
Fig 3 eine Abwandlung des Schemas von Fig 2
In der Figur 1 ist ein schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemaßes Rohr dargestellt Das Stahlrohr ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet Um dieses Stahlrohr herum ist die Schaumstoffschicht 2 gelegt, die z B aus geschäumtem Polypropylen besteht und eine erheblich größere Dicke aufweist als die Dicke des
Stahlrohres 1 Als äußerste Schicht ist die aus faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff bestehende mechanische Schutzschicht 3 um das Rohr gelegt und hüllt die Schaumstoffschicht 2 vollständig ein
In einem konkreten Ausfuhrungsbeispiel hat das Stahlrohr beispielsweise einen
Nenndurchmesser von 323,9 mm (12") und eine Wanddicke von 15,88 mm (0,625") wahrend die thermische Isolierung aus einer 50 mm dicken
Polypropylenschaumschicht besteht, die außen von einer durch ein Kohlefasergewebe verstärkten Polypropylenschicht von 10 mm Dicke abgedeckt ist Ein solches Rohr ist für eine Verlegung in einer Wassertiefe von z B 1500 - 2000 m geeignet, ohne dass seine thermischen Isoliereigenschaften wesentlich vermindert werden
Das erfindungsgemaße Verfahren zur Herstellung warmeisoherter Stahlrohre für Tiefseeanwendungen laßt sich an dem Schema in Figur 2 erläutern Ausgangspunkt ist ein in üblicher Weise auf nahtlosem Wege oder durch Schweißen hergestelltes Stahlrohr Dieses Stahlrohr wird nach Reinigung seiner Oberflache z B durch Strahlen mit Stahldrahtkorn, bei der diese Oberflache metallisch blank wird, in an sich bekannter Weise mit einer Schicht aus einem geschäumten Kunststoff, z B geschäumtes Polypropylen, überzogen Anschließend wird das so mit Schaumstoff ummantelte Rohr mit einem bandförmigen Fasermateπal, das eine thermoplastische Einbettungsmatrix (z B Polypropylen oder Polyethylen) aufweist, kontinuierlich umwickelt Das Wickeln erfolgt dabei mit einem Winkel des Fasermatenals zur Langsachse des Stahlrohrs, der zwischen 0° und 90° (z B 10 - 45°) liegt Die aufgewickelte Schicht des Fasermatenals wird anschließend erwärmt, so dass die Matrix schmilzt und die einzelnen Lagen des
Umwicklungsmaterials miteinander verschweißen, so dass sich eine einheitliche äußere mechanische Schutzschicht ergibt Danach wird diese äußere Schutzschicht abgekühlt, so dass man das fertige Endprodukt erhalt Der aufschmelzende thermoplastische Matnxwerkstoff des Fasermatenals verklebt wahrend der Herstellung mit der darunter liegenden Schaumstoffschicht, so dass sich ein sehr inniger Verbund innerhalb der gesamten Isolierung ergibt
Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, vor der Auftragung des geschäumten thermoplastischen Kunststoffs zusätzliche Vorbehandlungsmaßnahmen für die Stahlrohroberflache zu treffen Beispielsweise kann eine Chromatierung der
Stahlrohroberflache und/oder eine Beschichtung mit einem Epoxyharz-Pπmer erfolgen
Bei der Verwendung von Kohlefasern ergibt sich ein besonderer Vorteil dadurch dass diese Fasern elektrisch leitfahig sind, so dass ein elektrischer Strom durch sie hindurchfließen kann Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer
Widerstandserwarmung, die beispielsweise für das Aufschmelzen des thermoplastischen Matrixwerkstoffs der äußeren Schutzschicht herangezogen werden kann Die äußere Erwärmung kann aber auch beispielsweise durch Infrarotbestrahlung oder mittels Heißluft vorgenommen werden Die Erfindung ist nicht auf spezielle Formen der Erwärmung beschrankt Anstelle von Kohlefasern ist auch die Verwendung anderer Faserwerkstoffe möglich, beispielsweise Glasfasern
In Fig 3 ist eine Abwandlung des Verfahrensschemas aus Fig 2 dargestellt Die Unterschiede bestehen zum einen darin, dass auf die Stahlrohroberflache zunächst eine Korrosionsschutzbeschichtung aufgebracht wird Zum anderen wird hier für die mechanische Schutzschicht ein Fasermatenal verwendet, das nicht in eine thermoplastische, sondern in eine aushartbare Kunststoffmatrix (z B Polyesterharz) eingebettet ist Daher findet nach der Umhüllung mit dem Fasermaterial eine Aushärtung des Matrixwerkstoffs statt, die je nach Art des Matrixwerkstoffs durch
Bestrahlung mit UV-Licht oder durch Aufbringen von Warme (z B mittels Heißluft oder Infrarot-Strahler) erfolgen kann In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird die mechanische Schutzschicht noch abschließend von einer Außenhulle aus z B 0 5 - 1 mm dickem Polypropylen abgedeckt (Aufbringung z B nach dem Wickel- oder dem Schlauchextrusionsverfahren), um einen sicheren Schutz gegen offene Risse in der mechanischen Schutzschicht zu erhalten, die im Falle des Biegens des Stahlrohrs entstehen konnten

Claims

Patentansprüche
1 Stahlrohr mit einer äußeren thermisch isolierenden Kunststoffumhullung, die eine thermische Isolierschicht (2) aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere geschäumtes Polypropylen, sowie eine äußere mechanische
Schutzschicht (3) aus einem hochfesten Fasermaterial, das in eine thermoplastische oder duroplastische Matrix eingebettet ist, aufweist, wobei die mechanische Schutzschicht (3) in ihrer Dicke so bemessen ist, dass sie in Verbindung mit der thermischen Isolierschicht (2) dem in großen Wassertiefen herrschenden statischen Druck ohne wesentliche Verformung standhalt
Stahlrohr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schutzschicht (3) auf eine Wassertiefe von mindestens 1000 m, insbesondere mindestens 1500 m ausgelegt ist
Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schutzschicht (3) mit duroplastischer Matrix von einer dichten Außenhulle zur Verhinderung der Permeation von Wasser eingeschlossen ist
Stahlrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhulle aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus
Polypropylen besteht
Stahlrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke der Außenhulle weniger als 5 mm insbesondere weniger als
2 mm betragt
Stahlrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhulle aus einer metallischen Schicht insbesondere aus einer Aluminiumfolie gebildet ist
Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermatenal der Schutzschicht (3) aus Metallfasern und/oder Keramikfasern und/oder Kohlefasern besteht
Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der thermischen Isolierschicht (2) 10 bis 50 mm betragt
Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der mechanischen Schutzschicht (3) 2 bis 15 mm betragt
Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass unter der thermischen Isolierschicht (2) eine Korrosionsschutzbeschichtung angeordnet ist, insbesondere eine Epoxyharzschicht
Stahlrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf der Stahlrohroberflache eine Chromatierungsschicht aufgetragen ist
Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Stahlrohrs (1 ) unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit der mechanischen Schutzschicht (3) deutlich geringer bemessen ist, als dies im
Falle der Verlegung des Stahlrohrs (1 ) in der vorgesehenen Wassertiefe ohne die Stutzwirkung der mechanischen Schutzschicht (3) notwendig wäre, um ein Kollabieren des Stahlrohrs (1 ) als Folge des äußeren hydrostatischen Drucks sicher zu vermeiden, auch wenn das Stahlrohr (1 ) keinen erhöhten Innendruck aufweist Verfahren zur Herstellung eines Stahlrohrs nach Anspruch 1 durch Umhüllung der gereinigten Stahlrohroberflache mit einer Warmeisolationsschicht aus geschäumtem thermoplastischen Kunststoff und anschließendes Umwickeln mit einem in einen thermoplastischen Kunststoff eingebetteten Fasermatenal sowie anschließendes Erwarmen und Aufschmelzen des Matrixwerkstoffs und abschließendes Kuhlen der Umhüllung
Verfahren zur Herstellung eines Stahlrohrs nach Anspruch 1 durch Umhüllung der gereinigten Stahlrohroberflache mit einer Warmeisolationsschicht aus geschäumtem thermoplastischen Kunststoff und anschließendes Umwickeln mit einem in einen aushartbaren Kunststoff eingebetteten Fasermate al sowie anschließendes Ausharten des aushartbaren Kunststoffs
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausharten durch Hindurchfuhren des umhüllten Stahlrohrs durch eine mit Heizstrahlern oder UV-Lichtstrahlern bestuckte Aushartestatioπ erfolgt
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf das mit dem Fasermatenal umhüllte Stahlrohr eine Außenhulle aus thermoplastischem Kunststoff aufgebracht wird
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff der Außenhulle nach dem Wickelverfahren oder nach dem Schlauchextrusionsverfahren aufgebracht wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Fasermatenal umhüllte Stahlrohr mit einer Metallfolie, insbesondere mit einer Aluminiumfolie, überlappend abgedichtet umwickelt wird Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Metallfolie zur seitlichen Abdichtung des Ubertappungsbereichs der Metallfolie an mindestens einem ihrer Rander mit einem durchgehenden Klebestreifen ausgerüstet ist
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermatenal in Form von Filamenten oder Fasergeflechten aufgebracht wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr vor der Aufbringung der thermischen Isolierung mit einer Korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere mit einer Chromatierung und/oder einer Epoxyharz-Beschichtung, versehen wird
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