專利名稱：用于海上應(yīng)用的溫度可調(diào)的管道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度可調(diào)的多層結(jié)構(gòu)的柔性管，其具有未粘合的層。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，這種管在下文中被稱為未粘合的柔性管(英文Unbonded Flexible Pipe)。它對(duì)于來(lái)自傳輸流體的氣體擴(kuò)散具有高的阻力，并因此能夠用于傳輸液態(tài)或者氣態(tài)介質(zhì)，并且能夠特別有利地用于傳輸原油或者天然氣。
背景技術(shù)：
未粘合的柔性管本身是現(xiàn)有技術(shù)的。這種類型的管包含通常是塑料管形式的內(nèi)襯(inner Auskleidung)(其作為防止傳輸流體逸出的阻擋層)，以及包含在所述的內(nèi)襯外面上的一個(gè)或多個(gè)加固層(Armierungsschicht)。未粘合的柔性管可以包含另外的層,例如在內(nèi)襯的內(nèi)側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)加固層，來(lái)防止內(nèi)襯在高的外壓下塌陷。這種類型的內(nèi)加固通常稱作骨骼(Karkasse)。此外還可以存在外包封(jiu β er Umhiil lung),來(lái)提供防止來(lái)自外部環(huán)境的液體進(jìn)入到加固層或者其他內(nèi)部的聚合物或者金屬功能層的阻擋層。在許多情況中，熱塑性塑料層(例如處于纏繞的“抗磨損帶”的形式)被引入到外加固層之間，來(lái)防止該金屬結(jié)構(gòu)由于摩擦而被磨損。典型的未粘合的柔性管作為舉例已經(jīng)描述在W001/61232，US6123114和US6085799 中；它們此外更詳細(xì)地表征在 API Recommended Practice 17B “RecommendedPractice for Flexible Pipe”，第 3 版，2002 年 3 月，和在 API Specification 17J“Specification for Unbonded Flexible Pipe” 第 2 版，1999 年 11 月中。術(shù)語(yǔ)“未粘合的”在上下文中表示了至少兩個(gè)層，包括加固層和塑料層，被設(shè)計(jì)成不是彼此粘合的。該管因此能夠彎曲，并且足夠柔性，以致可以為了運(yùn)輸目的將其卷繞起來(lái)。這種類型的未粘合的柔性管被用于海上應(yīng)用(Offshore-Anwendung)和不同的陸上應(yīng)用的不同的實(shí)施方案中，用于傳輸液體，氣體和漿體。作為舉例，它們可以用于傳輸跨管子的長(zhǎng)度存在非常高的或者極為不同的水壓的流體，例如呈上升管(Steigleitung)的形式，其從海底延伸到處于海平面或者接近海平面的設(shè)備上，并且它們通常還可以作為用于在不同設(shè)備之間傳輸液體或者氣體的管，或者作為處于很深的海底的管，或者作為接近于海平面的設(shè)備之間的管。常規(guī)柔性管中的(一個(gè)或多個(gè))加固層主要由螺旋形排列的金屬絲，型鋼，或者鋼帶構(gòu)成，這里各個(gè)層可以以相對(duì)于所述管的軸不同的纏繞角度來(lái)形成。在現(xiàn)有技術(shù)中，內(nèi)襯通常由下面物質(zhì)構(gòu)成聚烯烴例如聚乙烯(所述聚烯烴也可以是交聯(lián)的)，聚酰胺例如PAll或者PA12，或者聚1，I-偏二氟乙烯(PVDF)。除了這些，還已知的是單-或者多層襯底，其也可以包含由其他材料制成的層。在低于大約40°C的溫度，一些成分會(huì)從原油中析出。這里特別重要的是蠟和可能的水合物的析出，這會(huì)減小所述管的橫截面積。為了即使在低溫也確保運(yùn)輸功能，該管應(yīng)當(dāng)是可加熱的，目的是抑制這種現(xiàn)象。有不同的加熱這種類型管的方式。
W091/18231描述了一種可加熱的柔性管系統(tǒng)，其包含電纜，其連接到導(dǎo)電性的電源上，并且通過(guò)電阻加熱的原理來(lái)產(chǎn)生熱。這種理念的缺點(diǎn)是復(fù)雜的設(shè)計(jì)和在整個(gè)長(zhǎng)度上無(wú)規(guī)律的調(diào)溫。此外，W097/20162描述了一種柔性管系統(tǒng)，這里柔性的內(nèi)部管道被多個(gè)更小的管道所包圍。它們可以用于傳輸工藝介質(zhì)或者電流。對(duì)于控制管系統(tǒng)溫度還可想到的是，讓溫度經(jīng)調(diào)節(jié)的介質(zhì)流過(guò)。這種理念的缺點(diǎn)同樣是復(fù)雜的設(shè)計(jì)，熱損失和在整個(gè)長(zhǎng)度上無(wú)規(guī)律的調(diào)溫。其他申請(qǐng)(W092/11487，W08 5/04941, W02000/66934, W02000/66935 和W02001/07824)涉及到熱絕緣的主題，來(lái)作為被動(dòng)穩(wěn)定介質(zhì)溫度的手段。但是，這里問(wèn)題是經(jīng)常使用的發(fā)泡結(jié)構(gòu)的壓縮穩(wěn)定性。在深水和與之相關(guān)的高外壓下，這會(huì)降低絕緣效果。W02006/097765, W02006/090182、US2008202616 和 US4874925 描述另外一種可能的加熱方法。這種方法包括多層管，在其中作為舉例存在著兩個(gè)導(dǎo)體，其嵌入到導(dǎo)電層中，并且沿著所述管彼此錯(cuò)位180°?；趶囊粋€(gè)導(dǎo)體流向另一個(gè)導(dǎo)體的電流，在導(dǎo)電層中引起加熱。對(duì)于均勻加熱來(lái)說(shuō)，重要的是導(dǎo)體與導(dǎo)電層的連接或者均勻接觸。該導(dǎo)電層向外熱絕緣和任選的電絕緣。向內(nèi)朝向原油的另外的層對(duì)于電絕緣是可取的或者必需的。W02008/005829描述了汽車領(lǐng)域的可加熱的導(dǎo)管，這里它們可以包含導(dǎo)電性聚合物層；該層充當(dāng)了電阻加熱單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于提供多層結(jié)構(gòu)的柔性管，在其中能夠電加熱傳輸介質(zhì)，同時(shí)其另外在構(gòu)造上不是過(guò)于復(fù)雜的。在這里應(yīng)當(dāng)可以僅僅在管道的具體需要區(qū)段有針對(duì)性地加熱該管。這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)通過(guò)這樣的柔性管來(lái)實(shí)現(xiàn)，其從內(nèi)到外包含下面的層
-內(nèi)襯，
-至少一個(gè)加固層，以及 -任選的外包封，
其中在兩個(gè)層之間另外存在額外的由纏繞帶構(gòu)成的層，
其中所述帶包含下面的層
a)由非導(dǎo)電性的塑料成型物料構(gòu)成的第一外層(1)，
b)由導(dǎo)電性塑料成型物料構(gòu)成的中間層(2)，其體積電阻率根據(jù)IEC60093為10_3至IO10Qm的范圍，優(yōu)選10_2至IO8 Ωπι的范圍，特別優(yōu)選10-1至IO7 Ω m的范圍，更特別優(yōu)選IO0至IO6Qm的范圍，其中在中間層中沿著所述帶如此嵌入至少兩個(gè)金屬導(dǎo)體(4):使得所述至少兩個(gè)金屬導(dǎo)體(4)在整個(gè)長(zhǎng)度上不相接觸，以及
c)由非導(dǎo)電性的塑料成型物料構(gòu)成的第二外層(3)。在附圖標(biāo)記方面參見(jiàn)圖I和2。該內(nèi)襯通常是塑料管，其提供防止所傳輸?shù)牧黧w逸出的阻隔。根據(jù)應(yīng)用技術(shù)的要求，這種管可以是單層的或者可以由多個(gè)層構(gòu)成，所述多個(gè)層由各自不同的成型物料制成。在這種情況中，它作為舉例是兩層，三層或者四層系統(tǒng)，或者在個(gè)別情況可以由甚至更多的層構(gòu)成。這種類型的襯底是現(xiàn)有技術(shù)。在另外一種實(shí)施方案中，該內(nèi)襯還可以由皺紋化(gewellt)的薄壁金屬管構(gòu)成。該一個(gè)或多個(gè)加固層通常由螺旋形排列的鋼絲，型鋼或者鋼帶構(gòu)成。所述的加固層的設(shè)計(jì)是現(xiàn)有技術(shù)。優(yōu)選的是這些加固層至少之一是這樣構(gòu)造的，即，它經(jīng)受了內(nèi)壓力，和這些加固層至少另一種是這樣構(gòu)造的，即，它經(jīng)受了張力。通常存在著大于兩個(gè)加固層。在大多情況下，與加固層相鄰的是外包封，其通常的形式是由熱塑性成型物料制成的或者由彈性體制成的管或者柔性管。


圖I示出在所述帶的邊緣露出各層的實(shí)施方案。
圖2示出根據(jù)a)和c)的層在邊緣處彼此連接的實(shí)施方案，以此方式實(shí)現(xiàn)對(duì)加固層的盡可能的電絕緣。
具體實(shí)施例方式在一種可能的實(shí)施方案中，在未粘合的柔性管的內(nèi)襯的內(nèi)側(cè)上具有骨骼。這些骨骼及其設(shè)計(jì)是現(xiàn)有技術(shù)。在另外一種可能的實(shí)施方案中，該未粘合的柔性管不包含骨骼，特別是當(dāng)它不打算在高的外壓下運(yùn)行時(shí)更是如此。對(duì)于導(dǎo)電性塑料成型物料以及對(duì)于兩個(gè)非導(dǎo)電性塑料成型物料的合適材料彼此獨(dú)立的是例如基于如下的成型物料烯屬聚合物，聚酰胺，含氟聚合物，聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯，聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯，聚苯砜，聚亞芳基醚酮，聚苯硫醚，或者聚亞芳基醚酮/聚苯硫醚共混物。烯屬聚合物可以首先是聚乙烯，特別高密度聚乙烯(HDPE)，或者全同立構(gòu)或者間同立構(gòu)聚丙烯。該聚丙烯可以是均聚物或者共聚物，例如與作為共聚單體的乙烯或者I-丁烯的共聚物，并且在此可以使用無(wú)規(guī)或者嵌段共聚物。此外，該聚丙烯可以是沖擊改性的，例如現(xiàn)有技術(shù)的依靠乙烯-丙烯橡膠(EPM)或者EPDM來(lái)改性。間同立構(gòu)聚苯乙烯(其也能夠用于本發(fā)明)可以通過(guò)苯乙烯的茂金屬催化聚合，以已知的方式來(lái)生產(chǎn)。聚酰胺可以由二胺和二羧酸的組合，由ω-氨基羧酸，或者由相應(yīng)的內(nèi)酰胺來(lái)生產(chǎn)。原則上可以使用任何的聚酰胺，例如ΡΑ6或者ΡΑ66。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚酰胺的單體單元包含平均至少8，至少9或者至少10個(gè)碳原子。在內(nèi)酰胺的混合物的情況中，它在這里被認(rèn)為是算術(shù)平均值。在二胺和二羧酸的組合的情況中，在這種優(yōu)選的實(shí)施方案中二胺和二羧酸的碳原子的算術(shù)平均數(shù)必須是至少8，至少9或者至少10。合適的聚酰胺的例子是ΡΑ610(其可以由六亞甲基二胺[6個(gè)碳原子]和癸二酸[10個(gè)碳原子]來(lái)生產(chǎn)，因此在這里單體單元的平均碳原子數(shù)是8)，ΡΑ88 (其可以由八亞甲基二胺和1，8-辛二酸來(lái)生產(chǎn))，ΡΑ8(其可以由辛內(nèi)酰胺來(lái)生產(chǎn))，ΡΑ612, ΡΑ810, ΡΑ108, ΡΑ9, ΡΑ613, ΡΑ614, ΡΑ812,ΡΑ128, ΡΑ1010, ΡΑΙΟ, ΡΑ814, ΡΑ148, ΡΑ1012, ΡΑ11，ΡΑ1014，ΡΑ1212 和 ΡΑ12。聚酰胺的生產(chǎn)是現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)然還可以使用基于這些材料的共聚酰胺，其中還可以任選地一起使用單體例如己內(nèi)酰胺。有利地，還可以使用部分芳族聚酰胺來(lái)作為聚酰胺，在其中5_100mol%的二羧酸成分來(lái)自于具有8-22個(gè)碳原子的芳族二羧酸，并且它的微晶熔點(diǎn)Tm是至少260°C，優(yōu)選至少270°C和特別優(yōu)選至少280°C。這些聚酰胺通常稱作PPA。它們可以由二胺和二羧酸的組合來(lái)生產(chǎn)，任選地加入有ω-氨基羧酸或者相應(yīng)的內(nèi)酰胺。合適的類型的例子是ΡΑ66/6Τ，ΡΑ6/6Τ, PA6T/MPMDT (MPMD 代表 2-甲基五亞甲基二胺)，ΡΑ9Τ, ΡΑ10Τ, ΡΑ11Τ, ΡΑ12Τ, ΡΑ14Τ以及這些后面的類型與脂肪族二胺和與脂肪族二羧酸或者與ω-氨基羧酸或者內(nèi)酰胺的共縮聚物。該成型物料除了聚酰胺之外，還可以包含另外的成分例如沖擊改性劑，其他熱塑性塑料，增塑劑和其他常規(guī)添加劑。僅僅要求該聚酰胺形成了該成型物料的基質(zhì)。含氟聚合物作為舉例可以是聚1，I-偏二氟乙烯(PVDF)，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE),借助于三元共聚物成分(Terkomponent)例如丙烯,六氟丙烯,氟乙烯或者1，I-偏二氟乙烯改性的ETFE (例如EFEP)，乙烯-氯三氟乙烯共聚物(E-CTFE)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)，氯三氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物(CPT)，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)或者四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。還可 以使用基于1，I-偏二氟乙烯的共聚物，其包含至多40重量％的其他單體，例子是三氟乙烯，氯三氟乙烯，乙烯，丙烯和六氟丙烯。聚苯諷(PPSU)作為例子是由Solvay Advanced Polymers以商標(biāo)名Radel 來(lái)生產(chǎn)的。它可以通過(guò)4，4’ - 二羥基聯(lián)苯基和4，4’- 二羥基二苯基砜的親核取代來(lái)生產(chǎn)。另外特別合適的材料是PPSU/含氟聚合物共混物，例如PPSU/PTFE共混物。同樣能夠使用的聚亞芳基醚酮包含下式的單元 (-Ar-X-)和(-Ar，-Y-)，
其中Ar和Ar’是二價(jià)芳族基團(tuán)，優(yōu)選1，4-亞苯基，4，4’-亞聯(lián)苯基，或者1，4_，I, 5-或者2，6-亞萘基。X是吸電子基團(tuán)，優(yōu)選羰基或者磺?；?，而Y是另外的基團(tuán)例如0，S，CH2,亞異丙基等。這里，至少50%，優(yōu)選至少70%和特別優(yōu)選至少80%的基團(tuán)X是羰基，而至少50%，優(yōu)選至少70%和特別優(yōu)選至少80%的基團(tuán)Y由氧構(gòu)成。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，100%的基團(tuán)X由羰基構(gòu)成，而100%基團(tuán)Y由氧構(gòu)成。在這種實(shí)施方案中，聚亞芳基醚酮作為舉例可以是聚醚醚酮(PEEK ;式I)，聚醚酮(PEK ;式II)，聚醚酮酮(PEKK ;式III)或者聚醚醚酮酮(PEEKK ;式IV)，但是羰基和氧基的其他排列自然也是可能的。
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權(quán)利要求
1.柔性管，其從內(nèi)到外包含下面的層 -內(nèi)襯，以及 -至少一個(gè)加固層， 其中在兩個(gè)層之間另外存在額外的由纏繞帶構(gòu)成的層， 其特征在于， 所述帶包含下面的層 a)由非導(dǎo)電性的塑料成型物料構(gòu)成的第一外層(1)， b)由導(dǎo)電性塑料成型物料構(gòu)成的中間層(2)，其體積電阻率根據(jù)IEC60093為10_3至IOuiQm的范圍，其中在中間層中沿著所述帶如此嵌入有至少兩個(gè)金屬導(dǎo)體(4):使得所述至少兩個(gè)金屬導(dǎo)體(4)在整個(gè)長(zhǎng)度上不相接觸，以及 c)由非導(dǎo)電性的塑料成型物料構(gòu)成的第二外層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的柔性管， 其特征在于， 根據(jù)b)的層的導(dǎo)電性塑料成型物料包含導(dǎo)電炭黑、石墨粉和/或石墨纖絲。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的柔性管， 其特征在于， 所述帶具有O. 2-5mm范圍的厚度，其中根據(jù)b)的層的厚度為O. 1_3_的范圍，根據(jù)a)和c)的兩個(gè)外層的厚度各自為O. 05-1. 5mm的范圍。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的柔性管， 其特征在于， 一個(gè)或多個(gè)所述加固層由螺旋狀排列的鋼絲、型鋼或鋼帶構(gòu)成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的柔性管用于輸送原油的用途。
6.用于加熱根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的柔性管的方法， 其特征在于， 將嵌入所述中間層的金屬導(dǎo)體與電源連接，使得電流流經(jīng)所述導(dǎo)電的中間層。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于海上應(yīng)用的溫度可調(diào)的管道。具體地，本發(fā)明涉及柔性管，其從內(nèi)到外包含下面的層內(nèi)襯，以及至少一個(gè)加固層，其中在兩個(gè)層之間另外存在額外的由纏繞帶構(gòu)成的層，其中所述帶包含下面的層a)由非導(dǎo)電性的塑料成型物料構(gòu)成的第一外層，b)由導(dǎo)電性塑料成型物料構(gòu)成的中間層，其體積電阻率根據(jù)IEC60093為10-3至1010Ωm的范圍，其中在中間層中沿著所述帶如此嵌入至少兩個(gè)金屬導(dǎo)體使得所述至少兩個(gè)金屬導(dǎo)體在整個(gè)長(zhǎng)度上不相接觸，以及c)由非導(dǎo)電性的塑料成型物料構(gòu)成的第二外層，該柔性管允許有效地加熱，使得其能夠在寒冷地區(qū)用于輸油。
文檔編號(hào)F16L11/127GK102767653SQ20121013571
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者A.多韋, J.弗拉諾施, K.庫(kù)曼, M.格魯恩, R.格林 申請(qǐng)人:贏創(chuàng)德固賽有限公司