[发明专利]聚合物材料制成的多层管道、用于制造多层管道的装置和用于制造多层管道的方法

说明书

本发明涉及一种用于在海上或岸上输送石油产品(特别是用于石油和天然气)以及用于输送CO₂气体的多层管道。本发明还涉及一种用于制造多层管道的装置和方法。更特别地，本发明涉及一种通过挤出层和纤维包裹层的组合制成的连续多层管道。

对于海上和岸上的石油、天然气和CO₂气体的输送，目前使用塑料复合管和包括金属(通常是钢或钢合金)的管。

在立管和油田内的(intra-field)输送中，已知在一些情况中使用非金属管道。这些管道是由一种或多种聚合物构成的复合管道，并且其是具有上限为150毫米的直径的柔性管道。在下游管道输送中，即从生产现场到海岸，而且在输送管道中从岸上的炼油厂或一些其他类型的岸上设备的进一步输送中，石油和天然气的量非常大，并且排他地使用钢管解决方案。由于管尺寸大的原因，不用其他材料来制造这种输送管。CO₂气体的输送也需要大的管尺寸。

塑料复合材料是这样的复合材料，其中，塑料与其他不溶于塑料的物质或材料组合。塑料复合材料通常由同质(homogenous)塑料的基础群(base mass)组成，通常叫做基质(matrix)，并且，在此之中嵌入其他材料或其他类型的塑料的颗粒、薄片、纤维、纤维制品、细丝等。在这种复合材料中，单个成分的优点被组合，并通常被增强。典型的塑料复合材料是不同类型的增强塑料。

可将由塑料复合材料形成的管道制造为柔性管道，其中，纤维未由周围的基质浸渍，但是，在由塑料基质构成的层或分层之间是干的。在其中纤维通过塑料材料使变湿的管可制造更硬的管。

柔性塑料复合材料管道可制造成长的长度。实际上，输送管的可能性将限制柔性管的总长，例如，像是总体卷绕部直径。这还意味着，大直径管将比小直径管短。在现有技术中，具有达150毫米的直径的此类型的柔性管是已知的。

刚性塑料复合材料管具有受限的长度。该长度由生产工具来确定，并且管典型地是12-20米长。这种管由各种形式的凸缘制造。管以已知的方式在凸缘处联接在一起。凸缘垫片防止在联接部处泄漏。仅在岸上使用这种管。将管道置于海上会在与凸缘联接的管道上产生这种较大的应变，并且密封件将会对联接部/管道带来很大的损害危险，这可能导致泄漏。

在本领域中已知的是，塑料复合材料管道在降压过程中可能会产生问题。此问题在高操作压力下(典型地在输送烃气或CO₂气体时)最大。该压力可在250巴的范围内，通过该压力，烃气/CO₂可能会穿透管道的内部材料(叫做衬垫)，并且烃气/CO₂会在衬垫的外部上累积气压。通过使衬垫内的气体介质降压，衬垫外部上的压力将比衬垫内部的压力大。这可能导致管道中的衬垫瓦解(collapse)。衬垫的这种瓦解将导致管道变得不可使用。

腐蚀是钢制管道中的一个问题，并且，可将局部大量的化学品添加到石油产品，以防止管道中的内部腐蚀。石油产品还可包含微粒材料，其用作管的内部护套表面上的研磨剂。当形成这种钢制的管道时，相对于所需的耐腐蚀性来选择金属合金，并且，在预期的内部磨损的基础上，构造管的壁厚的尺寸。

可将外部隔离grinding robot涂层应用于这种金属管。首先，对管的外表面应用环氧树脂的薄层，以当有水通过外部隔离层进入时而避免腐蚀。通过挤出技术将隔离层应用于管。

在替代实施方式中，管在内部可内衬有隔离层并且在最靠近中央处内衬有耐磨层。已知最内侧的层可由金属管组成。通过单独制造成固定长度(例如20m)的管来执行这种管的制造。将隔离层插入管中。在由外管和内管组成的管中，隔离层被挤入两个同心管之间的环形空间中。

通过焊接将完成的管段联接在一起。必须执行特殊的加工操作以使隔离材料在联接区域中重叠。在焊接在一起之前，在研磨自动装置中，将具有外隔离层的管的位于管端处的涂层剥掉。在焊接在一起之后，检查每个焊接部。然后，在手动操作中，对焊接区域应用外部隔离。可在岸上执行这种将各个管装配在更长的管串列(string)中的操作。然后，可形成例如800m的管串列。在等待管道铺设船到达并装载管串列时，将其并排地储存。管道铺设船将把管串列卷在大滚筒上，该大滚筒的半径大于管串列的弯曲半径。当已经卷绕一个管串列时，则将其以与管联接在一起的相同的方式联接至下一个管串列，并且继续卷绕，直到已经卷绕所需长度或直到滚筒满了为止。