[发明专利]管道的管状隔热复合体

说明书

本发明涉及用于各种管道、尤其是输送热或冷流体的海底管道的隔热系统。本发明尤其涉及一管状隔热复合体，所述复合体可安放在包括一内管和一外管，最好是深海中的海底管道的两同轴管之间的空间里。

它特别适用于安装在不太深的油田上的海底管道，及海底和海面停泊在所述油田上的油轮之间的悬吊管道。

它还应用在重量概念相当重要的航空及航天工业领域里。

大部分工业领域一直在研究可将管道中输送的流体维持在恒温下的高性能隔热系统，以使有可能在远距离如好几百米、甚至几公里的设备之间进行输送。这些距离在诸如精炼厂、液化天然气(-165度)设备、海底油田领域里屡见不鲜，海底油田铺设的管道甚至长达数十公里。这些油田越来越深，甚至在水下3000米或更深处。

为达到高水平热性能，已研制出许多系统及若干适合深海即可耐深海压力的专门系统。事实上，水下每10米，水压为1巴，因此，水深1000米，管道需承受100巴压力，3000米则300巴。

为实现此目的而研制的最佳性能技术是所谓“Pipe in Pipe”或PIP，即“管中管”：一内管输送流体，和该内管同轴的一外管与包围物即水接触。两管之间的环形空间可充填满一种隔热材料或抽空里面的任何气体。

若使用聚胺酯泡沫塑料型隔热材料，一般必需相当大的厚度，如5或10厘米，这样就必须使用大直径的外管。而该管必须能承受住水底压力，不会内破裂，这就导致钢厚度增加以抵抗压力，由于直径增加，钢表面也增加了。另外，充填泡沫塑料的环形空间会产生一附加浮力，该浮力一般被迫通过增加外管厚度以增加管道重量来予以抵消。因此，确定外管尺寸时，通常考虑PIP组件的非浮动性比耐水底压力的需求更重要。

已开发出一些性能已得到改善的技术以克服该缺陷，特别是通过在空隙区形成一真空，使管道之间的环形空间尽量小。实际上，这样形成的真空因而是一种良好的隔热体，5至10毫米的环形空间足够了。因此，PIP的性能完全可与本领域技术人员熟知的“保温瓶”相媲美。为提高隔热性，内管的外部还覆盖有一反射膜以限制辐射，所述反射膜一般由可能和热塑性材料相结合的铝膜。

这样，预制管的单位长度为6至12米，再把它们彼此装配在一起，形成一持续连接。当PIP的一个或若干个长度被损坏时，它于是形成热桥(ponts thermique)，如果所述热桥电仍为点状且数量有限，它们对管道的性能没有明显影响，所述管道一般仍继续保持其功能。

在PIP技术中，这样在高真空基础上实施的管道却存在以下缺陷。来自海底油井的流体是原油、水和气体混合物及如CO2和H2S的各种危险化合物。通常用碳素钢实施的内管由于流体会出现锈蚀现象，结果生成单质氢H+，所述单质氢会以原子形态，穿过钢的铁及碳的点阵，在内管的外壁上，即在两同轴管之间的环形空间里重新结合，形成分子氢H2。在该环形空间里形成的真空度由于氢压力的增加而降低，而所述氢是一种良好的导热体，这违背了需实现的目的。

已研究出各种装置以克服该缺点。一已知装置即在环形空间里引入所谓“吸气剂”的一已知化合物，其作用就是吸收所述气态氢，以将部分氢压力维持在最底程度，因此即在油田的整个工作期限(可超过20年)内维持理想的真空水平。制造PIP时及在抽真空后最后密封前引入“吸气剂”。

还考虑使用，至少是内管使用耐腐蚀的钢，如不锈钢或双联炼制钢(duplex)，但这样的话，管道造价会相当昂贵，从经济角度考虑，一般不是一种可接受的解决方案。

还已知可在管内贴上一保护膜，如环氧树脂型，其作用在于避免腐蚀剂和碳素钢之间的接触。但在现场实施管道接合时，焊接工序会局部破坏该保护层，形成会被腐蚀的区。此外，该保护层由于清洁工具或又由于同流体一起被输送的沙粒的磨损，而被破坏时，表面可能会随时间而被剥蚀，单质氢的迁移现象随时间增多。

另外，还已知应用在家用电器装置领域里的技术，该技术基于封在一包层里的、由一微孔材料构成的平板，所述包层由一膜构成，其端部一般热密封住，在包层里预先形成一高真空即约1毫巴或更少，再进行最后密封。膜为一多层复合物，包括一个一般由通过粘附或附着连接在热塑性膜上的一连续铝膜构成的屏障，所述热塑性膜可确保密封住整个组件。这些膜通常应用在农业食品领域里，以在中性大气或真空中保存如奶、果汁和咖啡类产品。

国际专利申请WO96/32605中所提出实施的板有一三维表面，它通过折叠聚胺酯泡沫塑料平板形成，所述板里实施有若干槽。却未描述管状板的实施。但无论如何，这种通过沿槽折叠平板形成曲面的方式不可能使板占据的空间尽量小。