NO336058B1 - Armert fleksibel rørledning - Google Patents

Description

Armert fleksibel rørledning

Foreliggende oppfinnelsen vedrører et fleksibelt, armert rør innbefattende i det minste en impermeabel foring, et ytre armeringslag og et indre armeringslag bestående av et eller flere viklede armeringselementer.

Slike rør blir brukt for transport av olje og gasse på dype eller varierende vanndybder. Slike rør er spesielt hensiktsmessige for transport av olje fra undervannsinstallasjoner til flytende installasjoner på havoverflaten, hvor olje raffinere eller transporteres videre for behandling.

For eksempel beskriver JP3265781 og FR2764669-A1 armerte fleksible rør hvor hele armeringen er omgitt av en impermeabel hylse som forhindrer inntrengning av fluider fra omgivelsene til rørets armerende lag, som gir den fordelen at rørets armering kan være utført av materialer som, dersom de er ubeskyttede, ikke kan motstå omgivelsene.

I motsatt tilfelle, beskriver US 4402346 et rør hvor armeringen er omgitt av en permeabel ytre hylse, som gir den fordelen at aggressive gasser, som diffunderer ut gjennom den indre foringen, ikke akkumuleres i armeringslaget. Et problem i forbindelse med denne metoden er imidlertid at fluider vil penetrere gjennom det ytre hylsen og utøve et hydrostatisk trykk på armeringslaget og derved på en ikke-forsterkede foringen, slik at resultatet er at det omgivende trykket, under visse betingelser, vil være i stand til å knuse eller bryte foringen sammen. Videre vil foringen kunne bryte sammen dersom røret utsettes for en stor strekkbelastning.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et fleksibelt rør hvor motstanden mot knusing og sammenbrudd av foringen som et resultat av det omgivende trykket opprettholdes, samtidig som rørets ytre armering er beskyttet mot skadelige effekter fra fluider som diffunderer fra innsiden av foringen og ut til omgivelsene.

Hensikten med oppfinnelsen oppnås med et rør av den typen som er beskrevet i krav 1's ingress, som er kjennetegnet ved at det ytre armeringslaget innbefatter en valgfri ytre permeabel hylse mot mekaniske skader som er det ytterste laget, hvilket ytre armeringslag og utsiden av den impermeable foringen, under bruk, er i kontakt med det omgivende vannet, hvorved det ytre trykket virker direkte på foringen og påfører at hydrostatisk trykk på foringen og det indre armeringslaget absorberer det hydrostatiske trykket påført på foringen.

Med denne konstruksjonen, er det tilveiebragt et fleksibelt rør hvor det indre armeringslaget er i kontakt med fluidet, som skal transporteres i røret, mens det ytre armeringslaget og utsiden av den impermeable foringen er i kontakt med omgivelsene.

Dette betyr at det indre armeringslaget absorberer det hydrostatiske trykket som er påført foringen, i motsetning til tidligere hvor dette trykket helt eller delvis ble fullstendig absorbert av et eller to lag med armering anbragt mellom den impermeable foringen og en ytre, impermeabel hylse.

Videre, siden det ikke er tilstede noen vesentlige begrensninger for massetransport utenfor den impermeable foringen, vil gasser som diffunderer gjennom foringen, nå være i stand til å unnslippe til omgivelsene.

Med andre ord er det nå tilveiebragt et fleksibelt rør med tre lag, som oppfyller kravene som oftest blir stilt til fleksible rør med flere lag.

Videre er det oppnådde røret et hvor de forskjellige lagene blir utnyttet mer effektivt enn det som hittil har vært tilfellet, som, dersom det fremstilte røret er langt, vil gi vektbesparelser, noe som er av stor betydning.

Kreftene, som den indre armeringen må være i stand til å motstå, avhenger av rørets anvendelse. Dersom røret for eksempel brukes om produksjonsrør mellom en flytende installasjon på havoverflaten og en installasjon på sjøbunnen, er den indre armeringen i rørets nedre del primært belastet som et resultat av hydrostatiske krefter som stammer fra vanntrykket som virker på utsiden avføringen. I motsetning til dette, vil den indre armeringen i rørets øvre del primært være belastet som et resultat av kreftene med hvilke den ytre armeringen klemmer rundt foringen med på grunn av den aksielle belastningen som er påført den ytre armeringen.

Siden den ytre armeringen ligger rundet rørets impermeable foring, vil ikke denne armeringen måtte absorbere krefter som er resultatet av det ytre hydrostatiske trykket. Den ytre armeringen i rørets nedre del skal derved primært absorbere kreftene som virker på foringen som et resultat av rørets indre overtrykk, mens den ytre armeringen i toppen av røret skal være i stand til å absorbere kreftene ikke bare fra rørets indre overtrykk, men også fra de aksielle kreftene som stammer fra den iboende vekten til røret. Siden en betydelig del av den ytre armeringen er viklet rundt med en vinkel forskjellig fra null, i forhold til rørets akse, vil absorpsjonen av aksialkrefter gi opphav til et kvasi-hydrostatisk trykk på foringen, som må absorberes av den indre armeringen. Videre, vil hele eller en del av den ytre armeringen være viklet med en vinkel som sikrer at den ytre armeringen kan motvirke deformasjon av foringen som et resultat av trykket på innsiden av foringen.

Ved at det ytre trykket påvirker de ytre armeringslagene hydrostatisk, og ved at det indre trykket virker direkte på rørets foring, er ikke avgjørende for funksjonen til røret ved at det ytre armeringslaget innehar kompressiv stivhet i retninger parallelle med rørets overflate.

Til slutt bør det bemerkes at det ytre armeringslaget gir foringen motstand mot økning av volumet som er omgitt av foringen. Foringen vil forsøke å ekspandere sitt volum, enten som et resultat av det indre trykket i røret, eller som et resultat av strekkrefter i foringens lengderetning.

På utsiden av foringen, men under det ytre armeringslaget, kan det være tilveiebragt ett eller flere lag som er uten strukturmessig betydning men som gir foringen ytterligere termisk motstand, slik at utvekslingen av termisk energi mellom fluid som blir transportert i foringen og foringens omgivelser blir redusert.

Det må legges til at de forskjellige lagene (foring, indre/ytre armeringslag) ikke er kjemisk bundet til hverandre, noe som sikrer rørets fleksibilitet. Siden de individuelle elementene til røret ikke er kjemisk bundet til hverandre, blir denne typen rør innen litteraturen betegnet som" ikke-bundet".

Passende utførelsesformer av det indre armeringslaget er beskrevet mer detaljert i kravene 2-7, mens passende utførelsesformer av den ytre armeringslaget er beskrevet mer detaljert i kravene 8-11.

Ytterligere fordelaktige trekk ved det fleksible, armerte røret i henhold til foreliggende oppfinnelse er angitt i kravene 12-17.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart mer detaljert med henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 viser skjematisk den vanlige strukturen til et kjent rør, mens Fig. 2 skjematisk viser en utførelsesform av røret i henhold til oppfinnelsen.

Henvisningstall 2 i fig. 1, indikerer en foring, som er omgitt av to eller flere armeringslag 3, 4, som i sin tur er omgitt av en ytre permeabel hylse 5. En mer detaljert struktur til et slikt rør kan f.eks. finnes i WO 00/36324, og dette vil derfor ikke blir diskutert mer detaljert her.

Det bør bemerkes at den impermeable ytre hylsen 5 sikrer at armeringslagene 3, 4 er i stand til å avlaste det hydrostatiske trykket som røret er utsatt for, ved at armeringslagene 3 og 4 har en meget høy stivhet. Foringen 2 blir derved avlastet.

En ytterligere fordel med å anbringe armeringslagene mellom foringen 2 og den ytre hylsen 5 er at det ved konstruksjonen oppnås en fullstendig eller delvis beskyttelse av armeringslagene 3, 4, som kan fremstilt som wire, mot korrosjon, noe som betyr at det kan anvendes ikke-rustbestandige ståltyper som armeringsmateriale.

I fig. 2 er det vist hvordan et rør i henhold til oppfinnelsen kan være oppbygd. En foring 2a omgir et indre armeringslag 1a, hvis hensikt er å forhindre sammenbrudd av foringen 2a. I en foretrukket utførelsesform, er det indre armeringslaget 1a viklet fra lange profiler med en numerisk viklingsvinkel på mer enn 55° i forhold til rørets akse. I en spesielt foretrukket utførelsesform vil disse profilene være fremstilt av valset rustfritt stål.

På utsiden av foringen 2a er det lagt et eller flere armeringslag 3a, hvor i det minste to av disse er viklet med en numerisk vinkel større enn 45° i forhold til rørets akse.

I en spesielt foretrukket utførelsesform er det ytre armeringslaget fremstilt av aramidbånd på hvilket det er påført et lag med termoplastisk polymer.

I en andre spesielt foretrukket utførelsesform er det ytre armeringslaget 3a helt eller delvis fremstilt av et karbonfiber-forsterket materiale.

Man kan imidlertid forestille seg en utall andre armeringsmaterialer i det ytre armeringslaget, kun forutsatt at disse oppfyller kravene med hensyn til styrke og motstand mot det omgivende miljøet.

I enkelte tilfeller, kan det kan det tas hensyn til påføring av et beskyttende lag på utsiden av det ytre armeringslaget 3a. Dette beskyttende laget, som er permeabelt for fluider, har kun en sekundær funksjon og vil ikke bli behandlet ytterligere.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart mer detaljert med de følgende eksemplene: Eksempel 1: Rør for transport av olje mellom en installasjon på sjøbunnen og en flytende installasjon.

Dette eksemplet beskriver en" fritthengende" utforming, hvor dybden av røret under havflaten er en monotont økende funksjon av lengden. I denne utformingen, øker derved det hydrostatiske trykket monotont langs lengden av røret.

Foringen er fremstilt av PVdF, hvis hensikt er å danne en effektiv diffusjonsbarriere mellom fluidet, som transporteres i røret, og det omgivende miljøet. For å forhindre en utilsiktet avkjøling av det transporterte fluidet, er et lag med polypropylen ekstrudert på utsiden av foringen, hvis hensikt er å virke som en termisk barriere. Selv om polypropylen her er gitt som et eksempel, kan andre materialer og materialkombinasjoner også brukes. Spesielt materialkombinasjoner som innbefatter syntaktisk skum som en komponent kan anses å være hensiktsmessig i denne applikasjonen.

For å armere foringen mot volumreduksjon, er innsiden av foringen armert med et 12 mm tykt armeringslag, som er viklet opp av K-profiler fremstilt av dupleksstål. Fordelen ved å gjøre bruk av K-profiler spesielt, er at disse utviser en spesielt stor motstand mot knusing som et resultat av påvirkningene fra ytre trykk.

Den ytre armeringen er bygget opp av tynne taper av en karbon/epoksy-kompositt, mellom hvilke det er smeltet en termoplast. Den ytre armeringen er viklet på med en vinkel på tilnærmet +/- 55° i forhold til rørets lengdeakse.

I den hensikt å beskytte den ytre armeringen under utlegging og drift, er en hylse av aramid vevet ut over den ytre armeringen. Denne aramidhylsen gir røret en stor slitestyrke. Samtidig er denne hylsen også åpen for massetransport slik at det kan skje en fri eller nesten fri transport av fluider gjennom hylsen. Siden nevnte aramidhylse er eksponert for sollys, vil det være påført et ytterligere lag i området nær havflaten for å forhindre dekomponering som et resultat av UV-stråling. Nevnte hylse er vevd på en slik måte at den er ettergivende i det tilfellet av at røret blir komprimert. På denne måten, i det tilfellet røret blir eksponert for kompresjon i aksialretningen, sikres det at rørets strekkarmering kan migrere radielt og derved reduseres de kompressive kreftene i dette laget til et akseptabelt nivå.

Eksempel 2: Rør for transport av olje mellom en installasjon på havbunnen og en flytende installasjon.

Dette eksempelet beskriver en" bratt S" utforming, hvor dybden av røret under havflaten ikke er en monotont økende funksjon av lengden. I denne utformingen er det hydrostatiske trykket rundt røret monotont økende langs rørets lengde, Utformingen presentert her vil være hensiktsmessig for bruk på 2000 meters vanndyp.

Foringen er fremstilt av PVdF, hvis hensikt er å danne en effektiv diffusjonsbarriere mellom det fluidet transportert i røret og det omgivende miljøet. For å hindre en utilsiktet avkjøling av det transporterte fluidet, er det ekstrudert et lag med polypropylen på utsiden av foringen, hvis hensikt er å virke som en termisk barriere.

For å armere foringen mot volumreduksjon, er innsiden av foringen armert med en 12 mm tykt armeringslag viklet opp av K-profiler fremstilt av dupleksstål.

Fordelen med å gjøre bruk av K-profiler spesielt er at disse utviser en spesielt stor motstand mot knusing som et resultat av påvirkninger fra ytre trykk.

Den ytre armeringen er bygget opp av to lag, det første som består av 2N lag av aramidbånd, rundt hvilke det er ekstrudert et lag med polymer. Dette første laget er viklet med en vinkel på ca. 55° i forhold til rørets akse, og er det primære, kraftbærende laget. Her angir N et helt tall. Rundet det første laget er det viklet et andre, tynnere lag med en viklingsvinkel som er betydelig større enn 55° i forhold til rørets akse. Hensikten med dette andre laget er å sikre det primære, kraftbærende laget i situasjoner hvor dette laget er ikke-understøttende, siden nettokreftene på røret resulterer i en kompressiv klemsituasjon.

For ytterligere å sikre posisjonen til armeringstrådene, er armeringstrådene surret hver 5-10 meter, ganske enkelt for å sikre deres posisjon i forhold til røret.

For å beskytte armeringen mot skade under utlegging drift, er en hylse med polyamid ekstrudert på utsiden av armeringen. For å sikre at denne hylsen er permeabel, er det utskåret hulle med en diameter på ca. 1 cm ved mellomrom på en meter, slik at det sikres en fri utveksling av fluider mellom innsiden av røret og rørets ringrom. Utskjæringen av hullene sikrer også at rørets ringrom er fylt med sjøvann, noe som vil sikre en tilstrekkelig avkjøling av aramidbåndene.

Det er innlysende at foreliggende oppfinnelse kan utøves på langt flere måter enn det som er beskrevet over, ved at det innen patentkravenes beskyttelsesomfang er en stor frihet for anvendelse av prinsippet til oppfinnelsen, uten at dette endrer oppfinnelsens operasjonsmodus.

Claims (17)

1. Fleksibelt armert rør for transport av en fluidsubstans, hvilket fleksibelt rør innbefatter en impermeabel foring (2a), et ytre armeringslag (3a) og et indre armeringslag (1a) bestående av et eller flere viklede armeringselementer, hvilket indre armeringslag (1a) er plassert på innsiden av foringen (2a), slik at det er i kontakt med fluidet som skal transporteres i røret, og det ytre armeringslaget (3a) er plassert på utsiden av foringen (2a) og består av minst to lag med viklede armeringselementer som er helt eller delvis permeable for fluiderkarakterisert vedat det ytre armeringslaget (3a) innbefatter en valgfri ytre permeabel hylse mot mekaniske skader som er det ytterste laget, hvilket ytre armeringslag (3a) og utsiden av den impermeable foringen (2a), under bruk, er i kontakt med det omgivende vannet, hvorved det ytre trykket virker direkte på foringen (2a) og påfører at hydrostatisk trykk på foringen (2a) og det indre armeringslaget (1a) absorberer det hydrostatiske trykket påført på foringen (2a).

2. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat den indre armeringen (1a) er bygget opp avviklede profiler.

3. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat den indre armeringen (1 a) er bygget opp av K-profiler.

4. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat den indre armeringen (1 a) er bygget opp av profiler, som består av valset bånd.

5. Fleksibelt armert rør i henhold til kravene 1 - 4, karakterisert vedat den indre armeringen (1a) består av et plastisk deformerbart materiale.

6. Fleksibelt armert rør i henhold til kravene 1-4, karakterisert vedat den indre armeringen (1a) består av legert stål.

7. Fleksibelt armert rør i henhold til kravene 1-4, karakterisert vedat den indre armeringen (1a) består av titan eller en legering derav.

8. Fleksibelt armert rør i henhold til kravene 1-7, karakterisert vedat den ytre armeringen (3a) er helt eller delvis forsterket med et komposittmateriale innbefattende karbonfibre.

9. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1-7, karakterisert vedat den ytre armeringen (3a) er helt eller delvis forsterket med et materiale inneholdende aramidfibre

10. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 8, karakterisert vedat den ytre armeringen (3a) er helt eller delvis forsterket med et materiale inneholdende titan.

11. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 8, karakterisert vedat den ytre armeringen (3a) er viklet på en slik måte at den ikke absorberer i det vesentligste aksielle påkjenninger påført på røret, men istedet slakker med en mekanisk forskyvning av armeringselementene.

12. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat det fleksible armerte røret videre innbefatter minst et termisk isolerende lag mellom den impermeable foringen og det ytre armeringslaget.

13. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat lagene (1 a, 2a, 3a) til det fleksible armerte røret er ikke-bundet.

14. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat det ytre armeringslaget (3a) er fremstilt av aramidbånd på hvilket det er påført et lag med termoplastisk polymer.

15. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat armeringsbåndene til det ytre armeringslaget (3a) er surret for hver 5-10 meter.

16. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 1, karakterisert vedat den permeable hylsen mot mekaniske skader er en ettergivende beskyttende hylse eller kappe rundt det ytre armeringslaget, hvilken hylse eller kappe er åpen for en fri eller nesten fri transport av fluider mellom omgivelsene og det ytre armeringslaget.

17. Fleksibelt armert rør i henhold til krav 16, karakterisert vedat hylsen er tilveiebragt med hull med en diameter på tilnærmet 1 cm ved intervaller på 1 m.