JP2012149722A

JP2012149722A - 流体輸送用可撓管

Info

Publication number: JP2012149722A
Application number: JP2011009512A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Fukushima; 將行福嶋
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】内部の原油等の断熱を行うことが可能であるとともに、可撓管の内周側でも使用可能な高強度の断熱層を有する流体輸送用可撓管等を提供する。
【解決手段】可撓管１は、主に管体であるインターロック管３、樹脂層５、断熱層７、内圧補強層９、軸補強層１１、保護層１３、座床層１５ａ、１５ｂ等から構成される。樹脂層５の外周に形成される断熱層７は、インターロック管３内を流れる流体を、外部の海水等から断熱するとともに、内部の流体から外周側の樹脂を断熱するものである。断熱層７を構成する断熱テープ１７は、樹脂製であり、内部にガラス製の中空体である中空粉末１９が多数分散したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、海底油田等から産出した石油等を輸送するための流体輸送用可撓管等に関するものである。

従来、海底油田等から産出する高圧の石油等は、流体輸送用可撓管によって浮遊式石油生産設備等まで輸送される。可撓管には、耐内圧特性や液密性、防水性等が要求されている。

図７は、このような石油生産システム１００の概要を示す図である。石油生産システム１００は、海上に浮遊し、図示を省略した係留索により係留された浮遊式石油精製設備１０１と、海底の石油の生産井１０５とが流体輸送用可撓管１０３により接続されたものである。

石油生産システム１００では、海底の生産井１０５より導出される原油を流体輸送用可撓管１０３によって、海上の浮遊式石油精製設備１０１に輸送し、浮遊式石油精製設備１０１で精製された石油が、タンカ等によって各地へ輸送される。

このような流体輸送用可撓管としては、例えば、最内層に、可撓性に優れ、耐外圧および敷設時の耐側圧補強に優れるステンレス製のインターロック管を用い、その外周に、耐油ガス性に優れ、液密性に優れるプラスチック内管が設けられ、さらにその外周に耐内圧補強としての金属製内圧補強層および軸方向補強としての金属製軸力補強層が設けられ、最外層に防水層としてのプラスチックシースが設けられる（特許文献１）。

特開平７−１５６２８５号公報

ところで、前述のように、流体輸送用可撓管には多くの樹脂材料が用いられている。しかし、通常、海底から汲み上げる原油は、生産井からくみ上げられた直後には９０℃程度の温度を有する。したがって、この原油温度程度の耐熱性を有する樹脂を用いる必要があった。

また、原油自体が冷却されると、原油がワックス化して可撓管内部に詰まりを生じる恐れがある。したがって、周囲の海水から内部を流れる原油を断熱する必要がある。すなわち、このような原油のワックス化を防ぐためには、流体輸送用可撓管に断熱層を形成する必要がある。

ここで、断熱層を流体輸送用可撓管の内周側に配置することで、断熱層よりも外周側に配置される樹脂に対しては、原油の熱から断熱することができる。このため、特殊な耐熱性の樹脂を用いる必要がない。また、原油は断熱層によって外部から断熱されるため、原油のワックス化の問題もない。

しかしながら、例えば高い断熱特性を有する発泡樹脂等を流体輸送用可撓管の内周側に配置すると、内部の流体による内圧が直接断熱層に付与されるため、当該断熱層自体が潰れてしまい、断熱層としての機能を発揮できなくなる恐れがある。このため、通常の断熱層を設ける場合には、耐内圧補強層の外周側に配置する必要がある。したがって、当該補強層の内周側に用いられる樹脂としては、耐熱性を有するものを選択する必要があった。このため、流体輸送用可撓管のコスト増等の問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、内部の原油等の断熱を行うことが可能であるとともに、可撓管の内周側でも使用可能な高強度の断熱層を有する流体輸送用可撓管等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、可撓性を有するインターロック管と、前記インターロック管の外周側に設けられた断熱層と、前記断熱層の外周側に設けられた補強層と、前記補強層の外周側に設けられた保護層と、を少なくとも具備し、前記断熱層は、内部にガラス中空粉体が分散した樹脂で形成されることを特徴とする流体輸送用可撓管である。

前記断熱層は、樹脂に前記ガラス中空体が分散された樹脂テープが巻き付けられて形成されてもよい。

前記断熱層と前記補強層との間には、ガスが前記補強層方向へ透過することを遮蔽する遮蔽層が設けられてもよい。

前記ガラス中空体は、メディアン径５〜３００μｍの粒径であり、前記保護層は、樹脂１００重量部に対して前記ガラス中空体が２０〜８０重量部含まれてもよい。

第１の発明によれば、断熱層が内部にガラス中空体が分散した樹脂で形成されるため、樹脂内部に多数の気孔を有する発泡体と同様に、高い断熱効果を得ることができる。この際、内部に分散する気孔部がガラス中空体であるため、圧縮強度が高く、発泡体ではない中実の樹脂と略同等の圧縮強度を得ることができる。このため、可撓管の内周側に配置しても、原油の内圧で断熱層が潰れることがない。

また、ガラス中空体が分散した樹脂テープを巻きつけて断熱層を形成することで、製造が容易である。また、樹脂テープを複数層巻きつけることもできるため、断熱層の厚みを樹脂テープの巻き付け層数によって設定することができる。

また、断熱層の外周側にガスが透過することを防止するガス遮蔽層を形成することで、腐食性ガスが、それよりも外周の補強層等へ浸透することを確実に防止することができる。この際、遮蔽層が断熱層の外周側に配置されるため、遮蔽層を構成する樹脂に対し、前述した流体からの耐熱性は不要である。

本発明によれば、内部の流体の断熱を行うことが可能であるとともに、可撓管の内周側でも使用可能な高強度の断熱層を有する流体輸送用可撓管等を提供することができる。

可撓管１を示す断面斜視図。可撓管１を示す軸方向断面図。（ａ）は断熱テープを示す図、（ｂ）は断熱テープを巻き付ける状態を示す図。可撓管２０を示す断面斜視図。可撓管２０を示す軸方向断面図。（ａ）は遮蔽帯２１を示す図、（ｂ）は遮蔽層７の機能を示す図。石油生産システム１００を示す図。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、可撓管１を示す斜視図、図２は断面図である。可撓管１は、主に管体であるインターロック管３、樹脂層５、断熱層７、内圧補強層９、軸補強層１１、保護層１３、座床層１５ａ、１５ｂ等から構成される。

インターロック管３は、可撓管１の最内層に位置し、外圧に対する座屈強度に優れ、耐食性も良好なステンレス製である。インターロック管３はテープを断面Ｓ字形状に成形させてＳ字部分で互いに噛み合わせて連結されて構成され、可撓性を有する。なお、インターロック管３に代えて、同様の可撓性を有し、座屈強度等に優れる管体であれば、他の態様の管体を使用することも可能である。

インターロック管３の外周側には、樹脂層５が設けられる。樹脂層５は、インターロック管３内を流れる流体を遮蔽する。樹脂層５としては、例えばナイロンまたは９０℃以上の高温にも耐え、耐油性にも優れるポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等が使用できる。なお、インターロック管３の外周側とは、断面におけるインターロック管３の外側であることを意味し、インターロック管３と樹脂層５との間に他の層構造を有することをも含むものである。以下の説明においては、各層の位置関係において、単に「外周」と称するが、同様に、各層間に他の層構造を有するものを含むことは言うまでもない。

例えば、インターロック管３と樹脂層５の間には、必要に応じて座床層１５ａが設けられる。座床層１５ａは、インターロック管３の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。すなわち、座床層１５ａは、例えば不織布等のようにある程度の厚みを有し、インターロック管３の外周の凹凸のクッションとしての役割を有する。

なお、座床層については、必要に応じて設けられるものであり、以下の説明においては座床層を有する場合について説明するが、必ずしも必要なものではないので省くことができる。したがって、図２においては、座床層の図示を省略する。

樹脂層５の外周には、断熱層７が設けられる。断熱層７は、インターロック管３内を流れる流体を、外部の海水等から断熱するとともに、内部の流体から外周側の樹脂を断熱するものである。断熱層７の構成については、詳細を後述する。

断熱層７の外周には、耐内圧補強層である内圧補強層９が設けられる。内圧補強層９は、主にインターロック管３内を流れる流体の内圧等に対する補強層である。内圧補強層９は、例えば断面Ｃ形状または断面Ｚ形状等の金属製のテープ等が互いに向かい合うように、かつ、互いに軸方向に重なり合うように短ピッチで巻きつけられて形成される。なお、内圧補強層９は、上述のように金属テープが所定ピッチで巻きつけられた構成であり、インターロック管３の曲げ変形等に追従可能である。

内圧補強層９の外周には、軸力補強層である軸補強層１１が設けられる。軸補強層１１は、主にインターロック管３が可撓管１の軸方向へ変形する（伸びる）ことを抑えるための補強層である。軸補強層１１は、金属製の補強条をロングピッチで２層交互巻きして形成される。軸補強層１１は、インターロック３の可撓性に追従して変形可能である。なお、補強条としては、例えば引張強度が１０００ＭＰａ程度のものを使用することができるが、より大水深の海底油田に対応するためには、引張強度が１５００〜２５００ＭＰａの高強度な鋼材を用いることもできる。

なお、必要に応じて、内圧補強層９と軸補強層１１の間にポリエチレン製等の樹脂テープである座床層１５ｂを設けてもよい。また、互いに逆方向に螺旋状に巻きつけられる２層の補強条の間に、ポリエチレン製等の樹脂テープである座床層１５ｃを設けてもよい。座床層１５ｂ、１５ｃは、補強部材同士が可撓管１の変形に追従する際に擦れて、摩耗することを防止するためである。

軸補強層１１の外周には、必要に応じて座床層１５ｄが設けられる。座床層１５ｄは、軸力補強層１１の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、インターロック管３の可撓性に追従して変形可能である。なお、座床層１５ｄは座床層１５ａと同様の構成であるため、説明を省略する。

座床層１５ｄの外周には、保護層１３が設けられる。保護層１３は、例えば海水等が補強層へ浸入することを防止するための層である。保護層１３は、例えばナイロン製、ポリエチレン製、ポリアリレート樹脂やポリアミド系合成樹脂製等の非架橋樹脂が使用できる。以上のように、可撓管１を構成する各層は、それぞれ可撓管１の曲げ変形等に追従し、可撓性を有する。

次に断熱層７について詳細を説明する。図３（ａ）は断熱層７を構成する断熱テープ１７を示す図であり、図３（ｂ）は断熱テープ１７を樹脂層５上に巻きつける状態を示す図である。

断熱テープ１７は、樹脂製であり、内部にガラス製の中空体である中空粉末１９が多数分散したものである。母相となる樹脂材料としては、変性ポリエチレン、ポリビニルデンフロライド、酸変性ポリビニルデンフロライド、シリコーンゴム等を選択することができる。

樹脂に分散する中空粉末１９は、ガラス製（例えばソーダ石灰ホウケイ酸ガラス）であり、略球形の中空体である。中空粉末１９は、メディアン径５〜３００μｍの粒径であることが望ましい。径が小さすぎると（径が小さいものが多くなり過ぎると）、断熱効果が小さくなるためである。また、径が大きすぎると（径が大きいものが多くなり過ぎると）、圧縮強度が小さくなるためである。なお、このような中空粉末１９としては、例えば、住友３Ｍ社製の「グラスバブルズ」（商品名）を適用することができる。

中空粉末１９は、樹脂１００重量部に対して、２０〜８０重量部程度含まれることが望ましい。中空粉末１９が少なすぎると、断熱効果が小さくなる。また、中空粉末１９が多すぎると、製造性が悪く、また全体として脆くなり、可撓性が悪くなるためである。

断熱テープ１７は、母相樹脂に所定量の中空粉末１９を混入させて押出成形等により製造される。なお、断熱テープのサイズとしては、例えば、幅１００ｍｍ、厚み３ｍｍ程度のものを使用することができる。

このようにして製造された断熱テープ１７は、図３（ｂ）に示すように、樹脂層５が押出被覆された管体の外周に巻きつけられる。この際、断熱テープ１７は隣接する互いの断熱テープ１７同士が接触するように略テープ幅のピッチで螺旋巻きされてもよく、多少の隙間を空けて巻き付けてもよく、または多少のラップ部を形成して巻き付けてもよい。また、必要に応じて、複数層に断熱テープ１７を巻き付けてもよい。この場合には、上層側の螺旋巻きの方向を下層側の螺旋巻きの方向と逆向きにしてもよい。

可撓管１は、以下のように製造される。あらかじめ製造されたインターロック管３が軸方向に送られて、必要に応じてインターロック管３に座床テープが巻きつけられ、座床層１５ａが形成される。座床層１５ａが形成されたインターロック管３は、押出機に送られ、押出機によって、外周部に樹脂が押し出され、樹脂層５が形成される。さらにテープ供給機から、あらかじめ製造された断熱テープ１７が供給されて螺旋巻きされる。

さらに、断熱層７の外周側に、補強テープ巻き機等により補強層が形成され、さらに最外周部に押出機によって保護層１３が形成され、所定長さに巻き取られる。以上により、可撓管１が製造される。

以上、本実施の形態によれば、高い断熱効果を有する可撓管１を得ることができる。この際、断熱層７は、流体が流れるインターロック管３に近い位置に配置される。断熱層７よりも外周側に対しても、流体からの熱を断熱することができる。このため、例えば、各座床層などに対しても、流体からの熱に対する耐熱性を有する樹脂を選択する必要がない。

また、断熱層７によって、外部の海水等から確実に流体を断熱することができる。このため、流体の温度低下に伴うワックス化等の問題もない。

また、断熱層７は中空粉末１９が分散するため、発泡樹脂等と同様の高い断熱効果を得ることができる。この場合でも、断熱層７を構成する断熱テープ１７の圧縮強度が高いため、流体の内圧によって断熱層７が潰れることがない。また、樹脂の密度に対して、中空粉末１９の密度が小さいため、通常の樹脂テープを使用する場合と比較して、より軽量化を図ることができる。

また、断熱層７が、あらかじめ中空粉末１９が分散する断熱テープ１７を巻き付けることにより形成されるため、製造性にも優れる。また、必要に応じて、複数層に断熱テープ１７を巻き付けることで、より高い断熱効果を得ることができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図４は第２の実施の形態にかかる可撓管２０を示す斜視図、図５は断面図である。可撓管２０は可撓管１と略同様の構成であるが、断熱層７の外周に遮蔽層８が設けられる点で異なる。遮蔽層８は、インターロック管３内を流れる流体からの腐食性ガス等が金属層である補強層側に浸透することを遮蔽するものである。

図６は、遮蔽層８を構成する積層フィルム２１を示す図である。積層フィルム２１は、樹脂フィルム２３および金属フィルム２５等により構成される。金属フィルム２５は、樹脂フィルム２３に挟み込まれる。

金属フィルム２５は、フィルム上に薄く加工が容易であるものであり、耐食性に優れるものであれば良い。たとえば、ステンレス、アルミニウム、外面に耐食性の良い材質でクラッドしたクラッド鋼等が使用できる。なお、金属フィルムは例えば０.０５ｍｍ程度の厚さであり、積層フィルム２１全体としては、例えば０．２〜０．３ｍｍ程度であればよい。

樹脂フィルム２３は、樹脂製のフィルムであるが、遮水層８の構築時に、金属フィルム２５の折れ曲がりや破れ、しわなどの発生を防止できる。なお、金属フィルム２５と樹脂フィルム２３は接着や圧着など公知の技術が使用できる。また、あらかじめ表面にマスキング等された樹脂部材に、金属層を蒸着等により形成することもできる。なお、樹脂フィルム２３としては、ナイロンやポリエチレン等いずれの樹脂であっても使用することができる。

なお、可撓管２０は、断熱層７上に積層フィルム２１を螺旋状に巻き付けて構成すればよい。また、積層フィルム２１の断面において、金属フィルム２５を複数に分割して形成してもよく、金属フィルム２５を積層フィルム２１の厚み方向断面において波形状等で形成してもよい。

図６（ｂ）に示すように、インターロック管３内には、原油等の流体が流れている。前述の通り、原油等には、腐食性ガスである硫化水素等が含まれている場合がある。このため、インターロック管３内からの腐食性ガス等の周方向への流れ（図中矢印Ａ方向）は、樹脂層５および断熱層７を透過する恐れがある。

しかし、本願発明にかかる可撓管１は、断熱層７の外周面に遮蔽層８が設けられる。遮蔽層８では、流体に含まれる腐食性ガス等の浸透を、内部の金属フィルム２５が遮蔽することができる。したがって、補強層が腐食性ガス等によって腐食することがない。

第２の実施形態にかかる可撓管２０によれば、可撓管１と同様の効果を得ることができる。また、遮蔽層８が設けられるため、内部を流れる流体によって補強層等が劣化することがない流体輸送用可撓管を得ることができる。

種々の樹脂に対して、中空体を混入させることによる断熱効果の違いを評価した。なお、熱伝導率の測定方法は京都電子工業株式会社製ＱＴＭ−５００を用いて行った。結果を表１に示す。

「樹脂」は母相樹脂の材質を示し、中空粉末の種類Ａは、住友３Ｍ社製のマイクロバルーングラスバブルズ（商品名）密度０．６ｇ／ｃｍ^３のものであり、中空粉末の種類Ｂは、同商品の密度０．４ｇ／ｃｍ^３のものである。また、中空粉末の重量部は、樹脂１００重量部に対する中空粉末の添加量である。樹脂熱伝導は、中実の樹脂のみの場合での熱伝導率であり、樹脂＋中空粉末の熱伝導率は母相樹脂に所定の中空粉末を分散させたものの熱伝導率である。なお、変性ＰＥとしては、マレイン酸をグラフト共重合させたポリエチレンであり、例えば三井化学社のアドマーＨＥ０４０である。また、変性ＰＶＤＦとしては、マレイン酸をグラフト共重合させたＰＶＤＦであり、例えばアルケマ社のＫｙｎａｒＡＤＸである。

表１からも明らかなように、母相樹脂単体と比較して、中空粉末を添加することで、熱伝導率が下がり、高い断熱効果を発揮することが分かる。また、密度が下がることで軽量化を達成することもできる。なお、結果を省略するが、樹脂単体および中空粉末を添加した樹脂とで、圧縮強度はほとんど変化することがなかった。特に、海底で使用する可撓管は、極力管の自重を少なくすることが望まれるため、可撓管の断熱テープとしては、上記のように断熱性の向上と軽量化の両者を達成することが特に効果的である。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、樹脂層５を形成する樹脂に中空粉体を混入させれば、樹脂層５と断熱層７の両者の機能を有する層を一体で形成することができる。また、断熱層７を構成する断熱テープ１７に金属層を形成すれば、断熱テープによって断熱層と遮蔽層の両者の機能を有する層を一体で形成することができる。

１、２０………可撓管
３………インターロック管
５………樹脂層
７………断熱層
８………遮蔽層
９………内圧補強層
１１………軸補強層
１３………保護層
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ………座床層
１７………断熱テープ
１９………中空粉末
２１………積層フィルム
２３………樹脂フィルム
２５………金属フィルム

Claims

可撓性を有するインターロック管と、
前記インターロック管の外周側に設けられた樹脂層と、
前記樹脂層の外周側に設けられた断熱層と、
前記断熱層の外周側に設けられた補強層と、
前記補強層の外周側に設けられた保護層と、
を少なくとも具備し、
前記断熱層は、内部にガラス中空粉体が分散した樹脂で形成されることを特徴とする流体輸送用可撓管。
前記断熱層は、樹脂に前記ガラス中空体が分散された樹脂テープが巻き付けられて形成されることを特徴とする請求項１記載の流体輸送用可撓管。
前記断熱層と前記補強層との間には、ガスが前記補強層方向へ透過することを遮蔽する遮蔽層が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体輸送用可撓管。
前記ガラス中空体は、メディアン径５〜３００μｍの粒径であり、前記保護層は、樹脂１００重量部に対して前記ガラス中空体が２０〜８０重量部含まれることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体輸送用可撓管。