PL180721B1

PL180721B1 - Elastyczny przewód do przesylania cieczy pod wysokim cisnieniem PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180721B1
Application number: PL96326199A
Authority: PL
Inventors: Nouveau Joel Le; Anh T Do
Original assignee: Coflexip
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 2001-03-30
Also published as: EP0853739A1; ES2130853T3; WO1997013091A1; EP0853739B1; AU713018B2; DE69601883T2; FR2739673A1; CA2234256A1; DE69601883D1; CA2234256C; ATE178131T1; FR2739673B1; US6099925A; AU7134896A; PL326199A1

Abstract

1. Elastyczny przewód do przesylania cieczy pod wysokim cisnieniem, zawierajacy w ewnetrzna szczelna rure, wzmocnienie obejmujace co najmniej jedna tasme owi- nieta spiralnie wokól osi glównej wewnetrz- nej rury, przy czym tasma jest plaska i zawiera co najmniej jedna warstwe wzdluz- nych pasm wlókien osnowy oraz srodki do zebrania razem tych pasm, w postaci luzno utkanego watku i materialu wiazacego, zna- mienny tym, ze nitki watku (7) maja odstep wiekszy niz pieciokrotny przekrój nitek os- nowy (6) a material wiazacy (8) umieszczony jest co najmniej na powierzchni granicznej pomiedzy pasmami osnowy i watku, przy czym material wiazacy utrzymuje wzdluzne pasma osnowy blisko siebie na calej dlugosci i zawartosc wzdluznych pasm wynosi co naj- mniej 39% zwartosci tasmy (10). FIG . 1 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elastyczny przewód do przesyłania płynów pod wysokim ciśnieniem, zwłaszcza elastyczna rura ze wzmocnieniem z włókien o średnicy wewnętrznej nie mniejszej niż około 4 cm. Tego rodzaju przewody stosuje się przykładowo do przesyłania gazu, ropy naftowej, wody lub innych cieczy na dalekie odległości i pod ciśnieniem kilkuset barów.

Konstrukcja takich przewodów w najprostszym wykonaniu obejmuje co najmniej wewnętrzną szczelną rurę, przez którą przepływa płyn, wzmocnienie okrywające rurę wewnętrzną którego zadaniem jest przeciwdziałanie ciśnieniu panującemu w wewnętrznej rurze i różnym siłom zewnętrznym oraz, jeśli istnieje taka potrzeba, zewnętrzną ochronną i/lub szczelną powłokę okrywającą wzmocnienie.

Ulepszenia i inne poprawki podwyższające jakość przewodów tego typu dotyczą zwykle wzmocnienia, lecz me wyłącznie.

W znanym wykonaniu, wzmocnienie uzyskuje się przez polecenie pasmami włókien wewnętrznej szczelnej rury wykonanej z materiału syntetycznego. Taki sposób wzmocnienia ma swoje wady, które podlegają zwłaszcza na koniecznym ograniczaniu wewnętrznej średnicy szczelnej rury do wartości poniżej 4 cm, co w znaczny sposób ogranicza stosowanie elastycznych przewodów. Istotnie, powyżej 4 cm należy posłużyć się znaczną liczbą dużych zwojów pasm włókien i elementów mocujących, co ma duże znaczenie ze względu na wagę tych zwojów. Przy stosowaniu obecnie znanych środków jest bardzo trudno, jeśli wręcz nie niemożliwe, wytworzyć ściśle upakowane wzmocnienie, które pokrywałoby wewnętrzną szczelną rurę na bardzo dużej długości (przykładowo, rura o długości większej niż 1 km i wewnętrznej średnicy 5 cm). Ściśle upakowane wzmocnienie lub całkowite pokrycie rury jest niezbędne dla zapewnienia elastycznemu przewodowi wysokiej wytrzymałości. Jeśli konieczne jest ściśle upakowane wzmocnienie rury lub jej prawie całkowite pokrycie, czyli jeśli chcemy uzyskać rurę wytrzymałą na wysokie ciśnienie wewnętrzne, jednym rozwiązaniem jest ograniczenie długości pojedynczego elementu rury. Konsekwencją takiego rozwiązaniajest, w przypadku przesyłania płynów na duże odległości, konieczność łączenia wielu końcówek rur przy pomocy odpowiednich łączników, co angażuje dodatkowe środki i zwiększa liczbę stref rury o zwiększonym prawdopodobieństwie przecieku. Ponadto, wytwarzanie rur ze ściśle upakowanym wzmocnieniem jest znacznie wolniejsze.

Oplatanie pasmami włókien prowadzi do dużej liczby przeplotów pasm włókien, co powoduje obniżenie pożądanego efektu. Wiadomo przy tym, że zewnętrzne warstwy najbardziej oddalone od głównej osi wzdłużnej wewnętrznej rury są mniej efektywne niz pozostałe w podwyższaniu wytrzymałości na ciśnienie wywierane na wewnętrzną ścianę przewodu

W innym wykonaniu, wzmocnienie składa się z jednej lub większej ilości par skrzyżowanych zwojów, każdy utworzony przez spiralne skrzyżowanie szerokich pasm, takich jak kordy łub żyły o stałym przekroju owalnym, przy czym zwoje znajdują się w miarę blisko siebie. Niedogodnościątego rozwiązaniajest pojawienie się zjawiska rotacji wewnętrznej rury poddanej ciśnieniu, co prowadzi do nierównych odległości pomiędzy jednym a drugim zwojem pasm wzmacniających. Zjawisko takie może doprowadzić do zniszczenia wewnętrznej rury i obniżenia użyteczności przewodu elastycznego.

W opisie patentowym EP 539 429 przedstawiono rurę kompozytowądo przesyłania cieczy pod wysokim ciśnieniem. Rura zbudowana jest z wewnętrznej rury wykonanej z tworzywa termoplastycznego, jednej lub więcej warstw materiału podobnego do taśmy owiniętego wokół rury wewnętrznej oraz zewnętrznej powłoki ochronnej Taśma wykonana jest z włóknistego materiału impregnowanego, lub me, tworzywem sztucznym, które może być wzmocnione tkaniną z włókien sztucznych lub metalem. W jednym z wykonań zwoje pierwszej warstwy nie sąciągłe, a przestrzeń pomiędzy zwojami wypełnionajest warstwąlub kolejnymi warstwami ułożonymi nad

180 721 pierwszą warstwą każda z warstw połączona jest końcami z sąsiednią warstwą przy pomocy zgrzewu, przy czym pierwsza warstwa przylega do rury wewnętrznej. W innym wykonaniu zwoje każdej otuliny przylegają do siebie i są połączone przy pomocy zgrzeiny punktowej na przyległych krawędziach zwojów.

Przewód tego typu wydaje się spełniać wymagania, lecz nie jest to prawda. Istotnie, jeśli rura posiada tylko jedną taśmę otulającą to tylko to drugie wykonanie zdaje egzamin. Ostatnie wykonanie cechuje się znaczną niedogodnością polegającą na tym, że kiedy rura sztywna ulega wygięciu taśmy wzmacniające me mogą się przesuwać względem siebie.

Największą niedogodnością pierwszego wykonania jest to, ze wymaga co najmniej trzech warstw ułożonych jedna nad drugą z których co najmniej dwie powinny być owinięte w tę stronę aby przykryć wolne miejsca pomiędzy meprzylegającymi do siebie zwojami spodniej warstwy.

W końcu nade wszystko, a uwaga ta dotyczy obu rozwiązań, nie podano żadnych informacji co do struktury taśmy poza tym, że taśma wykonana jest z materiału włóknistego, które może być wzmocnione przez impregnację tworzywem sztucznym Zatem z opisu powyższego nie wynika jak można otrzymać ulepszony przewód elastyczny o dobrej wytrzymałości przy stosunkowo niewysokim koszcie, zapobiegając jednocześnie wystąpieniu wspomnianego efektu rotacji. Biorąc pod uwagę tylko przemysłowy i ekonomiczny punkt widzenia, dotychczas wzrost wytrzymałości uzyskiwany był dzięki wzrostowi kosztów. Tak na przykład, stosowano coraz to bardziej odporne włókna ale jednocześnie coraz drozsze, takie jak włókno węglowe, poliamidy aromatyczne itp.. bez jednoczesnej analizy ich efektywności technicznej i ekonomicznej. Obecnie próbuje się wytwarzać elastyczne rury o odpowiednich właściwościach ale jednocześnie po niższych kosztach.

Problem ten został rozwiązany dzięki wytworzeniu elastycznego przewodu według wynalazku, w optymalny sposób, zarówno z punktu widzenia wytrzymałości na wysokie ciśnienie wewnętrzne jak i siły zewnętrzne, zwłaszcza siły rozciągające, oraz z ekonomicznego punktu widzenia, w szczególności wytwarzanie rur o dużych przekrojach i dużej długości

Przedmiotem wynalazku jest elastyczny przewód lub jego komponenty, takie jak taśmy wzmacniające, z materiałów o najlepszym stosunku wytrzymałości do kosztów ich wytwarzania, przy zastosowaniu znanych środków lub technik, bez uciekania się do stosowania skomplikowanych technologii i bez wyraźnego obniżenia szybkości ich wytwarzania.

Elastyczny przewód do przesyłania cieczy pod wysokim ciśnieniem według wynalazku zawiera wewnętrzną szczelnąrurę, wzmocnienie obejmujące co najmniej jedną taśmę owiniętą spiralnie wokół osi głównej wewnętrznej rury, przy czym taśma jest płaska i składa się z co najmniej jednej warstwy wzdłużnych pasm włókien osnowy oraz środków do zebrania razem tych pasm, w postaci luźno utkanego wątku i materiału wiązącego. Wątek jest utkany z odstępem większym niż pięciokrotny przekrój nitki osnowy a materiał wiążący ułożony jest co najmniej na powierzchni granicznej pomiędzy pasmami osnowy i wątku, przy czym materiał wiążący utrzymuje wzdłużne pasma blisko siebie na całej długości i zwartość tych pasm wynosi co najmniej 39% zwartości taśmy. Osłabienie pasm w taśmie wynosi mniej niż 10%, a odstęp pomiędzy nitkami wątku wynosi około 0,5 cm. Wzmocnienie w przewodzie według wynalazku może składać się z kilku zwoi, przy czym każdy zwój składa się z wielu płaskich taśm spiralnie owiniętych względem siebie w kierunku przeciwnym Wokół ostatniego zwoju wzmacniającego może być także owinięta taśma antyadhezyjna z przykryciem. Zarówno nitki osnowy jak i wątku mogą być z włókien poliamidowych, przy czym mogąbyć pokryte materiałem termoplastycznym przed ich tkaniem w celu wzmocnienia kohezji pasm w taśmie i jej stabilności oraz uzyskania lepszej ochrony wzdłużnych pasm przed tarciem i korozją chemiczną. Nitki wątku mogą także być wykonane z włókien poliestrowych. Korzystnie, jeżeli średni przekrój nitki wątkujest w przybliżeniu równy jednej trzeciej przekroju nitki osnowy Materiał wiążący w taśmie wzmacniającej może stanowić do 40% objętościowych. Wewnętrzna szczelna rura w elastycznym przewodzie według wynalazku może być wykonana z metalu lub polimeru. Elastyczny przewód może zawierać ponadto zewnętrzną powłokę ochronną, której współczynnik przepuszczalności K₂ jest większy od współczynnika przepuszczalności K, samej szczelnej rury, korzystnie jeśli K₂/K, jest

180 721 większy niż 3, a grubość e₂ powłoki ochronnej jest mniejsza od grubości samej rury ej i wynosi korzystnie 3’1-4.1. W korzystnym wykonaniu elastyczny przewód według wynalazku zawiera wewnętrzną rurę polietylenową a zewnętrzną powłokę ochronną poliuretanową.

Przy zastosowaniu powyższych parametrów elastyczny przewód według wynalazku jest zoptymalizowany zarówno pod względem wytrzymałości na wysokie ciśnienie wewnętrzne jak i z punktu widzenia ekonomicznego, czyli uzyskany został dla przewodu najlepszy stosunek wytrzymałość/koszt. Przewód spełnia z łatwością kryteria użytkowe, ponieważ do jego wytworzenia stosuje się technikę wzmocnienia z użyciem spiralnego okręcania w małych odstępach i może być wytwarzany o dużych przekrojach z dobrym współczynnikiem pokrycia na dużej długości bez wyraźnego obniżenia szybkości ich wytwarzania

Elastyczny przewód według wynalazku został opisany w kilku korzystnych wykonaniach i przedstawiony na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematycznie wycinek elastycznego przewodu w przekroju, fig. 2 przedstawia wycinek tkanej taśmy stosowanej do wzmocnienia elastycznego przewodu w widoku z góry, fig. 3 przedstawia schematycznie w przekrój u taśmę z rys 2, fig. 4 przedstawia schematycznie w przekroju taśmę z rys. 2 według mnego wykonania

W przykładowym wykonaniu wynalazku przedstawionego na fig. 1, elastyczny przewód zawiera patrząc od jego środka na zewnątrz:

- szczelną elastyczną rurę 1 do przesyłania cieczy pod wysokim ciśnieniem, wykonaną z tworzywa termoplastycznego, w tym przypadku z polietylenu o wysokiej gęstości spełniającego normę NFT-54-065, o średnicy wewnętrznej i zewnętrznej odpowiednio 73,6 mm i 90 mm;

- wzmocnienie 2 zawierające dwa zwoje 3 i 4 składające się z wielu taśm, nazywanych zwykle taśmami wzmacniającymi; zwoje te są owinięte spiralnie wokół szczelnej elastycznej rury 1 w kierunku przeciwnym pod katem 55° oraz

- zewnętrzną warstwę 5 będącą powłoką ochronną wykonaną z tworzywa termoplastycznego, takiego jak polietylen, o grubości około 4 mm.

W korzystnym wykonaniu mniejszego wynalazku, każde pasmo wzmacniające zwoje 3 14 jest płaską taśmą 10 zawierającą wzdłużne nitki osnowy 6, tworzące warstwę 6' oraz środki do zebrania tych nitek w postaci wątku 7 i materiału wiążącego 8. Środki wiążące są tak zaprojektowane by utrzymywać nitki osnowy blisko siebie na całej ich długości nadając jednocześnie, jak to opisano poniżej, taśmie pewną zwartość. Jak wynika z fig. 2, nić wątku tkana luźno łączy nitki osnowy z odstępem P pomiędzy kolejnymi przejściami, który jest wyraźnie większy niż zwykle, korzystnie większy niż pięciokrotny przekrój nitki wątku. Dobre wyniki uzyskuje się przy odstępie równym około 0,5 cm Po zastosowaniu powyższych parametrów pasma włókien wykazują dobrą stabilność wymiarów, szczególnie w kierunku podłużnym, a ich osłabienie jest minimalne, przy czym osłabienie w tym przypadku oznacza procent utraty wytrzymałości pasma włókien w stanie zebranym razem w stosunku do jego pojedynczej wytrzymałości. Wzdłużna nitka osnowy 6 jest korzystnie pasmem włókien o wysokiej wytrzymałości, przykładowo wykonanych z włókien aramidowych, włókien węglowych, szklanych itp W opisywanym przykładzie włóknami są włókna aramidowe o 330 teksach, a dokładnie, ciągłe włókienka aramidowe skręcone razem.

Jako wątek, w rozumieniu niniejszego wynalazku, uważa się każdy element osadzony na pasmach osnowy ułożony krzyżowo względem pasm w stosunku do wzdłużnego przebiegu taśmy ukośnie lub prostopadle by utrzymywać je blisko siebie, a po utkaniu tworzący praktycznie z pozostałością jedną całość. Wątek jest tak ułożony by przeplatać się z wzdłużnymi pasmami włókien osnowy, co najmniej jedno po drugim i przechodzić przez powierzchnię 6'

Nitka wątku 7 może być nitką o 44 teksach z włókien poliamidów aromatycznych, nitką o 56 teksach z włókien poliestrowych lub nitką o 77 teksach wykonana z włókien szklanych, jakkolwiek inne materiały i inne gęstości liniowe również mogąbyć zastosowane. Korzystnie, średnica nitki wątku 7 jest w przybliżeniu równa jednej trzeciej średnicy nitki osnowy 6.

Zgodnie z wynalazkiem, materiał wiążący 8 jest ułożony co najmniej na powierzchni granicznej pomiędzy wzdłużnymi pasmami osnowy 61 nitkami wątku 7. W korzystnym wykonaniu, fig. 3, nitka wątku 7 jest pokryta powłoką ochronną z tworzywa termoplastycznego, która po

180 721 ukształtowaniu taśmy przylega szczelnie do wzdłużnych pasm osnowy 6 w taki sposób, że taśma nie ulega perforacji i nie występująpuste miejsca ani powietrze pomiędzy wzdłużnymi pasmami 6. Jeśli pasma te sąbardzo ściśle upakowane, to mogą w niektórych miejscach zachodzić i nie znajdować się jedno obok drugiego. Zachodzą one od siebie szczególnie w obszarze luźno utkanych wątków a przestąjązachodzić na siebie w strefie położonej w połowie odległości między kolejnymi wątkami. Materiał wiążący należy do materiałów zdolnych do wiązania mci bezpośrednio lub pośrednio na drodze fizycznej lub/i chemicznej adhezji i następującej deformacji, szczególnie w aspekcie wydłużenia. Stwierdzono, że materiały o twardości powyżej około 50 w skali Shore'a D nadają się dla taśmy zawierającej wiązki pasm aramidowych. Materiał wiążący należy do takich materiałów termoplastycznych jak poliamidy, poholefiny, winyle, tworzywa zawierające fluor, szczególnie kopolimery termoplastyczne, lub elastomery, takie jak naturalny lub syntetyczny kauczuk, poliuretany, silikony. Duroplasty, takie jak PTFE oraz niektóre poliuretany również mogąbyć stosowane jednak pod tym warunkiem, że stosowane są w małych proporcjach by zachować elastyczność taśmy.

Preferowanymi materiałami są materiały termoplastyczne z uwagi na łatwość w posługiwaniu się nimi podczas wytwarzania taśmy.

W innym wykonaniu, nitki osnowy lub pasma włókien 6 są umieszczone w powłoce ochronnej z tworzywa termoplastycznego 9, jak pokazano na fig. 4, podobnie nitki wątku 7 sąpokryte powłoką ochronną. Jak widać, umieszczenie w powłoce ochronnej nitek osnowy powiększa korzystnie ich indywidualną zawartość w taśmie, szczególnie w stanie spoczynku tej ostatniej

W innym wykonaniu (nie przedstawionym na rysunku), nitki osnowy są umieszczone w powłoce ochronnej z tworzywa termoplastycznego natomiast nitki wątku nie. W rezultacie wątek jest stabilizowany w odstępach; z drugiej strony pozwala to na zrezygnowanie z pokrywania powłoką ochronną z tworzywa termoplastycznego.

Po zakończeniu tkania taśma jest kalandrowana na gorąco.

Uważa się, że taśma jest odpowiednio przygotowana do zastosowania, kiedy w spoczynku stosunek włókien lub zwartość jest równa 39%. Ten stosunek odnosi się do taśmy zawierającej n pasm aramidowych, przykładowo 11, o 330 teksach i o przekroju w spoczynku do 0,765 mm, przy założeniu, że w tym stanie, pasma wykazują zwartość około 50%, pasma ułożone są jedno przy drugim w tej samej płaszczyźnie, a więc są ze sobą styczne. Korzystnie taśma powinna posiadać osłabienie mniejsze niz 10%.

W przykładzie płaska taśma zawiera 11 wzdłużnych pasm osnowy 6 wytworzonych z włókien poliamidowych, każde pasmo o 330 teksach, wątek wykonany jest z włókien poliestrowych o 56 teksach pokryty kopolimerem amidowym o odstępie 0,5 cm. Wytrzymałość na rozciąganie jest rzędu 191 cN/teks (695 daN), z wydłużeniem przy zerwaniu rzędu 3,7% i osłabieniu równym 6%.

Wytworzona w ten sposób taśma wykazuje napełnianie szerokościowe 4537,5 teksów/cm, lub zgodnie z różnymi kryteriami zwartości, stosunek włókien w taśmie 53%. Stosunek ten jest równy s/S, gdzie s oznacza pole powierzchni poprzecznej zajętej przez włókna a S oznacza pole prostokąta opisującego przekrój taśmy. Pole powierzchni prostokąta opisującego przekrój taśmy liczone jest oznaczając jej wymiary w spoczynku. Grubość taśmy można przykładowo zmierzyć biorąc pod uwagę odległość między dwoma płytkami umieszczonymi ponad i poniżej taśmy, przykładając do taśmy ciśnienie niższe niż 10g/cm². Szerokość taśmy można zmierzyć pod tym samym ciśnieniem Jeśh chodzi o pole powierzchni zajęte przez włókna, to można je oznaczyć biorąc pod uwagę gęstość liniową wzdłużnych pasm i gęstość włókna tworzącego każde pasmo. W przykładzie, zmierzona szerokość równa się 8 mm a grubość 0,6 mm. Powierzchnia, 0,254 mm², została wyliczona przy uwzględnieniu, że gęstość pasm wynosi 1440 kg/m³. Jeśh wzdłużne pasma sąpokryte materiałem wiążącym, proporcje tego ostatniego określa się przeprowadzając analizę przekroju mikrograficznego, przykładowo przy pomocy wyposażenia typu „Photoshop” i „Optilab”. W podobny sposób można też określić inne składniki.

180 721

Ponieważ utkana taśma jest następnie kalandrowana na gorąco a wzdłużne pasma są pokryte materiałem termoplastycznym, zaleca się utrzymać powietrze między włóknami i pasmami w celu utrzymania giętkości lub elastyczności taśmy, przykładowo utrzymując stosunek powietrza w każdym paśmie około 23% i rzędu 16% w stosunku do rzeczywistego przekroju taśmy. W przykładzie (fig. 4) stosunek materiału wiązącego w taśmie wynosi 33% Stosunki różnych składników taśmy w spoczynku, które mają być zastosowane w taśmie, można określić w następujący sposób.

Jeśli wzdłużne pasma nie są pokryte materiałem termoplastycznym, każde pasmo zawiera co najmniej 50% włókna, wówczas, biorąc pod uwagę metodę określania powierzchni prostokąta opisującego przekrój taśmy, stosunek włókien w taśmie jest większy lub równy 39% W tym przypadku ilość materiału wiążącego w taśmie odpowiada ilości materiału niezbędnego do pokrycia pasma.

Jeśli wzdłużne pasma sąpokryte materiałem termoplastycznym należy zmierzyć względne stosunki składników poprzez analizę obrazu uwzględniając powierzchnię przekroju taśmy a nie powierzchnię przekrój u opisującego prostokąta. Celem takiego postępowania jest uzyskanie bardziej reprezentatywnych proporcji. Przykładowe korzystne proporcje są następujące:

- włókna w każdym paśmie od 60% do 90%

- włókna w taśmie większe niż około 50%

- materiał wiążący od 5% do 40%, korzystnie 20% do 35%

- powietrze w paśmie od 5% do 40%, korzystnie 10% do 30%

W wykonaniu przedstawionym na fig. 1, wzmocnienie 2 zawiera dwa skrzyżowane zwoje 3,4, z których każdy zawiera wiele wzmacniających taśm 10, przy czym taśmy pierwszego zwoju 3 sąprzykładowo owinięte pod kątem pomiędzy około 54° i 56° względem osi 11 elastycznego przewodu, podczas gdy taśmy drugiego zwoju 4 sąowinięte w przeciwnym kierunku. Przykładowo, kąt wzmacniający jednego ze zwojów może leżeć poniżej 55° a kąt wzmacniający drugiego ze zwojówmoże leżeć powyżej 55°. Dzięki zastosowaniu takiego kąta wzmocnienia wydłużenie tej elastycznej rury utrzymuje się na niskim poziomie. Ogólnie biorąc stwierdzono, że taśma musi charakteryzować się następującymi cechami by spełniać wymagania mniejszego wynalazku. Taśma powinna wykazy wać przede wszystkim wysoką zawartość, odznaczać się dobrą stabilnością wymiarów, równe naprężenie wszystkich pasm kiedy ulega naciskowi zakrzywionej płaszczyzny i wykazywać małe osłabienie. Ponieważ taśma jest owijana w naprężeniu podczas wzmacniania j ej zawartośćjest większa niżjej zwartość podczas spoczynku Stosunek włókien w paśmie może sięgać teoretycznie najwyższego stosunku 90%. Przewód według wynalazku odznacza się zminimalizowanym zjawiskiem rotacji, którego wystąpienie oznacza w zasadzie uszkodzenie wzmocnienia.

Zgodnie z innymi charakterystycznymi cechami wynalazku, taśma do niwelowania nierówności powierzchni rury lub taśma antyadhezyjna 12 jest owinięta wokół wzmocnienia 2 pokrywając drugi zwój wzmacniający 4 tak, aby całkowicie pokryć wzmocnienie w celu oddzielenia go od zewnętrznej powłoki ochronnej przewodu elastycznego. Tak więc zewnętrzna powłoka ochronna nie jest w stanie impregnować wzmacniające taśmy (10), a otrzymany elastyczny przewód jest typu „niezwiązanego” według oznaczenia API (American Petroleum Institute). Taśma adhezyjna może być wykonana z MYLARU, TERPHANU lub z cienkiego arkusza powleczonego Teflonem o grubości od 0,5 mm do 2 mm, korzystnie o grubości od 0,75 mm do 1,5 mm

Elastyczny przewód według wynalazku opisany powyżej o średnicy wewnętrznej do 5 cm (2 cale) ma ciężar liniowy 3,61 kg/m i ciśnienie rozrywające 254 bary Ilość włókien Q przypadająca na 1 m wynosi zatem około 180 g, a więc wskaźnik ilości włókien Q przypadający na 1 m rury i jednostkę ciśnienia rozrywającego Q/P. wynosi około 0,7 g/m bar (=180/254).

Z wykonanych testów elastycznych przewodów o większych średnicach, przykładowo o wewnętrznej średnicy 152,4 mm (6 cali) i zewnętrznej średnicy 187 mm wynikało, ze taki przewód miał ciężar liniowy 8,58 kg/m, ciśnienie rozrywające 158 bary i wielkość Q włókien 500 g/m, co daje stosunek Q/P. równy 500/138 = 3,6 g/m.bar.

180 721

Powyższe wyniki odnoszą się do taśm, których wzdłużne pasma osnowy wykonane są z aramidu, oczywiście można optymalizować te wartości stosując pasma innego rodzaju włókna, takie jak włókna węglowe, ceramiczne lub szklane dla rur o wysokiej wytrzymałości, lub nitki z poliestru dla rur o średniej wytrzymałości.

Ogólnie mówiąc, szczelna wewnętrzna rura według wynalazku może być rurą wykonaną z polimeru, przykładowo z termoplastu; zwijana rurąmetalowa, przykładowo rurą falistą kombinacją obu poprzednich.

Jeśli szczelna wewnętrzna rura wykonana jest z polimeru może wykazywać wadę polegającą na tym, że zostaje odkształcona i staje się owalną oraz wykazuje obniżoną wytrzymałość względem zewnętrznego ciśnienia zgniatającego. Wada ta może pochodzić, przykładowo, od urządzenia do chwytania i manipulowania przewodem lub wskutek oddziaływania zakrzywionej podpory na przewód lub od ciśnienia hydrostatycznego w przypadku przewodu znajdującego się w wodzie na dużej głębokości, przykładowo na głębokości 1000 m.

W celu usunięcia tej niedogodności przewód może posiadać, elastyczną rurę odporna na zgniatanie, przykładowo nieszczelną rurę okładzinową wykonaną z zwiniętej cienkiej taśmy metalowej lub kształtowanego zwiniętego drutu w spirale w małych odstępach. W zależności od zastosowania, wspomniana rura odporna na zgniatanie może znajdować się wewnątrz lub zewnątrz powierzchni polimeru, odpowiednio od typu „szorstkiego” lub „gładkiego” otworu. W efekcie, wzmocnienie może mieć bezpośredni kontakt z warstwą polimeru lub z rurą pośrednią taką jak wspomniana rura odporna na zgniatanie.

Jeśli chodzi o powłokę ochronną to może ona być każdego typu, przykładowo polimerowa powłoka ochronna wytłaczana lub zwijana z plastycznej taśmy.

Wybór wytłaczanej powłoki ochronnej, prostej lub klejącej taśmy zalezy od warunków stosowania.

Głównym celem powłoki ochronnej jest zapobieganie wszelkiego rodzaju infiltracji, którajest zdolna zniszczyć warstwę wzmacniającą i ewentualnie ochrona przed atakiem czynników mechanicznych (ścieranie, przebijanie) lub fizykochemicznych (hydroliza' reakcje fotochemiczne, itp.).

Jeśli elastyczny przewód stosowany jest do transportowania gazu lub produktów wielofazowych łącznie z gazem, z czasem gaz może dyfundować przez rurę wewnętrzną i gromadzić się w przestrzeni pierścieniowej między zewnętrzną powłoką i warstwami wzmacniającymi Wytwarza się pewne ciśnienie cząstkowe pochodzące od dyfundująccgo gazu do przestrzeni pierścieniowej. To ciśnienie cząstkowe może spowodować zaciśnięcie się rury wewnętrznej w sytuacji, kiedy w rurze wewnętrznej zabraknie ciśnienia lub może wywołać rozerwanie rury ochronnej, jeśli grubość ścianek lub ich wytrzymałość me są wystarczające.

Ciśnienie w przestrzeni pierścieniowej wywołane ciśnieniem cząstkowym można zmniejszyć w następujący sposób:

- wykonanie otworów wentylacyjnych (wyprowadzając gaz na połączonych końcach, wywiercenie otworów w powłoce ochronnej),

- dobór odpowiedniego polimeru dla powłoki ochronnej, który jest bardziej przepuszczalny niż rura wewnętrzna,

- stosowanie prostych taśm lub taśm klejących w zastępstwie nieprzepuszczalnych powłok zewnętrznych.

W celu zmniejszenia ciśnienia w przestrzeni pierścieniowej należy dobrać taki materiał dla zewnętrznej powłoki ochronnej 5 i wewnętrznej rury' 1, aby ich odpowiednie współczynniki przepuszczalności K₂ i K, różniły się, a mianowicie K₂>K,. Korzystnie, stosunek K₂/Kj powinien być co najmniej równy 3, korzystniej równy 4 Podobnie grubości e₂ dla zewnętrznej powłoki ochronnej 5 ie। wewnętrznej rury 1 sąróżne, zwłaszcza e₂ mniejsze ode,, przykładowo, stosunek e,/e₂ powinien wynosić między 3 a 4

Przeprowadzono obliczenia w celu określenia czy można wyznaczyć współczynnik bezpieczeństwa dla poszczególnych materiałów.

180 721

W pierwszym przykładzie, zaproponowano zastosowanie identycznego materiału dla zewnętrznej powłoki ochronnej 5 i wewnętrznej rury 1 przykładowo polietylenu o wysokiej gęstości typu PE80 spełniającego normę NF T 5465 i NF T 5403 z następującymi parametrami:

ei = e₂, wewnętrzny promień rury 1, R, = 65,4 mm zewnętrzny promień powłoki 5, R₂ = 82 mm wewnętrzne ciśnienie w rurze 1, Pi = 20 barów ciśnienie w przestrzeni pierścieniowej Pa = Pi/4 = 5 barów.

Obliczenia pokazały, że naprężenie awygenerowane w powłoce są większe niz dopuszczalne naprężenie (MRS: maksymalnie dopuszczalna siła). Takie rozwiązanie jest niedopuszczalne.

W innym przykładzie materiały dla zewnętrznej powłoki ochronnej 5 i wewnętrznej rury 1, takie jak odpowiednio PEBD i DOW PE 32 dają stosunek K₂/K, równy w przybliżeniu 4 (K₂= 1,4x 10’⁸iK2 = 0,35x 10‘⁸). Dobierające,; e,,R! iR2tak,żeiR₂/R₁ = 1,2616,/62 = 3 oraz ciśnienie Pa = 1,27 barów, wartość naprężenia σrówna się w przybliżeniu 2,14 MPa lub 21,4 barów otrzymuje się akceptowalne rozwiązanie. Szybkość wycieku dla tej rury byłaby rzędu 183 x 10'⁸ cm³/s, to jest w granicach 5,6 m³ rocznie na jeden kilometr długości przewodu.

Bardzo korzystnym materiałem na zewnętrzną powłokę ochronną 5 jest stop poliuretanowy, taki jak PU ELASTOLLAN 1185 A firmy ELASTOGRAN.

W wersji najprostszej przewód może nie zawierać zewnętrznej powłoki ochronnej. Może zawierać wyłącznie szczelną rurę ze wzmocnieniem według mniejszego wynalazku. Przypadek ten może mieć miejsce w szczególności w przypadku taśmy wytworzonej z włókien poliestrowych.

Rury mogą być wyposażone w elementy łącznikowe znanego typu, końce taśm umocowane bezpośrednio do elementów łącznikowych jak w przypadku metalowych taśm wzmacniających.

W innym wykonaniu (nie przedstawionym na rysunku) rura może posiadać wzmocnienie zawierające taśmę nawiniętą w małych odstępach, przykładowo pod kątem 85°, spełniającą zadanie otoczki odpornej na naprężenia okrężne.

W jeszcze innym wykonaniu (nie przedstawionym na rysunku) rura może posiadać rozciągliwe wzmocnienie zawierające wiele taśm skręconych spiralnie wokół osi głównej rury pod kątem mniejszym niż 55°, przykładowo 30°. To rozciągliwe wzmocnienie może być umieszczone, przykładowo na otoczce przeciwciśnieniowej.

Otoczkę przeciwciśnieniową można korzystnie wytworzyć przy pomocy taśmy według wynalazku, jak wspomniano powyżej, lub z elementów wykonanych z względnie lekkiego materiału, takiego jak zwiniętego drutu w spirale ze stopu glinu lub korzystnie z sztywnego materiału kompozytowego FRP.

Według niniejszego wynalazku, pasma oznaczają grupę ciągłych nitek osnowy, skręconych lub me, każda nitka może być pojedynczym włóknem lub zbiorem ciągłych lub nieciągłych włókien lub włókien elementarnych, zwłaszcza złożonych razem przez skręcenie lub sprzędzenie.

Jeśli to korzystne, pasma mogą być złożone z wielu elementarnych pasm, przykładowo przez skręcenie, lub po prostu równoległe ułożenie do siebie wielu pasm elementarnych

180 72t

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Elastyczny przewód do przesyłania cieczy pod wysokim ciśnieniem, zawierający wewnętrzną szczelną rurę, wzmocnienie obejmujące co najmniej jedną taśmę owiniętą spiralnie wokół osi głównej wewnętrznej rury, przy czym taśmaj est płaska i zawiera co najmniej jedną warstwę wzdłużnych pasm włókien osnowy oraz środki do zebrania razem tych pasm, w postaci luźno utkanego wątku i materiału wiążącego, znamienny tym, ze nitki wątku (7) mają odstęp większy niż pięciokrotny przekrój nitek osnowy (6) a materiał wiążący (8) umieszczony jest co najmniej na powierzchni granicznej pomiędzy pasmami osnowy i wątku, przy czym materiał wiążący utrzymuje wzdłużne pasma osnowy blisko siebie na całej długości i zawartość wzdłużnych pasm wynosi co najmniej 39% zwartości taśmy (10).
2. Elastyczny przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że osłabienie pasm w taśmie wynosi mniej niż 10%.
3. Elastyczny przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że wzmocnienie zawiera dwa nakładające się zwoje (3,4), przy czym każdy zwój składa się z wielu płaskich taśm (10) spiralnie owiniętych względem siebie w kierunku przeciwnym.
4. Elastyczny przewód według zastrz. 1, znamienny tym, ze odstęp pomiędzy nitkami wątku (7) wynosi około 0,5 cm.
5. Elastyczny przewód według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, ze nitka wątku (7) jest pokryta materiałem termoplastycznym.
6. Elastyczny przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że wzdłużne pasma osnowy (6) zawierają pasma lub włókna z aromatycznych poliamidów.
7. Elastyczny przewód według zastrz. 6, znamienny tym, że każde pasmo lub włókno osnowy (6) jest pokryte materiałem termoplastycznym (9).
8. Elastyczny przewód według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, ze nitka wątku (7) jest wykonana z aromatycznych poliamidów.
9. Elastyczny przewód według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że nitka wątku (7) jest wykonana z włókien poliestrowych.
10. Elastyczny przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera taśmę antyadhezyjną(12) z pokryciem, przy czym taśma owinięta jest wokół ostatniego zwoju wzmacniającego
11. Elastyczny przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał wiążący (8, 9) stanowi poniżej 40% objętościowo taśmy wzmacniającej.
12. Elastyczny przewód według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 10, albo 11, znamienny tym, że średni przekrój nitki wątku (7) jest w przybliżeniu równy jednej trzeciej przekroju nitki osnowy (6).
13. Elastyczny przewód według zastrz. 12, znamienny tym, że wewnętrzna szczelna rura jest zwijaną rurą metalową.
14. Elastyczny przewód według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 13, znamienny tym, że wewnętrzna szczelna rura jest rurą polimerową
15. Elastyczny przewód według zastrz. 14, znamienny tym, że zawiera taśmę owiniętą spiralnie w małych odstępach.
16. Elastyczny przewód według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera zewnętrzną powłokę ochronną (5), przy czym współczynnik przepuszczalności K₂ zewnętrznej powłoki ochronnej (5) jest większy od współczynnika przepuszczalności K; szczelnej rury (1), K₂> Kj.
17. Elastyczny przewód według zastrz. 16, znamienny tym, że stosunek K₂/Kj jest większy niż 3.
18. Elastyczny przewód według zastrz 1, znamienny tym, ze grubość c₂ zewnętrznej powłoki ochronnej (5) jest mniejsza od grubości e, wewnętrznej szczelnej rury (1), korzystnie e,/e₂ wynosi 3:1 -4:1.

180 721
19. Elastyczny przewód według zastrz. 16 albo 18, znamienny tym, że zewnętrzna powłoka ochronna (5) wykonana jest z poliuretanu a wewnętrzna rura z polietylenu.

* * *