專利名稱：至少一條深海海底管道的絕熱裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種至少一條深海海底管道的絕熱裝置和絕熱方法。
本發明技術領域涉及圍繞熱流出物流通的管道在其外部絕熱、以限制熱量耗損的絕熱系統的制造和安裝領域。
本發明特別適用于深海油田的開發，即適用于安裝在海上的石油裝置，其中，水面設備一般位于浮式結構上，井口處于海底。本發明涉及的管道或者是井口之間的連接管道，或者海底海面連接管道位于海底的部分。
目前，深海開發水深達1500米。未來的深海開發水深達3000米或3000米以上。
本發明主要應用于對尤其水深超過300米的水下或海底輸送熱石油產品的管道或管系進行絕熱，在正常生產狀態下以及在暫停生產的情況下，熱石油產品的急劇冷卻會帶來問題。
實際上，在這種應用中，開采溫度一般為60℃以上至80℃，而深水的周圍水溫可能低于10℃，如果石油產品的溫度相對于其開采溫度降低一個很大的數值，則會產生許多問題。對于70℃至80℃的初始溫度來說，如果石油產品冷卻到例如30℃以下至60℃，一般會出現下述現象-粘度加大，從而降低管道的流量，-溶解的石蠟析出，從而增大產品的粘度，其沉積物可能縮小管道的有效內徑，-瀝青烯的絮凝作用產生同樣的問題，-氣體水化物突然大量而密集地形成，在高壓低溫下沉積，從而突然堵塞管道。
石蠟和瀝青烯沉積在管壁上，從而需要從管道內刮除，相反，水化物則難以甚至不可能去除。
因此，這種管道絕熱的作用是不僅在生產狀態下而且在減少或暫停生產的情況下延緩被輸送石油流出物的冷卻，避免流出物的溫度降低到例如30℃以下，以限制上述問題的出現，或者至少可以使之可逆，在生產狀態下，對于70℃至80℃的管道入口開采溫度來說，石油流出物在到達水面時，其溫度確定為例如至少40℃。
另外，當這種管道敷設在300米以上的深海時，由于周圍壓力至少為30巴，因此禁止使用在陸地上或淺水下使用的性能良好的絕熱材料，因為這些材料利用的氣體導熱系數實際上很小，其對流受到固態多孔材料、蜂窩狀材料或纖維材料的阻止；氣體的壓縮性不能使這些普通的絕熱材料承受外部高壓。
1991年10月25日公開的日本專利申請JP2176299描述了一種用于建筑物中供給熱水的金屬管或合成樹脂管的絕熱裝置，這種裝置在例如13℃的環境溫度下，在停止熱水供給一小時后，保溫達50℃以上；為此，文中所述的結構包括熱水流通管，所述管最好可以變形，以便于敷設，管外覆蓋有一層在200％的石蠟中浸漬過的多孔材料層，其周圍再覆蓋另一層耐高溫材料層；使用石蠟所獲得的絕熱系數較大，盡管比以上所述的具有氣體的絕熱材料要小，而且這種日本裝置的蓄熱能力由于具有減少熱損失的耐高溫外層而得到加強，其優越性是可以在任何部位對整個結構進行切割以便于安裝，并且不會損失蓄熱功率。但是，這種解決方案不能用于深海水中，在深海，必須能夠承受較大的靜水壓力，確保足夠的密封性以避免發生任何污染和／或熱效率損失。另外，這種方案不具有本發明的特征。
此外，已經開發出其它幾種浸漬性強的絕熱方法，可以歸類為三個系列，即-整塊塑料外覆蓋層，例如聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯塑料覆蓋層，但是其導熱系數因為約為0．2至0．3瓦／米／攝氏度，所以很一般，在連續開采時，這是足夠的，但是在暫停生產的一定時間內，這不足以保持最低限度的溫度，-復合鑄塑材料覆蓋層，復合鑄塑材料由若干空心球構成，這些空心球含有一種氣體，可以承受外部壓力，埋置在例如混凝土、環氧樹脂、彈性材料、聚丙烯這樣的不同粘合劑中；性能最好的是以環氧樹脂粘合劑和空心玻璃微球為基體的復合鑄塑材料，其導熱系數很小，因為約為0．10至0．15瓦／米／攝氏度，所以引人注目，但是，這些覆蓋層的價格很高，-“管中管”，一個輸送流出物的第一內管同心地布置在一個承受外部靜水壓力的第二管中；兩個管之間的環形間隙可以充填導熱系數很小(0．02瓦／米／攝氏度)的絕熱材料，為了不壓壞管子，應保持在大氣壓下，兩個管之間的環形間隙也可以保持真空；該方案需要以有規律的間隔縱向布置完全密封的隔板，以確保安全，但是這種裝置的結構和安裝都比較復雜，成本很高。
另一種方法是預制復合鑄塑泡沫塑料殼體，使之圍繞管道進行裝配，或者圍繞所述管道包一層連續的復合鑄塑泡沫塑料覆蓋層。為此，復合鑄塑泡沫塑料由空心微球構成，空心微球含有一種氣體，并且由一般為環氧樹脂類的一種樹脂加以粘合。
這些用于深海的絕熱技術使用性能很高的產品，成本極高，且難以大規模采用。
在敷設單獨的管道或者管組(稱為“管束”)的情況下，一般最好在陸地上按照500至1000米的統一長度預制所述管道，然后用拖車進行牽引。在管道有數公里長的情況下，則牽引同下一個相接合的第一長度，在接合期間，拖車保持對整個管道進行牽引，這樣可以持續數小時。當整個管道或管組下水時，則用拖輪牽引，一般擦著水底朝現場牽引，然后在現場進行安裝。
一條或若干管道或者“管束”的絕熱由一個外罩加以保護，外罩具有雙重作用一方面，避免在牽引時可能造成損壞，在某些情況下要牽引數百公里的距離，這需要使用強度很高的材料，例如鋼、熱塑性或熱固性材料或者復合材料；另一方面，圍繞絕熱系統形成密封。
如果外部絕熱覆蓋層由圍繞管道裝配的復合鑄塑泡沫塑料殼體構成，則需要進行所述密封，因為各個殼體之間的間隙以及殼體和外罩之間的間隙充填有基本不能壓縮的物質，一般是淡水或鈍化的海水，或者是其它與內部組件相兼容的物質。
實際上，水深達2000米，靜水壓力約為200巴，即20兆帕，這意味著管道及其絕熱系統不僅在熱流出物流通的管道壓力減壓時應能承受這種壓力而不損壞，而且應能承受溫度循環的影響，溫度循環會引起各種不同成分以及隙間流體的容積變化，因此，如果外罩是密封的，則會引起或者由于超過允許應力或者由于所述外罩發生內裂(負內壓的變化)而可能導致局部或全部損壞的正壓或負壓。
如果所述外罩不密封，那么，整個裝置與外部壓力等壓，但是，由此會造成“管束”內部和外部環境之間的流體交換。在“管束”間隙充填有淡水、鈍化海水或其它與內部組件相兼容的物質的情況下，由于要避免與外部環境的流體交換，因此就要配置由彈性材料撓性薄膜構成的袋子，阻止容積變化，使壓力變化保持在一個合理的水平，但是這些袋子使絕熱裝置的裝配復雜化，而且不能使應力均勻分布。
因此，提出的問題是可以對用于敷設在海底尤其是深海的至少一條海底管道實施絕熱，管道的絕熱覆蓋層不僅能夠承受靜水壓力，而且也能夠承受同其本身重量有關的、在敷設過程中管道經受摩擦和沖壓而產生的各種作用力；所述絕熱覆蓋層應能使一種熱流出物、例如在海底在例如60℃下開采的石油產品，在水中經過數公里的輸送后到達水面時，保持在上述溫度、例如40℃，另外，甚至在暫停生產數小時之后，也能使溫度保持在例如30℃以上，由于提供各種各樣的使用可能性，因此生產成本低于現有復合鑄塑材料的成本，而且不會污染環境。
一種解決所提出的問題的方案是一種至少一條用于敷設在深海的海底管道的絕熱裝置(實際上，所述管道可以是唯一的管道，或者是與其它管道裝配在一起的稱之為“管束”或“管組”的管道)，這種絕熱裝置包括一層圍繞管道的絕熱覆蓋層以及一個保護外罩；根據本發明，所述絕熱覆蓋層包括一種材料，這種材料在高于圍繞使用中管道的外部周圍溫度T2而低于在管道中流通的流出物的溫度T1的熔化溫度T0下進行液-固相變化，基本不可壓縮，所述保護外罩強度大(例如抗磨蝕、抗摩擦、抗腐蝕以及抗機械沖擊)，可變形(尤其是在靜水壓力作用下和／或溫度變化時在液-固相變化的情況下根據材料的容積變化進行變形)，確保對所述絕熱覆蓋層的密封性以及圍繞所述絕熱覆蓋層的密封性。
所述絕熱覆蓋層最好圍繞管道最好最靠近所述管道的外表面包括一種吸收基體，所述基體為所述基本不可壓縮的材料所浸漬。
所述絕熱覆蓋層可以直接圍繞在管道周圍，或者間接地圍繞在管道周圍。在后一種情況下，所述絕熱覆蓋層可以圍繞在一條尤其是已經用復合鑄塑泡沫塑料進行絕熱的管道周圍。
保護外罩至少在其周邊支承在剛性固化的材料上，適于承受管道的重量，并且在管道從地面開始進行敷設時經得住摩擦。
特別是，保護外罩可以根據絕熱覆蓋層在靜水壓力作用下和溫度變化時的容積變化進行變形。
所述外罩可以具有至少一個出氣口，以避免穿過內管的壁擴散的氣體、例如氫氣可能的聚集，所述氫氣由在管道中流通的流出物產生。
本發明還涉及一種絕熱方法，這種絕熱方法使用一層圍繞至少一條海底管道的絕熱覆蓋層以及一個保護外罩，例如-使用一層絕熱覆蓋層最好直接圍繞所述管道，所述絕熱覆蓋層包括一種在一定的熔化溫度下T0進行相變化而且基本不可壓縮的材料，所述不可壓縮的材料最好在一種吸收基體中浸漬過，將所述絕熱覆蓋層封閉在強度高而且可變形的保護外罩中，-使熱流出物在高于材料熔化溫度T0的溫度T1下在管道中流通，而外部周圍溫度T2低于熔化溫度T0，因此，進行相變化的材料最好從管道起在一部分浸漬基體中為液體，直至管道和外罩之間的一個熱交換平衡極限，超過該極限，材料為固體，-當流出物在管道中暫停流通時，由于材料的液態部分冷卻時逐漸固化，材料固化作用的潛熱產生熱傳導，因此，在預定時間內，所述流出物的溫度保持在一定的溫度T3以上。
其結果是一種至少一條用于敷設在海底特別是深海的海底管道的新的絕熱裝置和絕熱方法，這種絕熱裝置和絕熱方法避免了現有裝置中的前述缺陷，解決了所提出的問題。實際上，保護外罩無需抗靜水壓力，因為它支承在一種基本不可壓縮的材料上。
這種材料選擇成也在高于圍繞使用中管道的周圍溫度T2的熔化溫度T0下進行液／固相變化，以便其外部始終為固態，一方面具有足夠的強度以吸收由保護外罩傳遞的各種作用力，另一方面具有較好的熱慣性。所述熔化溫度T0也應該選擇成低于在管道中流通的流出物的溫度，使圍繞管道的所述材料的一部分在正常生產狀態下借助于流出物的供熱而熔化。相反，在降低開采量或暫停生產的情況下，所述進行相變化的材料由于熔化熱焓大于50千焦耳／千克而向管道中的流出物釋出其熱量，從而延緩所述流出物的冷卻，達到預期的目的。
另外，所述進行相變化的材料的外部固態部分限制所述材料發生污染周圍環境的危險，因為萬一保護外罩破裂，這部分材料的固體狀態仍然保持其完整性。
所述基本不可壓縮的材料選擇成其導熱系數小，尤其是小于0．3瓦／米／攝氏度。
所述不可壓縮的材料尤其在這樣一些材料中加以選擇，這些材料由至少90％的下述化學成分構成，這些化學成分選自尤其包括一個具有至少10個碳原子的碳氫鏈的鏈烷，或者水合鹽或非水合鹽，二元醇，瀝青，柏油，蠟，以及其它在環境溫度下的固態脂肪類化合物，例如油脂，人造奶油或者脂肪醇和脂肪酸。
不可壓縮的材料最好由包括一個具有至少14個碳原子的碳氫鏈的石蠟構成。
前述進行相變化的材料在其改變狀態時，一般具有較大的容積變化，在石蠟的情況下可達20％。保護外罩應能進行調節而不損害所述容積變化。
因此，本發明的另一個目的是制造絕熱系統的一種保護外罩，一方面，當一組管道及其絕熱系統在牽引和在現場安裝時，這種保護外罩確保其完整性，另一方面，當發生同由于海底壓力而造成的應力有關的溫度變化時，所述保護外罩克服由各種組件的差示膨脹產生的應力。
使用下述一種至少一條海底管道的絕熱裝置即可達到該目的，所述絕熱裝置包括一層圍繞管道的絕熱覆蓋層和一個保護外罩，根據本發明，所述保護外罩橫截面的外周邊是一條閉合曲線，其長度的平方與其所限定的面積之比至少為13；圍繞絕熱覆蓋層并確保其密封性的保護外罩貼合絕熱覆蓋層的外形，其橫截面并非迄今所采用的圓形，而是橢圓形、多邊形、例如矩形、或者兩者相結合。
如果絕熱裝置包括至少兩個沿同一平面布置的管道，那么，所述外罩在與所述平面相同的方向上呈長形。
當發生內部容積變化時，外罩朝圓形進行變形，在數學上以不變的周長構成較大的截面。
如果是一個圓形型面的密封外罩，那么，容積的增大會在壁上產生應力，所述應力同由所述容積增大而造成的壓力增大有關系。
反之，在矩形型面的情況下，容積增大主要使平壁彎曲，隙間流體的擴散在這些變形區域聚集。壁上產生的作用力主要是在壁的厚度上的彎曲作用力，如果外罩在其周邊及其整個長度上具有不變的厚度，則最大的彎度在最大的側邊形成。
例如，一個直徑為1米的圓，其截面約為0．785平方米，周長約為3．1416米；一個具有同樣周長的正方形，其截面約為0．617平方米，當以不變的周長從一個正方形轉變到一個圓形時，膨脹容量為21．5％；所述正方形形狀相當于保護外罩橫截面閉合曲線外周長的平方與所述周長所限定的面積之比的比值，該比值等于16。
同樣，一個其上述比值大于16的扁平長方形，在周長不變的情況下，具有較大的理論膨脹容量；因此，一個長方形，如果大邊為1．2米，小邊為0．3708米，周長同樣為3．1416米，而截面只有0．44496平方米，那么，其理論膨脹容量為43．3％。
因此，絕熱覆蓋層橫截面的形狀越扁平，其外罩由于在溫度作用下組成部分的膨脹而吸收膨脹的能力越強。
但是不要忽視，因為壁的彎曲變形趨向于一個很不完全的圓，所以并不能完全達到理論膨脹容量。因此，有效膨脹容量只是所述理論膨脹容量的一部分，相當于30％或50％，視構成外罩的材料的質量而定，外罩可以用鋼、熱塑性或熱固性材料或者復合材料制成。
因此，為了獲得較大的容積變化，最好采用這樣的型面，其中所述外罩橫截面的周邊具有凹向所述外罩外部的凹入的反向彎曲度。
在橢圓形型面的情況下，內部壓力的變化意味著彎曲應力和純牽引應力的結合，因為橢圓形的可變彎曲度像建筑上的拱頂那樣，不同于本發明外罩的情況，應力是牽引應力，而不是壓縮應力。因此，橢圓形或接近橢圓形的形狀膨脹容量小，若采用橢圓形，則橢圓形的長軸長度與短軸長度之比要盡可能高，例如至少為2∶1或3∶1。
因此，外罩的形狀要根據絕熱覆蓋層在溫度變化的作用下的整個容積膨脹情況加以選擇。對于主要使用易受膨脹影響的材料的絕熱系統來說，長方形、多邊形或橢圓形可以使壁的彎曲膨脹在外罩上產生最小的牽引應力。
對于在例如氣態碳氫化合物、鏈烷族(石蠟)或進行相變化的材料的溫度變化下具有較大膨脹性的流體來說，最好采用扁平長方形，以形成必要的膨脹儲備。若形成前述的反向彎曲度，則可增大這種膨脹儲備。
本發明還有其它一些優越性，但是以上所列舉的一些優越性足以證明其新穎性和重要性。下面參照附圖的描述涉及本發明的非限制性實施例，不超出本發明的范圍還可以實施其它變型，特別是選用在水下深度、周圍環境溫度、流出物的溫度等方面具有所需用途的進行液／固相變化的材料。
附圖如下

圖1是一個本發明絕熱裝置的剖面圖，所示的絕熱裝置具有三個裝配成管組或“管束”的管道，但可適用于一條單一管道或大量相連接的管道。
圖2A和2B是如圖3E所示的本發明絕熱裝置的安裝和制造方法的若干階段的細部圖。
圖3A至3E以及4A至4C示出本發明絕熱方法的一個實施例的各個不同階段。
圖5A和5B是在兩個管段之間進行連接的一個本發明裝置的剖面圖。
圖6是一個具有兩條管道的管組或“管束”的剖面圖，其中，絕熱覆蓋層和保護外罩呈圓形，是公知的現有技術。
圖7是一個具有方形截面的本發明管束外罩的剖面圖。
圖8是一個具有多邊形截面的外罩的剖面圖。
圖9是一個在環境溫度下具有扁平長方形截面并且處于由于溫度而造成的最大膨脹位置的外罩的剖面圖。
圖10是一個具有比值為3∶1的橢圓形截面的外罩的剖面圖。
圖11是一個具有比值為2∶1的橢圓形截面的外罩的剖面圖。
圖12是一個具有扁平長方形截面的兩端呈圓弧形的外罩的剖面圖。
圖13是一個其彎曲截面具有彎曲點、因而具有凹入的反向彎曲度的外罩的剖面圖。
圖14是一個管組的剖面圖，所述管組包括管道、電纜和控制件，它們根據本發明平放地加以布置，由一層絕熱覆蓋層進行絕熱，由一個截面基本為扁平長方形的保護外罩進行保護，并且具有一個下耐磨損板。
圖15是一個本發明“管束”的剖面圖，該管束具有基本呈扁平長方形的截面，由金屬板制成，并且具有一個焊接蓋子。
圖16是其它實施例中上述“管束”的剖面圖，其中，蓋子可以或者進行焊接，或者進行機械裝配。
圖17是其它實施例中上述管束的剖面圖，其中，蓋子由一種現場澆鑄的強度大的撓性材料取代。
實施例1以石蠟為主要成分的絕熱覆蓋層。
如前所述，至少一條用于敷設在深海海底8的海底管道1的絕熱裝置以公知的方式包括一層圍繞管道的絕熱覆蓋層以及一個保護外罩3。根據本發明，如圖所示，絕熱覆蓋層由一種基本不可壓縮的材料組成，這種材料在高于圍繞使用中管道的外部周圍溫度T2而低于在管道1中流通的流出物6的溫度T1的熔化溫度T0下進行液-固相變化；其中，材料4在固態時的導熱系數很小，最好小于0．3瓦／米／攝氏度，其熔化熱焓最好大于50千焦耳／千克；絕熱覆蓋層例如由至少90％的鏈烷族化學成分組成，這些化學成分是通式為CnH2n+2的飽和烴、例如石蠟或蠟；所述化學成分也可以是水合鹽或非水合鹽，二醇類，瀝青，柏油，脂肪醇；所述材料的熔化溫度應為在管道1中流通的熱流出物6的溫度T1與圍繞使用中管道的周圍環境溫度T2之間的溫度，實際上，一般來說，熔化溫度為20℃至80℃。例如，使用的分子式為C24H50的廿四烷石蠟具有50．9℃的溫度T0。
本發明絕熱覆蓋層包括一種吸收基體2，吸收基體圍繞管道1，最靠近其外表面，浸漬有不可壓縮的材料4；保護外罩3強度大，可變形，確保對絕熱覆蓋層的密封性以及圍繞絕熱覆蓋層的密封性；保護外罩3至少在其周邊支承在剛性固化的材料上，適于承受管道1的重量，并且在從地面開始進行管道敷設時，經得住摩擦。
保護外罩3可以變形，以便在靜水壓力的作用下以及當材料4在進行相變化時發生容積變化的時候，至少對其封閉的絕熱覆蓋層的容積變化進行補償，保持其完整性，從而保持其封閉的容量；為此，絕熱覆蓋層可以用熱塑性材料、例如聚乙烯或熱固性材料或者金屬制成，具有非圓柱形截面。在外部靜水壓力的作用下，形成外管的保護外罩3進行變形，支承在基本不可壓縮的材料4的固化部分上；這樣，保護外罩3變形度小，由此而產生的應力也小；因此，外罩厚度也可以較薄。
基體2可以由下述材料構成輕質蜂窩狀材料或纖維材料、例如多開孔泡沫塑料尤其是聚氨酯泡沫塑料，玻璃纖維或礦物纖維，織物，氈，紙等；實際上，構成基體的材料的性能應具有足夠的吸收能力，以便同進行相變化的材料4的浸漬處理的相兼容，阻止材料的液化部分41的自然對流；基體可以是不均勻的，以便同浸漬處理的溫度梯度相兼容，在進行相變化的材料的外部42始終為固態，因此不進行熱對流運動的情況下，基體可以僅僅占據由保護外罩3和管道1所限定的環形空間的一部分容積；在這種情況下，液體部分41和固體部分42兩個部分之間的界限19始終包括在基體2中。
例如，使用的吸收基體由植絨的織物構成。
根據例如圖3A至3C所示本發明裝置的實施方法的實施例-將一個密閉件72例如通過在部位161處的連續焊接固定在要絕熱的管道1的外壁的一個端部上(圖3)；-在這部分管道1上完全和均勻地圍繞管道安裝吸收基體2構件，然后圍繞這些基體2構件安裝保護外罩3，使之例如通過連續焊接固定到封閉件72的端部上(圖3B和3C)；根據一個最佳實施例，在基體2構件之間還插入間隔件9，這些間隔件以均勻的間隔沿管道1進行布置，支承在管道上，適于支承保護外罩3并使之定位；-將一個第二封閉件71定位在保護外罩的另一端上，例如通過在部位162處的連續焊接使之固定在外罩和管道1上(圖3D)；-如果在基體2構件之間插入間隔件9，那么，當保護外罩3的所有構件安裝就位并進行固定而構成封閉的外罩時，與間隔件9相垂直地安裝束帶(圖4B)；-例如通過一端開在封閉件7之一上的孔，在管道1和外罩3之間的環形間隙中完全充填以液化的其溫度高于其熔化溫度T0的進行相變化的材料4，直至所有基體2構件完全被浸漬。為此，可以使管道傾斜，以便通過例如圖4A所示的環形間隙的下部充填進行相變化的材料4，這樣，可以通過布置在相對的封閉件7上的通氣孔15排氣，以便進行充填(也可以在充填之前造成真空)；-在預先配置間隔件9和束帶17的情況下，用壓力液化材料4充填環形間隙，使外罩3在束帶17之間進行變形；所述變形相當于容積增大，是由液體材料4在充填溫度下相對于其固態下的容積進行熱膨脹所造成的，如圖4B所示；-使裝置冷卻，在材料4冷卻和固化后，所述裝置基本恢復其初始容積；如果如前所述是在壓力下進行的充填，那么，外罩基本是直的，如圖4C所示，這樣可選的是可以卸下束帶17。
封閉件7的主體是封閉的，而間隔件9的主體最好鉆有孔口，以便充填進行相變化的材料；封閉件和間隔件最好用導熱系數不大的非金屬材料制成。如圖2A和2B所示，封閉件也可以包括一個內環形件10和一個外環形件11，內環形件的材料與管道1的材料相同，外環形件的材料與外管3的材料相同；兩個環形件剛性和密封地固定在封閉件的主體上；固定在管道1上的環形件可以包括一個裝卸輔助凸緣18。
在進行相變化的材料的剛性部分22的機械特性不足以支承一條或若干管道1的情況下，間隔件9是必要的；另外，這種間隔件9確保一個或若干管組在外罩管3中的定位。
如果是一條在現場通過焊接或螺釘連接將預先絕熱的管段裝配起來的管段，那么，接合區域是不絕熱的，應該在現場進行處理；可以圍繞管段之間的接合部位布置預制浸漬件12，使之彼此連接，從而在接合區域進行絕熱，所有預制浸漬件用一種熱塑性或熱固性樹脂13通過復制澆鑄加以固定，如圖5A和5B所示。
實施例2具有至少兩個并置管道的扁平管組圖6是一個兩條海底管道1的絕熱裝置的剖面圖，這種絕熱裝置包括一層圍繞管道的絕熱覆蓋層2和一個封閉整個裝置的保護外罩3。絕熱覆蓋層2包括在實施例1中，整個裝置橫截面的周邊24是一個圓；一種基本不可壓縮的流體確保全部填滿外罩3，填滿半殼和外罩3之間的所有間隙；為了不受主要由溫度變化而造成的較大應力的影響，如前所述，外罩在其整個長度上貼著其內壁具有一條連續孔道23，以便基本不可壓縮的流體進行流動，并使整個裝置保持在等壓狀態；外罩3或者在其端部或者在其長度上的多處也具有孔，使流體通過撓性隔膜直接或間接地同外部接觸，以避免海水和基本不可壓縮的流體之間的混合。
圖7示出本發明“管束”的絕熱裝置的一種橫截面，其中，橫截面的外周邊24呈方形，對一層絕熱覆蓋層2的絕熱進行保護，如實施例1所述，絕熱覆蓋層由最好在一種吸收基體中浸漬過的石蠟組成。
圖8示出其它實施例中圖7所示裝置的一種截面，其中，外罩3呈八邊形。
圖9示出其它實施例中圖7所示裝置的一種截面，其中，外罩3呈扁平長方形。在溫度變化的作用下，絕熱覆蓋層2的膨脹限制在外罩3的變形中，外罩變形的外形具有曲線37。
圖10示出其它實施例中圖7所示裝置的一種截面，其中，外罩3呈橢圓形，其長軸的長度與短軸的長度之比為3∶1。
圖11示出其它實施例中圖7所示裝置的一種截面，其中，外罩3呈橢圓形，其長軸與短軸之比為2∶1。
圖12示出其它實施例中圖7所示裝置的一種截面，其中，外罩3呈扁平長方形，其小側邊28凸起或呈圓弧形。
圖13示出其它實施例中圖7所示裝置的一種截面，其中，外罩3橫截面的周邊24具有彎曲點、因而具有凹入的反向彎曲度35，增大了膨脹容量。
圖14示出一個本發明絕熱裝置的一種截面，其中，外罩3包括兩個石油流出物開采管道11、一個中央注水管道12以及兩個裝置加熱管道，管道13例如用于從水面支承件輸送一種熱流體，管道14用于回流；管道13和14之間的一個連接管布置在管組的第二水下端部。管道1由一層絕熱覆蓋層加以圍繞，絕熱覆蓋層充填有一種基本不可壓縮的流體、例如石蠟，如實施例1中所述。管組或“管束”在其側面配有可以接納臍狀件20的槽19，槽在圖14的左部示出一個，在右部示出兩個。
本發明絕熱裝置在其下部具有一個耐磨損板21，耐磨損板最好至少沿保護外罩3橫截面的大邊之一布置在橫截面的一部分外周邊24上，從而在牽引和現場安裝時避免損壞封閉外罩3；裝置敷設在海底22，只有耐磨損板21擦著海底。
耐磨損板21可以用比重為1的熱塑性材料制成，因此，在管組牽引時和使用期間，都不會改變其浮力。
圖15示出一個“管束”的一種剖面，其中，保護外罩3具有一個下部31，使用時朝上呈開口U形，管道1、絕熱覆蓋層2和不可壓縮的流體4布置在其中，下部31由一個蓋子34加以封閉，蓋子裝配在下部上，以構成整個保護外罩3；如圖所示，管束基本呈長方形，例如由一個金屬板制成，配有一個蓋子34，蓋子通過在部位251，252處的焊接裝配在外罩上。管束包括管道1和電熱線路26，整個管束由一層覆蓋層2加以覆蓋，覆蓋層由布置在外罩3下部的間隔件27加以支承；覆蓋層2或者由一種浸漬有石蠟的吸收基體構成，或者由復合鑄塑泡沫塑料或其它抗壓絕熱材料構成；外罩3和絕熱覆蓋層2之間的間隙充填有基本不可壓縮的流體4、例如石蠟，確保外罩3的內部容積完全充填，因此在該實施例中，外罩不貼合絕熱覆蓋層2的形狀。
圖16示出圖15所示管束的另一個實施例，其中，外罩3和蓋子34具有一個呈唇部28形狀的搭接部分，搭接部分位于“管束”主截面的外部，這樣可以通過下述方法進行裝配-或者如圖左部所示，穿過均勻間隔的孔29，加一個彈性墊301，進行栓接或鉚接，或者直接在板之間進行膠接，-或者如圖右部所示，在區域302進行滾焊式連續焊接；滾焊是板材業領域技術人員所公知的，這里不再描述。
因此，在機械裝配、膠接或兩者相結合的情況下，外罩3可以用任意材料制成，例如用熱塑性材料、熱固性材料或復合材料制成。
圖17示出圖15所示管束的另一個實施例，其中，蓋子由一層撓性材料層31加以取代。例如熱塑性材料、熱固性材料或者網狀材料、例如彈性材料，所述材料封閉外罩3的U形下部31的上開口，在“管束”的所有組件全部安裝之后澆鑄而成，一層絕熱覆蓋層2包括一種基本不可壓縮的流體4，絕熱覆蓋層2由充填的不可壓縮流體4加以圍繞，對流體的液位進行調節，以便留有足夠的余地，確保材料層31具有足夠的厚度、例如1厘米，這樣，可以具有足夠的粘合力粘合到外罩3的壁上。如圖右部所示，接觸面為一個直角32的形狀，如圖左部所示，接觸面為S形形狀33，板3增大了接觸面以及承受剪應力的區域，一般來說，剪應力比膠接中的斷裂更可取。
權利要求
1．一種至少一條敷設在深海海底的海底管道(1)的絕熱裝置，它包括一層圍繞所述管道的絕熱覆蓋層及一個保護外罩(3)，其特征在于，所述絕熱覆蓋層包括一種基本不可壓縮的材料(4)，這種材料在高于圍繞使用中管道的外部周圍溫度T2而低于在所述管道中流通的流出物的溫度T1的熔化溫度T0下進行液-固相變化，所述保護外罩(3)強度大，可變形，并確保圍繞所述絕熱覆蓋層的密封性。
2．根據權利要求1所述的絕熱裝置，其特征在于，所述絕熱覆蓋層圍繞所述管道(1)最好最靠近其外表面具有一種浸漬有所述材料(4)的吸收基體(2)。
3．根據權利要求1或2所述的絕熱裝置，其特征在于，保護外罩(3)至少在其周邊支承在剛性固化的材料(4)上，適于承受管道(1)的重量，并且在所述管道從地面開始進行敷設時經得住摩擦。
4．根據權利要求1至3之一所述的絕熱裝置，其特征在于，保護外罩(3)可以根據它所封閉的絕熱覆蓋層在靜水壓力作用下和溫度變化時的容積變化進行變形。
5．根據權利要求1至4之一所述的絕熱裝置，其特征在于，保護外罩(3)具有至少一個氣體出氣口，所述氣體是可能穿過所述海底管道(1)擴散的氣體，由在所述管道中流通的流出物產生。
6．根據權利要求2至5之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述基體(2)由一種輕質蜂窩狀材料或纖維材料構成，為所述基體浸漬的所述基本不可壓縮的材料(4)具有20℃至80℃的熔化溫度T0。
7．根據權利要求1至6之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述材料(4)在固相時的導熱系數小于0．3瓦／米／攝氏度，其熔化熱焓大于50千焦耳／千克。
8．根據權利要求2至7之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述基體(2)僅僅占據由所述保護外罩(3)和所述管道(1)所限定的環形空間的一部分容積。
9．根據權利要求1至8之一所述的絕熱裝置，其特征在于，這種絕熱裝置包括間隔件(9)，這些間隔件以均勻的間隔沿管道(1)進行布置，支承在所述管道上，并支承保護外罩(3)。
10．根據權利要求1至9之一所述的絕熱裝置，其特征在于，保護外罩(3)用熱塑性材料制成。
11．根據權利要求1至10之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述基本不可壓縮的材料(4)至少90％由鏈烷族的化學成分構成，最好是一種包括一個具有至少10個碳原子的碳氫鏈的石蠟。
12．根據權利要求11所述的絕熱裝置，其特征在于，所述基本不可壓縮的材料(4)包括一種具有一個至少有14個碳原子的碳氫鏈的石蠟。
13．根據權利要求1至12之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述保護外罩(3)的橫截面的外周邊(24)是一條閉合曲線，其長度的平方與其所限定的面積之比至少為13。
14．根據權利要求12所述的絕熱裝置，其特征在于，所述保護外罩(3)的橫截面的外形是一個橢圓形。
15．根據權利要求14所述的絕熱裝置，其特征在于，橢圓形長軸的長度與短軸的長度之比至少為2。
16．根據權利要求13所述的絕熱裝置，其特征在于，所述保護外罩(3)的橫截面的外形是一個矩形。
17．根據權利要求13至16之一所述的絕熱裝置，其特征在于，這種絕熱裝置包括至少兩個沿同一平面布置的管道(1)，所述外罩(3)的橫截面在與所述平面相同的方向上呈長形。
18．根據權利要求13至16之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述外罩(3)的橫截面的周邊(24)具有凹入的反向彎曲度(35)。
19．根據權利要求13至18之一所述的絕熱裝置，其特征在于，這種絕熱裝置包括一個耐磨損板(21)，該耐磨損板布置在外罩(3)的一部分所述外周邊(24)上。
20．根據權利要求19及根據權利要求14至17之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述耐磨損板(21)沿所述外罩(3)的橫截面的大邊之一進行布置。
21．根據權利要求13至20之一所述的絕熱裝置，其特征在于，所述保護外罩(3)的橫截面的外周邊(24)的長度的平方與所述周邊所限定的面積之比至少為16。
22．根據權利要求13至21之一所述的絕熱裝置，其特征在于，保護外罩(3)具有一個U形下部(31)和一個蓋子(34)，所述管道(1)布置在所述U形下部中，所述下部和所述蓋子裝配在所述外罩(3)上。
23．根據權利要求22所述的絕熱裝置，其特征在于，所述蓋子(34)進行滾焊。
24．根據權利要求13至23之一所述的絕熱裝置，其特征在于，保護外罩(3)具有一個U形下部(31)和一個上開口，所述管道(1)布置在所述U形下部中，所述上開口由一層撓性材料層(31)加以封閉，所述撓性材料層在所有內部組件安裝之后進行澆鑄。
25．根據權利要求13至24之一所述的絕熱裝置，其特征在于，外罩(3)包括間隔件(27)，這些間隔件支承絕熱覆蓋層(2)，所述外罩(3)和所述絕熱覆蓋層(2)之間的間隙充填有一種基本不可壓縮的流體(4)。
26．一種至少一條敷設在深海海底的海底管道(1)的絕熱方法，這種絕熱方法使用一層圍繞所述管道的絕熱覆蓋層以及一個保護外罩(3)，其特征在于-使用一層絕熱覆蓋層(2)最好直接圍繞所述管道(1)，所述絕熱覆蓋層包括一種在一定的熔化溫度T0下進行相變化而且基本不可壓縮的材料(4)，所述基本不可壓縮的材料最好在一種吸收基體中浸漬過，將所述絕熱覆蓋層封閉在強度高而且可變形的保護外罩(3)中，-使熱流出物(6)在高于所述材料(4)的熔化溫度T0的溫度T1下在所述管道(1)中流通，而外部周圍溫度T2低于熔化溫度T0，因此，進行相變化的材料(4)最好從管道(1)起在一部分浸漬基體(21)中為液體，直至管道(1)和外罩(3)之間的一個熱交換平衡極限(19)，超過所述極限(19)，材料為固態體，-當流出物(6)暫停在管道(1)中流通時，由于所述材料(4)的液態部分(41)冷卻時逐漸固化，其潛熱產生熱傳導，因此，在預定時間內，所述流出物的溫度保持在一定的溫度T3以上。
27．根據權利要求26所述的絕熱方法，其特征在于-將一個密閉件(72)以連續和密封的方式固定在要絕熱的管道(1)外壁的端部，-在這部分管道(1)上完全和均勻地圍繞所述管道安裝吸收基體(2)構件，-圍繞這些基體(2)構件安裝保護外罩(3)，使之在其端部連接到封閉件(72)上，-在保護外罩(3)的另一端定位一個第二封閉件(71)，使之固定在所述外罩和管道(1)上，-通過一端，用液化的其溫度高于其熔化溫度T0的所述進行相變化的材料(4)，完全充填管道(1)和外罩(3)之間的環形間隙，直至所有基體(2)構件完全被浸漬，-使裝置冷卻。
28．根據權利要求27所述的絕熱方法，其特征在于-在吸收基體(2)構件之間插入間隔件(9)，這些間隔件沿管道(1)以均勻的間隔加以布置，支承在所述管道上，-當保護外罩(3)的所有構件加以安裝和固定以構成密封的外罩時，則同所述間隔件(9)相垂直地安裝束帶(17)，-用所述壓力液化材料(4)充填環形間隙，使外罩(3)在所述束帶(17)之間進行變形，所述變形相當于容積增大，這是由充填溫度下液體材料(4)的熱膨脹造成的。
全文摘要
本發明涉及至少一種深海海底管道(1)的絕熱裝置,它包括圍繞管道的絕熱覆蓋層及保護外罩(3),其特征在于,絕熱覆蓋層包括一種基本不可壓縮的材料(4),這種材料在高于圍繞使用中管道(1)的外部周圍溫度T
文檔編號F16L53/00GK1292074SQ99803439
公開日2001年4月18日 申請日期1999年12月30日 優先權日1998年12月31日
發明者米歇爾·貝洛, 雷蒙·阿洛, 雷吉斯·皮翁艾蒂, 格扎維埃·羅謝 申請人:布伊格濱海公司