用于运输包含碳氢化合物的流体的管道及此类管道的生产方法技术

本发明专利技术涉及用于运输碳氢化合物的管道(1)，所述管道包括沿纵向(X)延伸的中空的管子，该中空的管子用于运输在该管子中的流体。所述管道还具有电气绝缘外表面(2b)、布置在管子(2)上并包括嵌入在聚合物材料中的碳纤维的加热层(3)、布置在加热层(3)上的电气绝缘层(4)、布置在电气绝缘层(4)上并包括嵌入在聚合物材料中的碳纤维的增强层(5)，以及能量供给装置(6)，该能量供给装置用于将电流供给到加热层(3)以便加热管子(2)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 本专利技术涉及用于运输包含碳氢化合物的流体的管道。此类管道目前普遍用于陆地上或海中非常寒冷的环境下，有时用于水下深处。在此类情况中，流体会凝结或冻结，或者可能会出现结蜡。这些流体反应会导致阻塞和干扰流体在管道中的运输。这就是为何有时加热此类管道来防止这些问题。一种公知的技术是通过布置于管道上的铜导体来电加热此类管道。文献CN2800021-Y描述了此类用于运输碳氢化合物的管道，该管道具有由玻璃纤维增强的塑料管子、第一碳纤维层，以及由玻璃纤维增强的第二塑料层。该第一层可供电来加热管子。此类管道使用作为电导体的碳纤维来加热流体比用导电的铜管道更有效且更均 匀。本专利技术的目标是完善这类管道，并且尤其是提高它们的机械强度。根据本专利技术的实施例，用于运输包含碳氢化合物的流体的管道包括-中空的管子，其沿纵向延伸并且用于运输在管子中的所述流体，所述管子具有至少一层电气绝缘外表面，-管子上的加热层，并且该加热层包括嵌入在聚合物材料中的碳纤维，-加热层上的电气绝缘层，该电气绝缘层包括电气绝缘材料，-电气绝缘层上的增强层，并且该增强层包括嵌入在聚合物中的增强填料，所述增强层适用于加固管道，所述增强填料包括碳纤维，以及-电能供给装置，其用于将电流导入所述加热层，所述电流流入所述加热层以便加热所述管子。有了这些布置，尤其是使用包括碳纤维的增强填料，该增强层具有比现有技术中的第二层更大的机械强度。例如，这使得它可以承受非常强的外压，例如大于200巴，以便这类管道可以应用在海中较深处。另外，这种类型的管道更轻，有助于运输和安装。在根据本专利技术的管道的各种实施例中，可以有选择的使用下列一个或多个布置-加热层的碳纤维以第一预定角度缠绕在管子周围，以适于获得所述加热层的电阻，以及增强层的碳纤维以至少第二预定角度缠绕在管子周围，以适于获得所述增强层的机械强度；-管道在其每个端部处还包括用于将管道固定至其它设备例如其他管道的装配装置，所述其它设备包括互补的装配装置，所述装配装置刚性地连接至增强层并且适于支撑加热层的能量供给装置；-电气绝缘层的电气绝缘材料包括嵌入在聚合物材料中的玻璃纤维或芳纶纤维，-电能供给装置包括连接元件，该连接元件与位于纵向上的加热层一端部的横截面相接触；-电能供给装置包括连接元件，该连接元件具有环形形状的横截面和斜面形状的纵截面，所述连接元件安装在加热层的沟槽中，所述沟槽具有与连接元件形状互补的形状；-电能供给装置包括至少一个接收设备，接收设备连接至加热层，并且适用于接收感应磁场，以及适用于在加热层中产生电流，所述感应磁场由位于离加热层一段距离处的发射设备输出；-管道还包括至少一个温度传感器，温度传感器用于连接至用于调整加热层中电流的控制装置；-温度传感器包括光纤，该光纤适用于测量至少一条在纵向上沿着管道的温度廓线. -^4 ，-管子由聚合物材料制成，并且光纤嵌入在管子中。本专利技术还涉及生产用于运输包含碳氢化合物的流体的管道的方法，所述管道包括沿纵向延伸的中空的管子，并且该管道用于运输在管子中的所述流体，所述管子具有至少一层电气绝缘外表面，所述方法至少包括下列连续步骤-在管子上形成加热层，所述加热层包括嵌入在聚合物材料中的碳纤维，-在加热层上形成电气绝缘层,所述电气绝缘层包括电气绝缘材料，-在电气绝缘层上形成增强层，所述增强层包括嵌入在聚合物材料中的增强填料，所述增强层适用于加固管道，所述增强填料包括碳纤维，以及-布置用于将电流导入所述加热层的电能供给装置，所述电流流入所述加热层来加热管子。在根据本专利技术用于生产管道的多种实施例中，可以有选择的使用下列一种或全部两种布置-每个层的形成都是通过下列步骤实现的-在先前的层周围螺旋地施加至少一条适当的复合材料带，以及-加热该带一段预定的时间至该带的聚合物材料部分熔融，以便该带粘附至先前的层上；-已成形的管道被加工成在加热层上具有倾斜底部的沟槽，所述沟槽适用于适应至少一个具有互补形状的连接元件。本专利技术的其它特征和优势将从以下以非限制性实例给出的实施例的描述中并参考附图而变得清晰。图中-图Ia是根据本专利技术的管道的纵向截面图，-图Ib是图Ia的管道的横向侧视图，-图2是图I的管道的加热层的变体的放大图，-图3是图I的管道一端部的纵向截面图，并且示出能量供给和装配装置，以及-图4是图I的管道的能量供给装置的变体的放大图。在各个图中，相同的附图标记表示相同或相似元件。本描述中提及的纵向应理解为图中所示的方向X。本描述中提及的横向应理解为图中所示的方向Y或Z。提及这些方向仅仅为便于阅读和理解本专利技术。本专利技术中的术语“管道”应该理解为包括用于在至少一个入口和一个出口之间运输流体的管子的装置，所述装置可包括其它元件，例如阀或多个旁路。图Ia在平面XZ中以纵截面示出根据本专利技术的管道1，以及图Ib在平面YZ中以横截面示出管道I。在这些图中，仅示出X轴上方的上半部分，下半部分通过关于X轴的对称性大体相同。管道I包括中空的管子2，该管子沿纵向X轴方向，在管道的第一和第二端(la，lb)之间延伸。该管子2包括在X轴附近的内表面2a，以及离X轴更远处的外表面2b。在内表面2a之内，在位于腔体各端部的入口和出口之间纵向地延伸有腔体2c。该腔体2c适用于运输所述入口和出口之间的流体。图Ib示出具有大体圆柱形形状的管道1，但是其它形状也可实施。管子2可以用电气绝缘材料制成，例如聚合物。这种材料可有利地为聚酰胺(PA) 或者聚偏二氟乙烯(PVDF)。管子2也可以由导电材料制成，例如钢。在这种情况下，至少在管子外表面2b上，该管子包括一层在图2中可见的电气绝缘层2d，该电气绝缘层例如，由上述聚合物中的一种所组成，或包括嵌入在上述相同类型的聚合物材料中的玻璃纤维或芳纶纤维的复合材料。这层电气绝缘层2d在横向上具有例如在O. 5mm至IOmm之间的厚度，尤其是根据加热层3的电压V而变化。至少将下列层施加在管道I的管子2上-加热层3，-电气绝缘层4，以及-增强层5。加热层3是复合材料，其至少包括嵌入在聚合物中的碳纤维。聚合物可有利地为聚酰胺(PA)或者聚偏二氟乙烯(PVDF)。碳纤维能够传导电流根据焦耳效应来加热管子。此类加热层3介于管道第一和第二端部(la，lb)之间的电阻R可以用下列公式近似R = P 二 A其中-Pfito是碳纤维的电阻率，具有例如在20°C时Pfibre = 1,9. 10_5Ω.πι的值，该值大体是20°C时铜的电阻率的1100倍，-L是在纵向X上介于第一和第二端部(la，lb)之间的加热层3的长度，-Dmoy是加热层3的平均直径，-Ep是横向方向上的加热层的厚度，以及-α是由相对于轴X方向的碳纤维形成的倾角。在定尺寸时，厚度Ep和倾角α使得可以定义加热层3的电阻，以及因此加热管子2消耗的电能P。电能P等于P = V2/R，其中V是施加至所述加热层3的介于第一和第二端部的电压。倾角α可以假定为O度到70度之间的任意值。但是，为方便制造及由于当弯曲管道I (例如，在将其布置于海床期间)时复合材料具有分层的危险，因此在用一低值来表示倾角时，该倾角α有利的是大于10度。对范围在10度到70度之间的倾角来说，因数cos2 α大体在O. 12到O. 97之间变化，这意味着仅定义该碳纤维的倾角α，就可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西博德·比盖克斯，杰罗米·瓦林，
申请(专利权)人：道达尔公司，
类型：
国别省市：