[发明专利]用于管道的苯乙烯类绝热材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对流体和/或气体输送管路进行绝热和保护的聚合物涂层、用这些绝热涂层进行绝热的输送管路、及其生产和应用的方法。更具体地说，根据本发明，绝热和保护涂层包括至少一个具有低热传导性和高抗压缩蠕变性的基于苯乙烯类聚合物的层，并且能够以低成本用于流体和/或输送管路、例如油气管道的绝热材料中。

背景技术

在油气工业中，人们越来越多地需要较高性能的热涂层以便对在水深超过1000米、高温下工作的离岸输送管路进行绝热和保护。为了在这些深度和需要的操作温度下保护管路，涂层必须具有低热传导性以便阻止会在管路中危及流体泵吸效率的水合物和蜡的形成。通过使涂层发泡而将热导性降至某需要温度，但涂层必须保持足够高的热稳定性和抗压缩蠕变性以便承受操作温度和在深水下作用在涂层上的水静压。若没有足够的抗压强度，则绝缘材料会在厚度上会被压缩，由此会增加热传导性和改变尺寸、体系的热性能和流体力学性能。另外，重要的是，在施用于管路上之后，涂层需要保持足够延性以防止在操作和安装期间发生开裂，例如在铺管船上管路的卷绕和随后由该铺管船进行安装期间发生开裂。

多相流体流动在海底流体输送管路中很常见，例如在出油管和立管中。在这样的体系中两个主要关心的问题是天然气-水水合物的形成和蜡的沉积。这些现象均与流体的温度相关，并且在极端情况下，管路会发生严重收缩或甚至堵塞。这又可能会导致降低或丧失生产能力。在特别严重的情况下，这还会导致与更换管道部分或整个体系，相应地导致财产价值的损失。绝热材料用于在稳态条件下或在计划内的及非计划内的停机的情况下控制体系的能量损失，由此为操作提供可靠的基础。

在单管道出油管和立管中，使用粘合的外绝热材料，机械负载以及对绝热体系的机械性能和热性能下的需求一般随着水越深而增加。因此，在浅水中使用的传统的热绝缘材料泡沫技术和相关的设计及测试方法可能无法在深水工程中应用。

现有技术包括单管道方案和所谓的套管体系，该单管道方案通常使用聚丙烯泡沫或聚氨酯泡沫作为绝热体，以满足传热系数为3-5W/m²K的绝热要求，在上述套管体系中，第二管道围住主管路，在这两个管道之间的环形套筒填充有绝热材料。

这些技术的限制和缺点包括：

·发泡的聚丙烯体系的相对高的热传导性，它需要极厚的涂层来达到所需的绝热性能，并引起了发泡过程的潜在困难、残余应力下的潜在问题、在管道铺设期间的困难和海床的不稳定性。

在大水深下的抗压缩和抗蠕变性问题会引起浮力的变化，从而导致体系设计中的重大挑战。

·因很差的材料成本与性能比或高输送及安装成本而引起过高的成本。

·在套管体系中，因若不适当解决重量因素会导致弯曲和焊缝故障和在管道铺设期间需要高紧固载荷，从而引起安装和操作的缺点。

因此，仍存在这样的需求：用于对流体和/或气体输送管路、例如油气管道进行绝热和保护的改进型涂层，尤其用于在水深超过1000米、高温下工作的离岸输送管路。

发明内容

本发明通过使用绝热和保护性涂层来克服上述缺陷，该绝热和保护性涂层在保持海底应用所要求的机械特性的同时具有优异的绝热能力，实现较低的涂层厚度和成本以达到可接受的体系性能。

一方面，本发明提供了绝热和保护涂层，该绝热和保护涂层包括至少一层聚苯乙烯或基于苯乙烯的热塑性材料的绝热层，含有气泡，并且在升高的温度和压力下具有低热传导性、高热稳定性和高压缩强度的所需特性。

另一方面，本发明提供了绝热和保护涂层，该绝热和保护涂层包括至少一层聚苯乙烯或基于苯乙烯的热塑性材料的绝热层，包含中空聚合物微球、玻璃微球或陶瓷微球，在升高的温度和压力下具有低热传导性、高热稳定性和高压缩强度的所需特性。

又一方面，本发明提供了绝热和保护涂层，该绝热和保护涂层包括至少一层未发泡的聚苯乙烯或基于苯乙烯的热塑性材料的绝热层，在升高的温度和压力下具有低热传导性、高热稳定性和高压缩强度的所需特性。

又一方面，本发明提供了绝热和保护涂层，该绝热和保护涂层包括至少一层发泡的或实心的(未发泡的)的聚苯乙烯或基于苯乙烯的热塑性材料的层和至少另一层不相类似的聚合物材料的层，在升高的温度和压力下具有低热传导性、高热稳定性和高压缩强度的所需特性。

又一方面，本发明提供一种制造和施用所述绝热和保护性涂层的方法，由此至少一层聚苯乙烯或基于苯乙烯的热塑性材料被挤出并任选地进行发泡，作为一个或多个绝热层施用至钢管的外部。