專利名稱：襯里和主管間無需排氣的熱塑性管道－襯里的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及揮發(fā)性和可能化學(xué)腐蝕性流體運(yùn)輸領(lǐng)域中的制品，涉及在化學(xué)領(lǐng)域中聚酰胺的組合物(特別是聚酰胺11和12)，還涉及所述組合物和制品的制造方法和用途。
油田中的管道輸送著含有腐蝕性非烴雜質(zhì)由油井獲得的石油產(chǎn)品，該種管道必須由抗腐蝕性材料構(gòu)成，如抗腐蝕合金，包括昂貴的不銹鋼、雙煉鋼和超雙煉鋼、同樣昂貴的襯有熱塑性襯里的撓性管道，這種撓性管道需要的是抗腐蝕撓性合金鋼管以防止襯里坍塌(collapse)和熱塑性襯里后面環(huán)形空間的連續(xù)排氣，或者在用普通碳鋼管輸送時(shí)必須將腐蝕抑制化學(xué)制劑連續(xù)注入被輸送的液流中，但這些方法只是部分有效，因?yàn)楦g只是降低而非消除，并且在薄弱的部位會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)料的故障，總是成為問題。所有這些技術(shù)，無論是抗腐蝕性材料的最初成本還是抑制腐蝕化學(xué)試劑的連續(xù)成本都花費(fèi)巨大。另外，受腐蝕抑制的管道需要周期性停止流體的流動(dòng)，以便用專門裝置(“伸入管道的小巧裝置(smart pigs)”)作內(nèi)部檢查，測(cè)量鋼管厚度從而估測(cè)腐蝕速率。至今常用的總體上說來便宜得多的解決方案是使用襯有高密度或中密度聚乙烯熱塑性襯里的碳鋼管道。
這個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于最初成本較低，并且其保護(hù)鋼管免受在管道內(nèi)流動(dòng)的流體的腐蝕成分的腐蝕效果很好。油田運(yùn)輸業(yè)甚或其它行業(yè)的這種襯有襯里的管道(其中是氣體物質(zhì)在壓力下輸送)通常需要在各管段的端部附近裝有排氣孔，使積聚在熱塑性襯里與金屬管之間環(huán)形空間內(nèi)的氣體排出。排氣孔通常位于距離各管段的聯(lián)管節(jié)不遠(yuǎn)的位置。管段通常以法蘭或其它機(jī)械聯(lián)管節(jié)在端部相互連接，這些聯(lián)管節(jié)將一管段的環(huán)形空間和相鄰管段的環(huán)形空間隔開。各環(huán)形空間中聚積的氣體按照避免對(duì)熱塑性襯里壓力過高的規(guī)定而周期性地排出，先前試驗(yàn)已一再表明，環(huán)形空間中壓力高到超出熱塑性襯里容量時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可逆的坍塌，這樣周期性排氣就再不可能，由于上述原因，通常認(rèn)為使用熱塑性襯里不可行。
發(fā)生坍塌的后果當(dāng)然是物料在管道中的流動(dòng)中斷(或至少是流量減少)，并且以目前使用的熱塑性材料，襯里可能出現(xiàn)破裂或至少是永久變形，使整個(gè)流動(dòng)不能經(jīng)過坍塌部位。因此在發(fā)生坍塌的情況下，必須取出并更換損壞的襯里部位。即使不考慮更換時(shí)的管道停工時(shí)間，這也是昂貴的。
本發(fā)明提供了用于管道的熱塑性襯里，它不會(huì)產(chǎn)生坍塌變形所引起的永久損傷或者對(duì)于這種永久損傷有很大的抵抗性能，并且一旦除去環(huán)形空間中的過壓后，就足以彈回到坍塌前的形狀和尺寸。
發(fā)明概述本發(fā)明的第一結(jié)構(gòu)方面提供用于運(yùn)輸石油產(chǎn)品的襯有改進(jìn)的熱塑性聚合物的金屬管道，所述的改進(jìn)包括管道內(nèi)的熱塑性聚合物襯里基本上由聚酰胺11或聚酰胺12制成，它有抵抗永久坍塌和從多次瞬時(shí)坍塌完全回復(fù)的能力，從而使金屬管道和熱塑性襯里之間的空間無需排氣的時(shí)間比常規(guī)熱塑性襯里的情況長(zhǎng)。
本發(fā)明第一結(jié)構(gòu)方面的實(shí)施方式所具有的固有用途，是能夠遠(yuǎn)距離運(yùn)輸石油產(chǎn)品，而無需時(shí)常排氣，或者甚至完全無需排氣孔，在諸如海底管道和遙遠(yuǎn)并無法前去的地方安裝的管道這是必需的，因?yàn)檫@些管道無法或難以排氣，從而保證了該管道具有比單用腐蝕抑制化學(xué)制劑時(shí)更佳的完整性，并能使低成本的碳鋼用于這種行業(yè)中，而無需使用成本高的特殊合金或撓性管子。
本發(fā)明特別要描述的是熱塑性襯里是聚酰胺11或聚酰胺12，并且熱塑性襯里外徑與金屬管內(nèi)徑之間的環(huán)形空間約占襯里與管道之間所能獲得理論空間的0-5％，優(yōu)選為0-3％，此理論空間是接管道在100％理論長(zhǎng)度與松配合襯里的外徑計(jì)算的。
本發(fā)明還在方法方面提供用熱塑性襯里為金屬管道加襯的改進(jìn)方法，所述的襯里具有從多次瞬時(shí)坍塌回復(fù)的能力，并且使用于需要從多次瞬時(shí)坍塌回復(fù)能力的場(chǎng)合，其中的改進(jìn)包括在所述的金屬管道中嵌入基本上由聚酰胺11或聚酰胺12制成的具有松配合結(jié)構(gòu)的熱塑性襯里。
在提交本發(fā)明申請(qǐng)時(shí)，海底油田中還沒有使用有襯里的管道來輸送氣體的。
本文和所附的權(quán)利要求書中所用的術(shù)語“石油產(chǎn)品”是指開采狀態(tài)的原天然氣和原油、原油與天然氣的混合物(它們當(dāng)中含有非烴雜質(zhì))以及由原油與原天然氣精煉的產(chǎn)品。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是緊配合的聚酰胺11襯里坍塌后的截面照片，顯示了由坍塌所引起的永久變形。
圖2是緊配合的高密度聚乙烯襯里坍塌后截面的照片，從左到右顯示為新襯里、5％松襯里、2.5％松襯里、緊襯里。
圖3是聚乙烯松襯里坍塌后的截面圖照片，清晰顯示了永久變形。
圖4是高密度聚乙烯緊襯里坍塌后的照片，顯示了永久坍塌。
發(fā)明詳述現(xiàn)在通過使用聚酰胺11即由11-氨基十一烯酸的縮合反應(yīng)制成的聚合物來描述本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)了解，聚酰胺12即由12-氨基十一稀酸內(nèi)酰胺的縮合反應(yīng)制成的聚合物也可視為與本發(fā)明等同的，本領(lǐng)域技術(shù)人員也同樣了解其相同的制造方法和使用的有關(guān)處理技術(shù)。
本發(fā)明的成功實(shí)施有三個(gè)重要特征，即恰當(dāng)?shù)囊r里材料、相對(duì)于主管尺寸恰當(dāng)?shù)囊r里尺寸、和襯里在裝入主管后的恰當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)。
為制出本發(fā)明的管道，可將聚酰胺11擠出成外徑與主管內(nèi)徑相等或比其略小的襯里形狀。擠出物可切割為便于操作和運(yùn)輸?shù)桨惭b部位的任何長(zhǎng)度。用于聚酰胺11(和聚酰胺12)的合適增塑劑是本領(lǐng)域中公知的，優(yōu)選是N-正丁基苯磺酰胺。一般知道長(zhǎng)鏈二元醇、磺酰胺和其它高極性化合物常用于聚酰胺的增塑?；瘜W(xué)工作者會(huì)容易地了解上述類別中哪種化合物合適，哪種不合適。
襯里外徑的一般范圍比主管內(nèi)徑小0-5％。
將襯里就地裝入主管長(zhǎng)度的方法可以是任何公知的常規(guī)方法。一種方便的方法是用纜索從要加襯的管道遠(yuǎn)端拉進(jìn)去。
為在管道內(nèi)部形成具有長(zhǎng)而連續(xù)的襯里，切割為便于運(yùn)輸長(zhǎng)度的襯里段必須在接點(diǎn)部位進(jìn)行焊接，以形成連續(xù)長(zhǎng)度的襯里。這用本領(lǐng)域中公知的標(biāo)準(zhǔn)熔焊技術(shù)完成。接點(diǎn)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，能承受嵌入過程的拉伸應(yīng)力而不會(huì)斷裂，并且襯里材料也要具有足夠的拉伸強(qiáng)度，能承受在鋼主管內(nèi)的拉動(dòng)，而不會(huì)在嵌入過程時(shí)的拉伸應(yīng)力下發(fā)生永久的尺寸變化，嵌入過程根據(jù)要加襯的管道長(zhǎng)度可為數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)。在主管內(nèi)拉伸之后，襯里材料的長(zhǎng)度可伸長(zhǎng)達(dá)10％，從而使其兩端能進(jìn)行熔焊。這是為了補(bǔ)償從安裝溫度到操作溫度時(shí)鋼管和熱塑性襯里之間的熱膨脹差異。必須在各情況下用已知方法計(jì)算伸長(zhǎng)，以避免過度拉伸或拉伸不足。襯里必須能在操作環(huán)境下長(zhǎng)期承受氣體內(nèi)壓或液體內(nèi)壓引起的0-5％的徑向膨脹，而不失去在內(nèi)壓降低時(shí)基本恢復(fù)到原始徑向尺寸的能力。
增塑的聚酰胺11和聚酰胺12都具有所需的性能。
不打算拘泥于任何特定理論的解釋，但可以認(rèn)為這些材料合用，因?yàn)檫@些材料的松弛(從主管壁縮回)可提供環(huán)形空間內(nèi)高壓氣體可膨脹的空間。這個(gè)膨脹降低了環(huán)形空間中的壓力，從而產(chǎn)生較小的徑向壓縮應(yīng)力，而徑向壓縮應(yīng)力大多是襯里坍塌的原因。由于襯里是松嵌入和膨脹的，并且不承受像聚乙烯基襯里那樣的應(yīng)力松弛或膨脹，所以會(huì)發(fā)生離開管壁的松弛。本發(fā)明改進(jìn)的襯里材料能在使用期中保持它們的彈性，并能在壓差反向時(shí)從坍塌狀態(tài)回復(fù)過來。
與本發(fā)明所用的聚酰胺11和12不同，所有安裝于油田管道中的襯里中基本上大多數(shù)是由高密度聚乙烯或中密度聚乙烯制成的。它們用各種不同方法裝入，這些方法可總結(jié)為襯里留下時(shí)所保持的應(yīng)力狀態(tài)。通過直徑收縮而嵌入的襯里保持徑向壓縮和軸向拉伸的狀態(tài)。通過直徑膨脹而嵌入的襯里保持徑向拉伸和軸向壓縮的狀態(tài)。對(duì)于聚乙烯(PE)材料，這些是瞬時(shí)應(yīng)力狀態(tài)。在溫度和時(shí)間的影響下，材料發(fā)生應(yīng)力松弛，變成基本中性的應(yīng)力狀態(tài)。如果被輸送物料中存在烴，PE材料會(huì)隨時(shí)間的推移大量吸收烴。最后經(jīng)過比初始應(yīng)力松弛所需時(shí)間長(zhǎng)的時(shí)間后，這種吸收降低了聚合物的剛度，并同時(shí)導(dǎo)致徑向和軸向方向上的膨脹。該膨脹產(chǎn)生其本身應(yīng)力。由于襯里與初始狀態(tài)相比其剛度顯著降低，所以有時(shí)單單這個(gè)應(yīng)力就足以使襯里坍塌。
能通常避免這種結(jié)果的合適設(shè)計(jì)技術(shù)是公知的，但襯里仍保持失去彈性的狀態(tài)，并且內(nèi)部壓力的變化會(huì)導(dǎo)致坍塌。當(dāng)應(yīng)力松弛時(shí)，由于烴膨脹的襯里會(huì)坍塌，它發(fā)生了機(jī)械屈服，并且某些情況下的變形就足以使襯里破裂，通過直徑膨脹而嵌入的PE襯里在初始應(yīng)力松弛后決不會(huì)響應(yīng)于內(nèi)壓下降而從鋼主管壁縮回。通過直徑膨脹而嵌入的PE襯里，從它嵌入時(shí)起也未觀察到過從主管壁后縮移開的情況，這種狀況并不會(huì)隨時(shí)間推移而得到改善。
下面的比較試驗(yàn)進(jìn)一步說明了本發(fā)明人所考慮的本發(fā)明最佳實(shí)施方式。
進(jìn)行了試驗(yàn)來觀察聚酰胺11和HDPE(高密度聚乙烯)襯里承受會(huì)導(dǎo)致坍塌的嵌入條件時(shí)的情況。試驗(yàn)采用名義直徑4英寸鋼管制成的10英尺長(zhǎng)代表性鋼管樣品來進(jìn)行。選擇鋼管的壁厚，使直徑4.0英寸的襯里在其嵌入后能為松弛(襯里OD＜鋼ID)配合、中性(襯里OD＝鋼ID)配合、或繃緊(襯里OD＞鋼ID)配合。表1顯示了室溫和試驗(yàn)溫度下的尺寸以及算出的襯里張緊度。負(fù)的張緊度表示是松弛襯里。
表1本實(shí)驗(yàn)材料和操作條件下的襯里張緊度
用常規(guī)方法將襯里嵌入試驗(yàn)鋼管中，并且在其兩個(gè)末端將此熱塑性襯里擴(kuò)口，貼合到鋼管已有的法蘭配件上。裝上悶頭法蘭，將襯里的擴(kuò)口部分貼著悶頭法蘭壓緊，從而將環(huán)形空間與管膛隔離起來。
試驗(yàn)鋼管離其一端約36英寸位置裝有一個(gè)有螺紋的注射口。該口裝有注射裝置和隔離注射裝置與管子的一個(gè)獨(dú)立閥。還裝有將注射口連接到收集裝置的獨(dú)立閥。沿管子還裝有其它一些車有螺紋的口，這是為了在實(shí)驗(yàn)時(shí)從環(huán)形空間回收液體之用。這些口裝有獨(dú)立閥，并連接到由合適的管子所組成的收集裝置，用來將油輸送到刻度量筒中，刻度量筒是為了測(cè)量從環(huán)形空間排出的油的體積。
加襯的管子裝滿模擬典型原油和氣體的流體混合物?；旌衔锝M成示于表2。使用外部加熱套提高溫度，并保持內(nèi)壓為500磅/英寸2。輕微搖動(dòng)管子，對(duì)管道內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行攪拌。該條件保持6周，對(duì)襯里進(jìn)行調(diào)適，以便進(jìn)行下一步的坍塌實(shí)驗(yàn)。
為進(jìn)行坍塌實(shí)驗(yàn)，使用精密活塞泵和合適的鋼壓力配件和管子，將油注入環(huán)形空間。記錄精密泵活塞示位器的讀數(shù)，測(cè)量出油的注入量。用安裝在注射口處的壓力計(jì)測(cè)量環(huán)形空間中的壓力。
表2試驗(yàn)流體的組成
在開始坍塌實(shí)驗(yàn)之前，用油裝到刻度量筒的上標(biāo)位置。計(jì)算的油的總體積比減壓后襯里的理論環(huán)形空間體積大很多。將來自收集系統(tǒng)的管子伸入刻度量筒，并調(diào)節(jié)油量，使油的體積達(dá)到上標(biāo)位置。開啟收集系統(tǒng)的閥門。然后將管膛壓力降低到環(huán)境壓力(約1大氣壓)，并保持敞開于大氣。如果減壓時(shí)襯里脫離鋼管壁，油會(huì)抽吸進(jìn)入環(huán)形空間。記錄吸入環(huán)形空間的油量。
將油注入環(huán)形空間，開始坍塌實(shí)驗(yàn)。不斷測(cè)量壓力。壓力變化的通常過程是壓力隨注入量增加而升高，直到襯里彎曲時(shí)壓力視襯里的安裝松緊度情況，對(duì)于緊襯里和中性襯里是大部分峰值壓力，而對(duì)于松襯里是略微下降然后穩(wěn)定不變。達(dá)到彎曲壓力、并且壓力超出保證確實(shí)達(dá)到該壓力所需的程度之后，關(guān)閉連接注射裝置的閥門，并開啟連到收集裝置和刻度量筒的閥門。還要開啟所有其它收集閥門。襯里的任何彈性回復(fù)都會(huì)將一些注入的油經(jīng)過收集系統(tǒng)推出環(huán)形空間。在收集了油和記錄其體積之后，關(guān)閉收集閥門，將刻度量筒排空。上述過程重復(fù)若干次。
通常在第五次坍塌后，不是利用襯里的彈性回復(fù)收集油，而是將管膛再增壓至500磅/英寸2。這就將注入的油從環(huán)形空間內(nèi)壓入收集系統(tǒng)。然后將刻度量筒填至上位置，并將內(nèi)壓減至環(huán)境壓力。隨著襯里松弛離開管壁，油經(jīng)過收集系統(tǒng)被推入環(huán)形空間內(nèi)。如上進(jìn)行第六次和隨后的坍塌實(shí)驗(yàn)。
在坍塌-回復(fù)循環(huán)中，環(huán)形空間體積由環(huán)形空間中的油量表示。坍塌后襯里回復(fù)到其原始形狀和尺寸的能力表示襯里的耐久性，本文稱為坍塌耐受性。如果坍塌后的環(huán)形空間體積大于由鋼管ID(內(nèi)徑)和襯里初始OD(外徑)的差值所算出的理論最大體積，則認(rèn)為襯里的坍塌耐受性差。緊襯里和中性襯里的理論環(huán)形空間體積為0。松襯里是隨襯里和主管壁之間安裝時(shí)的間隙而增加的非零值。
這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果示于表3。第一列表示體積開始記錄點(diǎn)。
表3聚酰胺11襯里的坍塌實(shí)驗(yàn)中環(huán)形空間油量。
使用下列符號(hào)· 開始是從500磅/英寸2調(diào)適階段后初始減壓時(shí)吸入環(huán)形空間的油量。
· 1次后，2次后等是由注射前環(huán)形空間內(nèi)油的殘余量加上油的注入量再減去襯里在坍塌后油的排出量所算出的環(huán)形空間油量。
· 500磅/英寸2時(shí)是管子再加壓至500磅/英寸2之后留在環(huán)形空間中油的量。
· 4次前，5次前等是從管子除去500磅/英寸2的壓力和襯里從鋼管壁松弛后退時(shí)，油吸入環(huán)形空間后環(huán)形空間內(nèi)的油量。
· 理論最大值是由鋼管ID的襯里的安裝OD之間的差值以及試樣的長(zhǎng)度所算出的最大環(huán)形空間體積。
由于緊襯里和中性襯里的理論最大環(huán)形空間體積是0，中性襯里和緊襯里在500磅/英寸2時(shí)和任一次注射-回復(fù)周期后的負(fù)的油量說明形成了“永久”環(huán)形空間體積。這種“永久”環(huán)形空間體積減少了加襯管膛的橫截面積，并且增大了高壓氣體能滲透進(jìn)入的環(huán)形空間體積。
在500磅/英寸2時(shí)，105℃時(shí)的松襯里和90℃與105℃時(shí)的中性襯里顯示負(fù)的體積。這些結(jié)果的唯一合理解釋是除可精確得知的注入量以外還有測(cè)量體積的累積誤差。注意到實(shí)驗(yàn)記錄中有些情況下，當(dāng)襯里松弛和/或增壓至500磅/英寸2時(shí)所收集的油含有氣泡，這可能是由于油與襯里安裝后留在環(huán)形空間中的氣體混合而造成的。這會(huì)導(dǎo)致油的收集量超過已知無泡油的注入量，因而在相減后產(chǎn)生負(fù)的環(huán)形空間體積。
所有情況下緊襯里都超過理論環(huán)形空間體積。在第五次坍塌后再增壓至500磅/英寸2時(shí)，仍有明顯的永久環(huán)形空間體積。對(duì)于緊襯里，環(huán)形空間體積隨三個(gè)溫度中每一溫度下的連續(xù)坍塌而逐漸增大。圖1顯示了襯里情況最差的緊聚酰胺11襯里和坍塌所引起的永久變形。該試樣是80℃的緊襯里。溫度更高時(shí)，襯里也有類似的損壞。
對(duì)于中性襯里，各溫度下六次坍塌循環(huán)后的環(huán)形空間體積都大，但在第一次坍塌后基本不變。這說明迅速形成了穩(wěn)定的環(huán)形空間體積，該體積在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)至少可在幾次坍塌循環(huán)后完全回復(fù)。實(shí)驗(yàn)完成后用眼睛檢查襯里，任何溫度下都沒有異常現(xiàn)象。
當(dāng)再增壓至500磅/英寸2時(shí)，松襯里體積不超過理論最大值。在幾次坍塌循環(huán)后，環(huán)形空間體積逐漸增加，但在再增壓到體積小于初始體積時(shí)，這個(gè)體積增加是可逆的。這說明襯里能恢復(fù)到坍塌前的橫截面積。襯里還能恢復(fù)為坍塌前貼近主管壁的狀態(tài)。試驗(yàn)完成后取出的松聚酰胺-11襯里經(jīng)過觀察，沒有發(fā)現(xiàn)到永久變形。
抗永久變形性能是具備坍塌耐受性的證明。松襯里表現(xiàn)出這種特性。中性襯里也能恢復(fù)其原來的橫截面積，被認(rèn)為具有坍塌耐受性。緊襯里沒有坍塌耐受性。其永久環(huán)形空間體積在第一次坍塌后形成，并隨著后來的坍塌而發(fā)展。對(duì)襯里進(jìn)行再增壓它也不會(huì)回復(fù)。
用HDPE襯里進(jìn)行相似的試驗(yàn)。HDPE試驗(yàn)的溫度不同，為的是反映HDPE襯里的使用溫度范圍上限。有兩種松襯里情況。5％松襯里表示普通的HDPE松襯里的工業(yè)實(shí)例。2.5％松襯里的松弛程度則與聚酰胺-11松襯里幾乎相同。緊襯里是略微張緊的，這是根據(jù)油田實(shí)際的普通工業(yè)實(shí)例。表4顯示了幾次坍塌循環(huán)后環(huán)形空間油體積的結(jié)果。
表4HDPE襯里的坍塌實(shí)驗(yàn)中環(huán)形空間油的體積
對(duì)HDPE襯里的常規(guī)認(rèn)識(shí)總結(jié)于National Association of CorrosionEngineers International(國(guó)際防腐工程國(guó)家協(xié)會(huì))的出版物(NACEPublication 1G190，編號(hào)54269，第7頁)中，其中說道“The liner……becomesmachanically locked into position by compression set and stressrelaxation over time(襯里……隨著時(shí)間會(huì)因壓縮和應(yīng)力松弛而機(jī)械固定在位?！?，和“The liner may require from 1day to 1 year to machanicallylock into the ID of The steel pipe as a results of surface roughnessof the steel.This normally occurs，however，Within about six weeks(由于鋼管表面粗糙，襯里可能需要1天-1年的時(shí)間來機(jī)械貼合在鋼管內(nèi)壁上。但這通常發(fā)生在6周內(nèi))?！备鶕?jù)這些工業(yè)經(jīng)驗(yàn)，我們預(yù)計(jì)六周500磅/英寸2的調(diào)適足以達(dá)到所述的應(yīng)力松弛。如果發(fā)生NACE出版物中所述的應(yīng)力松弛，初始體積會(huì)像2.5％松配合與緊配合的60℃襯里情況那樣，非常接近于0。由于這些實(shí)驗(yàn)的調(diào)適時(shí)間幾乎正好是六周，有可能至少在5％的松襯里情況下，沒有足夠的時(shí)間使使應(yīng)力完全松弛讓HPDE襯里與鋼管壁作完全無彈性的接觸。
坍塌試驗(yàn)后對(duì)HDPE襯里的目測(cè)檢查顯示，襯里的損壞程度隨時(shí)間和張緊度而增加。圖2顯示了變形隨施加于60℃HDPE襯里的張緊度而加劇(從左到右新襯里、5％松襯里，2.5松襯里、緊襯里)。圖3顯示了40℃5％松襯里的橫截面圖，它有清晰的永久變形。2.5％松襯里出現(xiàn)了相似的損壞。圖4顯示了40℃緊襯里。坍塌很明顯。
已知HDPE的性能會(huì)因高溫下與烴液體接觸而隨著時(shí)間變差。表5中的試驗(yàn)結(jié)果顯示，使用準(zhǔn)備用作襯里的HDPE管試樣的研究中，在兩個(gè)試驗(yàn)溫度性能隨時(shí)間變化。顯然，40℃時(shí)剛性(楊氏模量)仍然隨時(shí)間下降，但在60℃時(shí)該性質(zhì)顯現(xiàn)出已趨于穩(wěn)定。在表中指明的溫度下進(jìn)行與烴液體接觸的實(shí)驗(yàn)。測(cè)量在室溫下根據(jù)ASTM D-638進(jìn)行。楊氏模量的下降導(dǎo)致使襯里回復(fù)原始形狀和排出環(huán)形空間流體的力下降。40℃時(shí)這種下降在32周后仍然繼續(xù)。在60℃16周時(shí)顯示建立了平衡。這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)于坍塌實(shí)驗(yàn)的6周調(diào)適時(shí)間，所以我們不能認(rèn)為60℃的襯里在6周時(shí)達(dá)到了平衡。
這種襯里性能的意義是清楚的60℃時(shí)松配合的HDPE襯里至多保持著理論最大環(huán)形空間體積的很小部分。40℃時(shí)可回復(fù)的環(huán)形空間體積小于理論體積，并且還在減小。若是緊配合，明顯產(chǎn)生了永久環(huán)形空間，伴隨著橫截面積的減小。
表5與烴接觸的HDPE的拉伸性能變化
用和這些實(shí)驗(yàn)環(huán)境一樣苛刻的油田實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了聚酰胺-11的長(zhǎng)期性能，于65℃輸送某種氣體三年后，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量聚酰胺-11的機(jī)械性能。結(jié)果示于表6。使用條件示于表7。這些數(shù)據(jù)說明，聚酰胺-11長(zhǎng)期與烴接觸的苛刻環(huán)境下其剛性也未降低。根據(jù)這些結(jié)果，我們可以認(rèn)為用于坍塌研究的聚酰胺-11襯里不會(huì)在石油環(huán)境中隨時(shí)間推移而降低性能。表6在酸性氣體(sour，crude gas)中使用3年后聚酰胺-11襯里的拉伸性質(zhì)。
表7聚酰胺-11接觸實(shí)驗(yàn)中所用的化學(xué)氣體。
總結(jié)HDPE和聚酰胺-11的緊襯里在坍塌條件下都受到永久損壞。
增塑的聚酰胺-11襯里在插入ID小于該襯里OD的主管時(shí)，在長(zhǎng)期與烴接觸之后1.數(shù)次坍塌循環(huán)后沒有永久變形。
2.當(dāng)除去壓差后能彈性松弛與主管壁脫離。
3.再施加內(nèi)壓后能完全回復(fù)到坍塌前的形狀和尺寸。
4.能承受災(zāi)難性的坍塌條件，此種災(zāi)難性坍塌對(duì)安裝在相似幾何體內(nèi)的常規(guī)材料都會(huì)造成損壞。
聚酰胺-11松襯里的彈性回復(fù)趨勢(shì)可提供大的環(huán)形空間體積，供管膛減壓時(shí)滲入的氣體膨脹之用，使小體積環(huán)狀空間中的高壓氣體得以膨脹。
可以產(chǎn)生大的環(huán)形空間體積(與操作時(shí)的小環(huán)形空間體積相比)，使得有可能設(shè)計(jì)一種基本無坍塌的聚酰胺-11襯里。
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)輸石油產(chǎn)品的襯有改進(jìn)的熱塑性聚合物襯里的金屬管道，所述的改進(jìn)包括所述管道內(nèi)的熱塑性聚合物襯里是松配合的，并且基本上由聚酰胺11或聚酰胺12制成，它具有從多次瞬時(shí)坍塌完全回復(fù)的能力，從而使金屬管道和熱塑性襯里之間空間無需排氣的時(shí)間比使用常規(guī)熱塑性襯里的情況長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的襯有改進(jìn)的熱塑性聚合物襯里的金屬管道，其特征在于所述的熱塑性襯里基本上由聚酰胺11制成。
3.如權(quán)利要求1所述的襯有改進(jìn)的熱塑性聚合物襯里的金屬管道，其特征在于所述的熱塑性襯里基本上由聚酰胺12制成。
4.用熱塑性襯里為金屬管道加襯的改進(jìn)方法，所述的襯里具有從多次瞬時(shí)坍塌回復(fù)的能力，并且是使用于需要從次多次瞬時(shí)坍塌回復(fù)的場(chǎng)合，其中的改進(jìn)包括在所述的金屬管道中嵌入基本上由聚酰胺11或聚酰胺12制成的具有松配合結(jié)構(gòu)的熱塑性襯里。
5.如權(quán)利要求4所述的改進(jìn)方法，其特征在于所述的熱塑性襯里基本上由聚酰胺11制成。
6.如權(quán)利要求5所述的改進(jìn)方法，其特征在于所述的熱塑性襯里基本上由聚酰胺12制成。
全文摘要
披露了襯有改進(jìn)的熱塑性襯里的金屬管道及其的制造方法和用途,其中性襯里基本上由聚酰胺11或聚酰胺12組成。
文檔編號(hào)F16L55/165GK1383479SQ01801720
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2001年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月23日
發(fā)明者J·F·梅森 申請(qǐng)人:阿托費(fèi)納化學(xué)股份有限公司