深海管道保温及防护技术简介

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气凝胶/真空板绝热
气凝胶的纳米多孔网络结构使之具有极低的热传导。它 在常温常压下热导率为0.013W/m.K，。它可广泛用于国 防军工、飞机、潜艇、石油运输、冶金、化工等工业管 道及汽车、家用保温隔热。 液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成 凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器中干 燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。 制备一般可分为三个步骤：即形成有机凝胶、超临界干 燥和炭化。其中有机凝胶的形成可得到具有三维空间网 络状的结构凝胶；超临界干燥可以维持凝胶的织构而把 孔隙内的溶剂脱除；炭化使得凝胶织构强化，增加了机 械性能，并保持有机凝胶织构。
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复合聚氨酯（SPU） 复合聚氨酯是指在聚氨酯塑料中添加空心聚合物形成 的保温涂层，该类型保温涂层可适用的最大水深在250米 左右。长期最大使用温度为100℃。
制备复合聚氨酯（SPU）所需的主要原料为多异氰酸 酯、多元醇、扩链剂、硫化剂、偶联剂及其它助剂等。
玻璃微珠复合聚氨酯（GSPU）是指在聚氨酯塑料中添 加直径约30～100微米的空心玻璃微珠（壁厚几个微米） 形成的保温涂层，该类型保温涂层可适用的最大水深在 3000米左右。长期最大使用温度为100℃。
11
12 13 14
固化放热量
冲击强度 耐热冲击 10%应变时的抗压强度
18
19 20 21
阴极剥离
热老化-水中和空气中 单轴压缩蠕变 流体静力蠕变
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多层 PP 保温
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聚丙烯系列保温产品主要性能
产品性能 涂敷方法
实心聚丙烯 挤出
发泡聚丙烯 挤出
玻璃微珠复合聚丙烯 挤出
最高工作温度（℃）
最大工作水深（m） 密度（kg/m3） 导热系数（W/mk） 比热（J/kg.k） 主要用途
140
3000以上 900 0.21 2000 平管/立管/补口
120
600 650～750 0.15-0.18 1680 平管/立管/补口
140
3000 670～820 0.15 – 0.18 1700 平管/立管/补口
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SiO2气凝胶模型
SiO2气凝胶制备工艺过程
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气凝胶试件
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气凝胶/纳米孔绝热
相同热特性下的 保温材料厚度 比较(mm)
珍珠岩

2mm~10mm 厚度的覆盖层
50
聚氨酯泡沫
气凝胶
180°C, 6” 管
40 石棉 玻璃棉
气凝胶 10350
10
20 无碱玻璃纤维
0.10～0.12 1700 平管、立管、补口
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深水保温材料常规性能参数
序号 1 2 3
检验项目 导热系数 吸水率 流体静力强度
序号 8 9 10
检验项目 弹性模数 热膨胀系数 玻璃态转化温度
序号 15 16 17 硬度
检验项目 抗压模量 附着力
4
5 6 7
比热
密度 拉伸性能 屈服强度/断裂强度
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聚醚 /酯多元醇 异氰酸酯 二异氰酸酯 扩链剂 催化剂等助剂
充分混合 后脱泡
模 具
升 温
后 熟 化
螺旋列板成型工艺图
脱 模
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安装方法 选用耐海水腐蚀、高强 度、易加工的条带， 采用合适的设备将螺旋 列板固定在立管外侧。
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谢谢！
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相比于浅水区，深水环境中的立管更易产生涡激振动 ，因此采用合适的装置抑制立管的涡激振动，降低其对立 管的危害，对深海油气资源的勘探开发有着深远的意义。
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重要参数： 1) 头数
2) 列板高度
3）螺距
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专用原材料的研制；
模具研制；
螺旋侧板成型装备及工艺技术； 涡激振荡装置安装技术。
抗压
寿命
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深海管道保温
深海环境的温度、压力、海水流速等与表层海水不同 ，因而具有其独特的环境特性。 深海恶劣的服役环境对保温材料提出了更高的要求， 因此海底管道的保温材料必须具有如下性能：①导热系数 小；②耐高静水压的能力以及在长时间服役条件下保持良 好的性能；③施工方便；④足够强度抵抗预制和敷设过程 中各种载荷的能力和耐腐蚀能力。 深水海管常用复合聚氨酯（SPU）、玻璃微珠复合聚 氨酯（GSPU）、多层聚丙烯复合涂层结构以及气凝胶、真 空绝热等进行保温。
深海管道保温
及防护技术简介
张晓灵
中海油（天津）管道工程技术有限公司 2013年1月
目录 海底管道保温及面临问题
（一）SPU/GSPU保温
（二）多层 PP 保温
（三）气凝胶/真空板绝热 （四）管道防护
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海底管道保温及面临问题
双层钢管保温
单层钢管保温 面临问题 防腐 防水/绝热
聚氨酯系列保温产品主要性能
产品 涂敷方法 最高工作温度（℃） 最大工作水深（m） 密度（kg/m3） 导热系数（W/m.k） 比热（J/kg.k） 主要用途
实心聚氨酯 SPU 模制 100 3000 1150 0.195 1800 管道补口 模制 110 250～300 700
聚氨酯复合涂层体系 GSPU 模制 110 3000 780～850 0.145～0.165 1700 平管、立管、补口
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化学性质稳定
耐高温(600℃) 抗压强度高(14－124MPa) 密度低(0.32－0.6 g/m3) 完美球形 润滑性好 流动性好 低比表面积
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SPU/GSPU保温
SPU/GSPU 管道保温生产流程图
源自文库
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管道防护
立管和管道涡激振动抑制：
目前有多种形式的海洋工程结构物用于海底油气资源 的勘探和开发，但无论采用何种类型的结构物，都需要立 管的参与，完成输油、采油、钻探、注水等重要功能。 处于海洋环境中的立管，在水流作用下会产生涡激振动 （Vortex Induced Vibration，简称VIV），VIV会加速立 管的疲劳损伤，导致立管断裂。