JP7672253B2 - 流体輸送管 - Google Patents

Description

本発明は、水中においてガスまたは液化ガス等の流体を輸送可能な流体輸送管に関するものである。

従来、水中（例えば海中）において浮体構造物と海底との間で油やガス等の流体を輸送する際には、可撓性を有する流体輸送管が用いられる。流体輸送管には、可撓性に加え、内部の流体の内圧に耐えうる耐内圧特性等の種々の特性が要求されている。

図５は、一例としてこのような流体輸送管の使用例を示す概略図である。図５に示す洋上浮体システム１００は、主に、浮体設備１０１と、これと接続される流体輸送管１０５等から構成される。浮体設備１０１は、係留索１１１によって海底１０９に係留されており、図示を省略する海底設備に流体輸送管１０５が接続される。

このように使用される流体輸送管としては、例えば、プラスチック管の外側に鋼製の凹型補強材を用い、開口部側を互いにかみ合うようにして２層に短ピッチで螺旋巻きし、内圧補強層を形成し、その外周に軸力補強層を及び防食層を形成した可撓性流体輸送管がある（特許文献１）。

特開平７－１５６２８５号公報

図６は、従来の流体輸送管１０５の一般的な構造を示す図である。一般的な流体輸送管１０５は、主に可撓管１１７、樹脂層１２１、内圧補強層１２５、軸力補強層１２７、保護層１２９等から構成される。

可撓管１１７は、例えばインターロック管等の可撓性を有する管体であり、周囲には、流体の気密性や水密性を確保するための樹脂層１２１が設けられる。なお、可撓管１１７と樹脂層１２１との間には、必要に応じて座床層１１９ａが設けられる。

樹脂層１２１の外周部には、内圧補強層１２５が設けられる。内圧補強層１２５は、可撓管１１７内を流れる流体の内圧等に対する補強層である。内圧補強層１２５は、例えば断面Ｃ形状または断面Ｚ形状等の金属製のテープ等を互いに向かい合うように、かつ、互いに軸方向に重なり合うように短ピッチで巻きつけられて形成される。

内圧補強層１２５の外周には、座床層１１９ｂを介して軸力補強層１２７が設けられる。軸力補強層１２７は、主に可撓管１１７が軸方向へ変形することを抑えるための補強層である。軸力補強層１２７は、例えば平型断面形状の補強条をロングピッチで、座床層１１９ｃを介して２層交互巻きして形成される。

軸力補強層１２７の外周部には、座床層１１９ｄを介して保護層１２９が設けられる。保護層１２９は、例えば海水等が補強層へ浸入することを防止するための層である。

このような従来の流体輸送管１０５は、可撓性を確保しつつ、極めて高い耐内圧特性を得ることができる。しかしながら、このような構成は、流体輸送管の重量が大きくなる。特に、大水深の海中で用いられる場合、流体輸送管１０５の全長が長くなり、浮体設備１０１近傍では、海中の全長にわたる流体輸送管１０５の重量による張力がかかるため、より強度の高い軸力補強層１２７が必要となり、ますます流体輸送管１０５の重量増が懸念される。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、簡易な構造で軽量な流体輸送管を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、水中で用いられる流体輸送管であって、可撓性を有する内管と、前記内管の外周部であって、最外周に設けられる保護層と、を具備し、前記保護層は、筒状であって、内部に高強度繊維を有し、前記高強度繊維と樹脂とが一体化され、前記内管は、可撓管と、前記可撓管の外周に設けられる樹脂層を有し、前記内管と前記保護層との間に金属製の補強層を有さずに、前記内管と前記保護層との間に樹脂製の中間層を有し、前記中間層と前記保護層とが一体化せず、前記保護層が前記中間層に対して摺動可能であることを特徴とする流体輸送管である。

前記中間層の硬度は、前記保護層の硬度以上の硬度であることが望ましい。

前記中間層の外周面又は前記保護層の内周面には凹凸形状が形成されてもよい。

前記保護層の内周面側に断熱層が設けられてもよい。

第１の発明によれば、内圧補強層及び／または軸力補強層と保護層を一体化して、高強度繊維によって耐内圧特性および軸方向の耐引張特性を確保するため、構造が簡易であり軽量である。また、このように軽量であるため、必要な軸力が低減され、軸力補強層も保護層と一体化することができる。このため、さらに軽量で構造が簡易な流体輸送管を得ることができる。

また、内管と保護層との間に、保護層とは一体化していない中間層を設けることで、流体輸送管が曲がり、保護層の内面にしわ等による凹凸が形成された際に、中間層によって、保護層の凹凸による内部の内管の樹脂層の損傷を抑制することができる。この際、保護層が中間層に対して摺動可能であるため、流体輸送管を曲げる際に、保護層と中間層とが滑るため、屈曲性が低下することを抑制することができる。

この際、特に、中間層の硬度が保護層の硬度以上であれば、保護層によって中間層が変形することが抑制され、内部の内管の損傷をより確実に抑制することができる。

また、中間層の外周面又は保護層の内周面に凹凸形状が形成されれば、両者の接触面積が低減し、両者の摺動性を高めることができる。

また、前記保護層の内周面側に断熱層が設けられれば、内部に極低温の流体を輸送する場合でも、流体輸送管の外部の凍結等を抑制することができる。

本発明によれば、簡易な構造で軽量な流体輸送管を提供することができる。

流体輸送管１を示す断面斜視図。 流体輸送管１を示す軸方向断面図。 流体輸送管１ａを示す軸方向断面図。 流体輸送管１ｂを示す軸方向断面図。 洋上浮体システム１００を示す図。 従来の流体輸送管１０５を示す断面斜視図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態にかかる流体輸送管について説明する。図１は流体輸送管１の斜視断面図であり、図２は流体輸送管１の周方向断面図である。流体輸送管１は、主に海中（水中）で用いられ、前述したＬＮＧや石油等の輸送の他、液化した二酸化炭素の輸送等にも利用可能である流体輸送管１は、主に可撓管３、樹脂層５、保護層１１等から構成される。

可撓管３は、流体輸送管１の最内層に位置し、例えばインターロック管などの外圧に対する座屈強度に優れ、耐食性も良好なステンレス製である。この場合、可撓管３はテープを断面Ｓ字形状に成形させてＳ字部分で互いに噛み合わせて連結されて構成され、可撓性を有する。なお、インターロック管に代えて、同様の可撓性を有し、座屈強度等に優れる管体であれば、ベローズ管などの他の態様の管体を使用することも可能である。

可撓管３の外周部には、樹脂層５が設けられる。樹脂層５は、可撓管３内を流れる流体を遮蔽する。樹脂層５は、例えばポリエチレン等の樹脂製である。なお、可撓管３と樹脂層５との間に座床層９を設けてもよい。座床層９は、必要に応じて設けられ、可撓管３の外周の凹凸形状を略平らにならすための層であり、可撓管３の可撓性に追従して変形可能である。例えば、座床層９は不織布等のように、ある程度の厚みを有し、可撓管３の外周の凹凸のクッションとしての役割を有する。

なお、可撓管３の外周部に、樹脂層５が設けられるとは、必ずしも可撓管３と樹脂層５とが接触していることを要せず、例えば、座床層９のような他層が間に挟まれて設けられたとしても、樹脂層５は、可撓管３の「外周部に」設けられていると称する。また、以下の説明において、「外周部」なる用語を用いる場合も同様とする。なお、図２以降の図においては、座床層９についての図示を省略する。

ここで、可撓管３と樹脂層５とを合わせて内管７とする。なお、可撓管３のみで内部の流体の気密性・水密性を確保することができれば、樹脂層５は不要である。このように、内管７は、可撓性を有し、内部に流体が流れ、外部への流出を遮蔽することができれば、その態様は特に制限されない。

内管７の外周部であって、流体輸送管１の最外周には保護層１１が設けられる。保護層１１は、母材である樹脂の内部に高強度繊維が配置され、樹脂と高強度繊維とが一体化された筒状の部材である。なお、樹脂としては、例えばポリアラミド系樹脂やポリウレタン系樹脂が適用可能である。また、高強度繊維としては、例えばポリエステル系繊維やアラミド系繊維を適用可能である。

ここで、樹脂の内部に配置される高強度繊維は、長手方向が一方向に向けて配置されるのではなく、例えば、保護層１１の周方向及び軸方向の二方向に向けて配置されることが望ましい。例えば、高強度繊維で格子状に織られたクロスを用いることが望ましい。

なお、このような高強度繊維複合樹脂を用いた保護層１１は、ある程度の剛性を有するため、流体輸送管１の可撓性が低下するおそれがある。このため、保護層１１と内管７との間において、全長にわたって融着や接着を行うのではなく、少なくとも一部において両者が互いに摺動可能であることが望ましい。このように、保護層１１と内管７との間ですべりが生じることで、流体輸送管１の可撓性を向上させることができる。

次に、流体輸送管１の製造方法について概略を説明する。まず、あらかじめ製造された可撓管３の周囲に、必要に応じて座床テープが巻きつけられ、座床層９（図１）が形成される。座床層９が形成された可撓管３に対し、押出機によって、外周部に樹脂を押し出し被覆して樹脂層５が形成することで内管７が形成される。

一方、筒状に形成された高強度繊維を送りながら樹脂を押出被覆し、筒状の保護層１１を形成する。最後に、保護層１１の内部に内管７を挿入する。以上により流体輸送管１が形成される。すなわち、内管７と保護層１１とは別体で構成して製造される。なお、内管７の外周に、高強度繊維を配置して樹脂を直接押出被覆して保護層１１を形成してもよい。

以上、本実施の形態によれば、従来用いられてきた内圧補強層及び／または軸力補強層を保護層１１に一体で構成することで、簡易な構造で耐内圧特性および軸方向の耐引張特性を確保することが可能な流体輸送管１を得ることができる。特に、従来、金属条を用いて構成されていた内圧補強層と軸力補強層とを削減することで、極めて軽量でコンパクトな流体輸送管１を得ることができる。このように、従来のような鋼製の凹型部材等を用いた内圧補強層と比較して簡易な構造としても、例えば、常温でも５ＭＰａ程度の圧力で液化する液化二酸化炭素などの輸送に用いられる場合等、必要な耐内圧特性を確保できれば十分適用可能である。

また、この際、保護層１１は、従来の流体輸送管の保護層と比較して剛性が高くなるが、内管７と保護層１１とを融着等によって完全に一体化せずに別体とすることで、流体輸送管１の可撓性を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図３（ａ）は、第２の実施形態にかかる流体輸送管１ａを示す断面図である。なお、以下の説明において、流体輸送管１と同様の機能を奏する構成については、図１、図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

流体輸送管１ａは、流体輸送管１と略同様の構成であるが、内管７の外周部に中間層１３が形成される点で異なる。すなわち、流体輸送管１ａでは、内管７と保護層１１との間に、中間層１３が設けられる。なお、前述したとおり、この場合でも、保護層１１は、内管７の外周部に設けられるものとする。

中間層１３は、金属製であってもよく樹脂製であってもよいが、例えば、保護層１１を構成する樹脂の硬度（ショアＤ硬度）以上の硬度を有することが望ましい。例えば、中間層１３は、保護層１１を構成する樹脂の硬度よりも高い硬度の樹脂製であることが望ましい。なお、中間層１３と内管７の間に、さらに繊維補強テープ等を巻き付けて補強してもよい。また、中間層１３自体を、無垢の樹脂ではなく、高強度繊維複合樹脂で構成してもよい。

中間層１３は、例えば、前述した内管７の樹脂層５を押し出した後、樹脂層５の外周に中間層１３が押出成形される。あるいは、樹脂層５の外周にテープ状の中間層１３を巻き付けて構成されてもよい。一方、前述したように、中間層１３と保護層１１とは一体化されず、保護層１１が中間層１３に対して摺動可能である。

ここで、図３（ｂ）に示すように、中間層１３の外周面（保護層１１との対向面）に凹凸形状が形成されてもよい。このようにすることで、中間層１３と保護層１１との接触面積が小さくなり、筒状の保護層１１の内部に中間層１３（内管７）を挿入する際の挿入抵抗を小さくすることができる。また、両者の摺動性を向上させることができる。なお、中間層１３の外周面ではなく、保護層１１の内周面に凹凸を形成してもよい。凹凸形状は押出成形時の金型によって形成してもよく、押出成形後に別途凹凸加工を施してもよい。

前述したように、流体輸送管１ａが曲がると、中間層１３と保護層１１との間で摺動するため、可撓性の低下を抑制することができる。一方、保護層１１が曲がる際に、保護層１１の内面にしわ等による凹凸が形成される場合がある。このような場合に、保護層１１の内部に中間層１３が存在することで、保護層１１の凹凸が内管７と接触し、内管７が損傷することを抑制することができる。すなわち、中間層１３は、保護層１１から内管７を保護する機能を奏する。

以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、保護層１１と内管７との間に中間層１３を設けることで、保護層１１を屈曲させた際に生じる内面の凹凸形状によって、内管７が損傷することを抑制することができる。

この際、中間層１３を保護層１１の硬度以上の硬度とすることで、保護層１１によって中間層１３が変形することを抑制することができる。

また、中間層１３と保護層１１との対向面のいずれかに凹凸形状を形成することで、中間層１３と保護層１１との接触面積が低減し、両者の摺動性を高めることができる。このため、流体輸送管１ａの可撓性を高めることができる。

（第３実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態にかかる流体輸送管１ｂを示す断面図である。流体輸送管１ｂは、流体輸送管１ａと略同様の構成であるが、中間層１３と保護層１１との間に、断熱層１５が設けられる点で異なる。なお、前述したとおり、この場合でも、保護層１１は、内管７の外周部に設けられるものとする。

断熱層１５は、例えば発泡樹脂やグラスウール等で構成される。なお、中間層１３の外周に断熱材を配置した状態で筒状の保護層１１の内部に挿入してもよく、又は、保護層１１と断熱層１５とを一体で構成して筒状として、その内部に中間層１３（内管７）を挿入してもよい。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、保護層１１の内周側に断熱層１５を設けることで、低温の流体を輸送する場合でも、保護層１１の外面の凍結等を抑制することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、各実施形態は互いに組み合わせることも可能であることは言うまでもない。例えば、第２の実施形態において、中間層１３と保護層１１との対向面に凹凸形状を形成した例を説明したが、中間層１３を形成しない場合でも、内管７と保護層１１との対向面の一方に凹凸形状を形成してもよい。また、第３の字しい形態において、保護層１１と中間層１３とで断熱層１５を挟み込んだ筒状部材を一体で構成し、この内部に別体の内管７を挿入してもよい。
また、断熱層１５は内管７の外周に直接設けられていても良い。

１、１ａ、１ｂ………流体輸送管
３………可撓管
５………樹脂層
７………内管
９………座床層
１１………保護層
１３………中間層
１５………断熱層
１００………洋上浮体システム
１０１………浮体設備
１０５………流体輸送管
１０９………海底
１１１………係留索
１１７………可撓管
１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ………座床層
１２１………樹脂層
１２５………内圧補強層
１２７………軸力補強層
１２９………保護層

Claims (4)

1. 水中で用いられる流体輸送管であって、
   可撓性を有する内管と、
   前記内管の外周部であって、最外周に設けられる保護層と、
   を具備し、
   前記保護層は、筒状であって、内部に高強度繊維を有し、前記高強度繊維と樹脂とが一体化され、
   前記内管は、可撓管と、前記可撓管の外周に設けられる樹脂層を有し、
   前記内管と前記保護層との間に金属製の補強層を有さずに、前記内管と前記保護層との間に樹脂製の中間層を有し、
   前記中間層と前記保護層とが一体化せず、前記保護層が前記中間層に対して摺動可能であることを特徴とする流体輸送管。
2. 前記中間層の硬度は、前記保護層の硬度以上の硬度であることを特徴とする請求項１に記載の流体輸送管。
3. 前記中間層の外周面又は前記保護層の内周面には凹凸形状が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体輸送管。
4. 前記保護層の内周面側に断熱層が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体輸送管。

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