(57)【要約】【課題】強化管材およびその製造方法を提供する。【解決手段】強化管材（１００）は金属管（１１０）、金属管（１１０）の回りに配置される乾燥繊維の層（１２０）、および乾燥繊維（１２０）を覆う外部ライナー（１３０）を備える。強化管材（１００）の製造方法は、乾燥繊維の層（１２０）を  金属管（１１０）上に巻付ける工程、および乾燥繊維の層（１２０）を外部ライナー（１３０）で覆う工程を含み、それによって、金属管（１１０）の上に巻付けられた第１の乾燥繊維（１２０）を形成する。劣化した金属管（１１０）を補強する方法は、劣化した金属管（１１０）に乾燥繊維の層（１２０）を巻付けてフープ強度を向上させる工程および、乾燥繊維の層（１２０）を外部ライナー（１３０）で覆う工程を含む。【選択図】図２
2010502911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管、
前記金属管の回りに配置された乾燥繊維の層、および
前記乾燥繊維の層を覆う外部ライナーを備える強化管材。
【請求項２】
前記乾燥繊維の層は前記金属管のフープ強度を向上する、請求項１に記載の強化管材。
【請求項３】
前記金属管は、降伏強度が約７０，０００ｐｓｉ（Ｘ７０級）以下である従来の鋼管を備える請求項１に記載の強化管材。
【請求項４】
前記金属管は、最小降伏強度が７０，０００ｐｓｉより大きい高強度の鋼管を備える請求項１に記載の強化管材。
【請求項５】
前記金属管は耐腐食性合金を含む請求項１に記載の強化管材。
【請求項６】
前記金属管は、使用中に発生する可能性のある亀裂を停止する請求項１に記載の強化管材。
【請求項７】
前記金属管は裸管を含む請求項１に記載の強化管材。
【請求項８】
前記金属管は被覆管を含む請求項１に記載の強化管材。
【請求項９】
前記金属管は有機皮膜によって予備被覆される請求項８に記載の強化管材。
【請求項１０】
前記金属管は陽極金属皮膜によって予備被覆される請求項８に記載の強化管材。
【請求項１１】
前記金属管は防食される請求項１に記載の強化管材。
【請求項１２】
アルミニウム陽極片が前記金属管上に巻かれる請求項１１に記載の強化管材。
【請求項１３】
前記乾燥繊維の層にｐＨスパイク塩が添加される請求項１１に記載の強化管材。
【請求項１４】
前記金属管が劣化した管を備える請求項１に記載の強化管材。
【請求項１５】
前記乾燥繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、高密度ポリエチレン繊維、またはアミド繊維からなる群から選択される請求項１に記載の強化管材。
【請求項１６】
前記乾燥繊維の層は、各糸が多数の連続フィラメントからなる、複数の平行した糸のリボンを備える請求項１に記載の強化管材。
【請求項１７】
前記外部ライナーは吹付けられた、または巻付けられたライナーを含む請求項１に記載の強化管材。
【請求項１８】
前記外部ライナーは弾性ライナーを含む請求項１に記載の強化管材。
【請求項１９】
前記弾性ライナーはポリウレア、ポリウレタン、またはＨＮＢＲゴムを含む請求項１８に記載の強化管材。
【請求項２０】
前記外部ライナーは、前記乾燥繊維の回りに形成された溶着された金属被覆層を含む請求項１に記載の強化管材。
【請求項２１】
前記外部ライナーは防湿層を形成する請求項１に記載の強化管材。
【請求項２２】
前記金属管は、使用中にかかる軸方向の負荷に十分耐える壁厚を有する請求項１に記載の強化管材。
【請求項２３】
前記乾燥繊維の層の厚みは実質的に前記金属管の壁厚に等しい請求項２２に記載の強化管材。
【請求項２４】
前記乾燥繊維は、前記金属管のフープ強度を約２倍にする請求項２３に記載の強化管材。
【請求項２５】
前記金属管の公称直径は６４インチ以下の範囲である請求項１に記載の強化管材。
【請求項２６】
絶縁層を更に備える請求項１に記載の強化管材。
【請求項２７】
請求項１に記載の強化管材を備えるガスパイプライン。
【請求項２８】
請求項１に記載の強化管材を備える液体パイプライン。
【請求項２９】
請求項１に記載の強化管材を備えるライザ。
【請求項３０】
請求項１に記載の強化管材を備えるチョークおよびキルライン。
【請求項３１】
金属管の上に乾燥繊維の層を被覆する工程、および
前記乾燥繊維の層を、外部ライナーで覆い、それによって第１の乾燥繊維被覆金属管を形成する工程を含む、強化管材の製造方法。
【請求項３２】
前記乾燥繊維の層の被覆工程は、前記金属管の回りに複数の乾燥繊維をフープ巻きする工程を含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記乾燥繊維を外部ライナーで覆う工程は皮膜を吹付る工程を含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記乾燥繊維を外部ライナーで覆う工程はライナーを巻付ける工程を含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記乾燥繊維の層の上に絶縁材料の層を巻付ける工程を更に含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
第２の乾燥繊維被覆金属管を第１の乾燥繊維被覆金属管に隣接して配置する工程、
溶接によって、前記第２の乾燥繊維被覆金属管を前記第１の乾燥繊維被覆金属管に連結する工程、
前記溶接を乾燥繊維の層で被覆する工程、および
前記溶接の回りに配置された前記乾燥繊維の層の上に外部ライナーを生成し、それによって、乾燥繊維被覆溶接区域を形成する工程を更に含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１および第２の乾燥繊維被覆金属管は製造施設において形成され、前記乾燥繊維被覆溶接区域は現場で形成される請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
劣化した金属管を、乾燥繊維の層で被覆し、前記劣化した金属管のフープ強度を増加する工程、および
前記乾燥繊維の層を外部ライナーで覆う工程を含む、劣化した金属管を強化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、高圧液体輸送分野で用いられる乾燥繊維被覆金属管を備える強化金属管材、およびこの種の強化管材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスの需要が世界的に高まるにつれ、遠隔地の天然ガス源を開発する必要がますます重要になってくる。しかし、多くの場合、そのような遠隔地から天然ガスを輸送するために必要なインフラを建設するコストが高いため、それらの天然ガス源を開発するための経済的なインセンティブが失われてしまう。従って、天然ガスを市場に提供するためのパイプラインなどの設備の建設に関連するコストを低減することが求められている。
【０００３】
近年、いくつかの大手の石油およびガス会社が、直径３６インチから５４インチの範囲のパイプラインのような、大径の天然ガスパイプラインに用いる高強度の鋼の開発に多くの資金を投資している。アメリカ石油協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  （ＡＰＩ））規格５Ｌによって、文字"Ｘ"の後に最小降伏強度に対応する数字を付けることによって、ラインパイプ鋼の級を示す簡単な規格が開発されている。例えば、Ｘ１００級の鋼の最小降伏強度は１００，０００毎立方インチ当たりポンド（ｐｓｉ）であり、また同様に、Ｘ１２０級の鋼の最小降伏強度は１２０，０００  ｐｓｉである。一般に、Ｘ７０級以下は、「従来強度の鋼」と考えられ、一方、Ｘ７０級を超えると、「高強度」と考えられ、一般にはＸ８０級以上をいう。
【０００４】
高強度の鋼の亀裂抵抗性は相対的に低く、従って、もし管が損傷し、亀裂が生じることがあると、その亀裂はパイプラインに沿って何マイルも拡がる恐れがある。このように亀裂が走ることを避けるために、亀裂停止部（クラックアレスタ）をパイプラインに沿って、例えば、各２〜４マイル毎などの各点に配置することがある。亀裂停止部は、溶接されたスチールリング、または管の外側表面に配置された、結合複合体リングを備えることがある。代表的な複合体亀裂停止部はＣｌｏｃｋ  Ｓｐｒｉｎｇ社（ヒューストン、テキサス州）から製造販売されている。更に、高強度鋼の生産性は低く、高強度鋼の溶接は複雑であり、また高強度鋼の塑性歪能力は従来鋼のそれよりも低く、それによって、例えば、永久凍土層や地震地域などに建設されたパイプラインなど、高塑性歪能力を必要とする用途分野では使用が制限される。
【０００５】
このように、遠隔地の天然ガス源を開発するためには、そのようなガスを市場に提供するための経済的な手段が求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、金属管、
前記金属管の回りに配置された乾燥繊維の層、および前記乾燥繊維の層を覆う外部ライナーを備える強化管材に関する。１実施形態では、前記乾燥繊維の層は前記金属管のフープ強度を増加する。他の実施形態では、前記金属管は、降伏強度が約７０，０００ｐｓｉ（Ｘ７０級）以下である従来の鋼管、または最小降伏強度が７０，０００ｐｓｉより大きい高強度の鋼管を備える。前記金属管は耐腐食性合金を含みうる。１実施形態では、前記金属管は、使用中に発生する可能性のある亀裂を停止する。前記金属管は裸管、または被覆管を含みうる。その際、前記金属管は、有機皮膜、または陽極金属皮膜によって予備被覆されうる。他の実施形態では、アルミニウム陽極片が前記金属管上に巻かれて、または前記乾燥繊維の層にｐＨスパイク塩が添加されて、前記金属管が防食される。別の実施形態では、前記金属管が劣化した管を備える。
【０００７】
前記乾燥繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、高密度ポリエチレン繊維、またはアミド繊維からなる群から選択され、前記乾燥繊維の層は、各糸が多数の連続フィラメントからなる、複数の平行した糸のリボンを含みうる。前記外部ライナーは吹付、または巻付けライナーを含みうる。１実施形態では、前記外部ライナーは、ポリウレア、ポリウレタン、またはＨＮＢＲゴムを含む弾性ライナーを備える。別の実施形態では、前記外部ライナーは、前記乾燥繊維の回りに形成された溶着された金属被覆層を備える。更に別の実施形態では、前記外部ライナーは防湿層を形成する。
【０００８】
前記金属管は、使用中にかかる軸方向の負荷に十分耐える壁厚を有しうる。１実施形態では、前記乾燥繊維の層の厚みは実質的に前記金属管の壁厚に等しく、前記乾燥繊維は、前記金属管のフープ強度を約２倍にしうる。前記金属管の公称直径は６４インチ以下の範囲でありうる。１実施形態では強化管は絶縁層を更に備える。様々な実施形態において、ガスパイプライン、液体パイプライン、ライザ、またはチョークおよびキルラインが前記強化管材を備える。
【０００９】
別の態様において、本発明は金属管の上に乾燥繊維の層を被覆する工程、および前記乾燥繊維の層を、外部ライナーで覆い、それによって第１の乾燥繊維被覆金属管を形成する工程を含む、強化管材の製造方法に関する。１実施形態では、前記乾燥繊維の層の被覆工程は、前記金属管の回りに複数の乾燥繊維をフープ巻きする工程を含む。様々な実施形態では、前記乾燥繊維を外部ライナーで覆う工程は皮膜を吹付る工程およびライナーを巻付ける工程を含む。更に別の実施形態では、本方法は前記乾燥繊維の層の上に絶縁材料の層を巻付ける工程を更に含む。本方法は、第２の乾燥繊維被覆金属管を第１の乾燥繊維被覆金属管に隣接して配置する工程、溶接によって、前記第２の乾燥繊維被覆金属管を前記第１の乾燥繊維被覆金属管に連結する工程、前記溶接を乾燥繊維の層で被覆する工程、および前記溶接の回りに配置された前記乾燥繊維の層の上に外部ライナーを生成し、それによって、乾燥繊維被覆溶接区域を形成する工程を更に含む。１実施形態では、前記第１および第２の乾燥繊維被覆金属管は製造施設において形成され、前記乾燥繊維被覆溶接区域は現場で形成される。
【００１０】
更に、別の態様では、本発明は、前記劣化した金属管を、乾燥繊維の層で被覆し、前記劣化した金属管のフープ強度を増加する工程、および前記乾燥繊維の層を外部ライナーで覆う工程を含む、劣化した金属管を強化する方法に関する。
【００１１】
以下では添付の図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、乾燥繊維被覆金属管断面の拡大側面図である。
【００１３】
【図２】図２は、図１の乾燥繊維被覆金属管の拡大端面図である。
【００１４】
【図３】図３は、乾燥繊維ガラス繊維を巻付けた、金属管材の透視側面図である。
【００１５】
【図４】図４は、外部弾性ライナーを形成する皮膜を吹付けられた、図３の乾燥繊維被覆管材の透視側面図である。
【００１６】
【図５】図５は、各々図３および４で示したように、被覆または吹付けられた後、合わせて溶接される２つの乾燥繊維被覆管材の拡大側面図である。
【００１７】
【図６】図６は、図５に示す２つの管材の透視側面図であり、合わせて溶接し、溶接区域に乾燥繊維ガラス繊維を巻付ける。
【００１８】
【図７】図７は、図６の溶接された管の透視側面図であり、溶接された区域に乾燥繊維が巻付けられ、次いで外部弾性ライナーを形成する皮膜を吹付けられた後の図である。
【００１９】
【図８】図８は、図７の溶接された管の透視側面図であり、乾燥繊維による被覆がなされていない溶接管の破壊圧力の約２倍の破壊圧下で試験を行った後の図である。
【００２０】
（表記法および用語）
以下の説明および請求項を通じて、特定のアセンブリ部品を示すために、特定の用語を用いる。本書では、名称は異なっていても機能に差がない部品同士を差別化する意図はない。以下の説明および請求項において、用語「備える」および「含む」はオープンエンド型として用いられ、従って、「を含むがこれに限定されることはない」と解釈されるべきである。
【００２１】
本書中、「管」という用語を用いる場合は、加圧された気体または液体を搬送する任意の管状体を示すものであり、例えば、例えばパイプライン、ライザ（立ち管）、フローライン、およびチョーク（流量調整管）およびキルライン（せき止め管）がある。
【００２２】
本書中、管の「耐圧強度」、「圧力定格」および「フープ強度」という用語を用いる場合はいずれも、バーストによって半径方向に破壊することなく、管が収容できる内圧の量を、毎平方インチ当たりポンド（ｐｓｉ）によって測定したもの示す。
【００２３】
本書中、管の「軸方向強度」および「軸方向能力」という用語を用いる場合はいずれも、軸方向に分断されることなく、管が耐えうる軸方向の負荷を、ｐｓｉによって測定したものを示す。
【００２４】
本書中、「従来強度鋼」という用語を用いる場合は、最小降伏強度が７０，０００ｐｓｉ以下の鋼、すなわち、Ｘ７０級以下の級の鋼を示す。
【００２５】
本書中、「高強度鋼」という用語を用いる場合は、最小降伏強度が７０，０００ｐｓｉより大きい鋼、すなわち、Ｘ７０級より上の級の鋼を示す。
【００２６】
本書中、「耐腐食性合金」という用語を用いる場合は、ニッケル、クロム、チタンまたはコバルトなどの合金元素を含有する材料を示す。これらの材料としては、ステンレス鋼、ニッケルを主体とする合金、チタン合金などが含まれる。一般に用いられるグレードは、合金３１６のようなオーステナイト系ステンレス鋼、合金１３  Ｃｒのようなマルテンサイト系ステンレス鋼、合金２２０５のような２相系ステンレス鋼、および合金６２５のようなニッケルを主体とする合金である。
【００２７】
（発明の詳細な説明）
乾燥繊維被覆管の様々な実施形態について添付の図面を参照して説明する。複数の図面において、同様の特徴を参照する場合には同様の参照番号が用いられる。なお、乾燥繊維被覆管の特定の実施形態を、図に示し、以下に詳細に説明するが、これらは代表例として開示するにすぎず、本発明をここに図示および説明した実施形態に限定するものではない。ここに開示する乾燥繊維被覆管およびその製造方法の実施形態は、多くの金属管ラインシステムにおいて用いることができ、高圧の気体であるか液体であるかにかかわらず、その圧力定格で制限される。各タイプの加圧流体システムにおいて、様々な実施形態の乾燥繊維被覆管を用いうることは、当業者であれば、容易に理解するであろう。更に、ここで開示される方法は、例えば、パイプライン、ライザ、チョークおよびキルライン、または他の高圧システムの部品でありうる、既に設置された管で、腐食、浸食、および／または摩耗により劣化した管の圧力定格を向上させるために用いることができる。
【００２８】
図１および図２は、代表的な強化管材１００の断面および端面それぞれの概略図である。強化管材１００は、金属管状体または管１１０、金属管１１０上にフープ巻きされた乾燥繊維の層１２０、および吹付けられた外部弾性ライナー１３０を備える。当業者であれば、例えばエアロゲルのような断熱材の層などの他材料の層を、随意的に、強化管材１００に含んでもよいことは理解するであろう。
【００２９】
１実施形態では、腐食性の気体または液体を輸送するために、金属管１１０は耐腐食性合金で構成されうる。そのような用途の１つとしては、腐食性の湿性気体を輸送するフローラインがあり、そのようなフローラインは一般に、直径８インチから１４インチである。これより大径の場合は、金属管１１０は、内部が耐腐食性合金で覆われた炭素鋼管で構成されうる。乾燥気体用途には、金属ライナーまたは管１１０は、直径３６インチから５４インチの、例えばＸ７０級のような従来強度鋼で構成される、４０〜６０フィート長の一般的な管継手でありうる。従来強度鋼は、市場で入手し易く、亀裂停止抵抗性が高く、可塑歪特性が高く、溶接が容易であるという理由から、高強度鋼よりはるかに望ましい。金属管１１０の壁厚は様々である。１実施形態では、壁厚は、強化管材１００に対する予想軸方向負荷に基づいて決定され、また強化管材１００のフープ強度は金属管１１０の壁厚および乾燥繊維層１２０の厚みの両方によって設定される。
【００３０】
乾燥繊維の層１２０は、各糸が、ガラス繊維、炭素繊維、高密度ポリエチレン繊維、アミド繊維または他の同様の材料の束のような、多数の連続フィラメントからなる、複数の平行した糸のリボンを備える。乾燥繊維層１２０の目的は、強化管材１００のフープ強度を向上させ、従って、その圧力定格を向上させることである。任意の内圧負荷下で、裸管の金属管１１０におけるフープ応力（σｓ）と軸方向応力（σａ）との間の関係は、次式のように設定される：
σｓ＝２×σａ
従って、金属管１１０の壁厚が、軸方向応力（σａ）要件を満たすように選択されると、その金属管１１０はフープ応力（σｓ）要件の半分に耐えられるだけに過ぎない。
【００３１】
これは、裸管の金属管１１０の内圧負荷に耐える能力は、そのフープ強度によって制限されることを意味する。金属管１１０の回りに乾燥繊維層１２０を適用することにより、強化管材１００のフープ強度および圧力定格を著しく向上することができる。例えば、本書の実施例のセクションで説明するように、金属管の壁厚とほぼ等しい厚みを有するファイバーガラスを含む乾燥繊維層１２０の使用は、強化管材１００のフープ強度を、従って圧力定格を、およそ２倍にすることが試験および分析により示されている。。当業者であれば、乾燥繊維層１２０の厚みは、使用する繊維材料、金属管１１０の壁厚、強化管材１００の所望の圧力定格、およびその他のファクタに依存して変動することは容易に理解するであろう。
【００３２】
外部ライナー１３０は乾燥繊維層１２０を覆い、ポリウレア、ポリウレタン、またはＨＮＢＲゴムなどのゴムまたは同様の材料のような弾性ライナーを含む。別の実施形態では、外部ライナー１３０は、乾燥繊維層１２０の回りに形成された溶着された金属被覆層を備えうる。外部ライナー１３０目的は２つある。第１に、乾燥繊維層１２０は緩むことがあり、外部ライナーが乾燥繊維層１２０に吹付け、または巻付けられる際に、その乾燥繊維層１２０を共に金属管１１０に押付けて保持するように機能する。第２に、外部ライナー１３０は、防湿層として機能することができ、湿気が乾燥繊維層１２０内に捕捉され、最終的に金属管１００の外側表面に沿って腐食を起こすことのないように防止する。当業者であれば、外部ライナー１３０の厚みが変化しうることは容易に理解するであろう。各種の実施形態では、金属管１１０は初期的には裸管、または、例えば、外部ライナー１３０が損傷した場合に乾燥繊維層１２０中に捕捉される可能性のある湿気に対して、耐腐食性の被覆をしてもよい。１実施形態では、金属管１１０、とりわけ、炭素鋼で作成されたものは、金属管１００の外側表面に吹付けられた、エポキシまたは特別な皮膜ゲルのような有機皮膜、あるいは、アルミニウムまたは亜鉛のような陽極金属皮膜によって予備被覆される。別の実施形態では、炭素鋼金属管１１０は、金属管１１０の上にアルミニウムの陽極片を巻付けることによって、あるいはｐＨスパイク塩を乾燥繊維層１２０に組込むことによって、防食されうる。ｐＨスパイク塩は、金属管の回りに進入する水のｐＨを高めるように機能し、それによって腐食速度を低減しうる。更に別の実施形態では、従来の方法で、金属管１１０の外側表面の上にポリエチレンの皮膜を押し出してもよい。
【００３３】
図１に示すように、強化管材１００の製造時は、金属管１１０の端部１４０は、裸管のままでもよい、すなわち、乾燥繊維層１２０によって被覆されていなくてもよく、また、乾燥すると外部弾性ライナー１３０を形成する皮膜を吹付けられていなくてもよい。設置工程中は、隣接する強化管材１００同士は、それらの端部１４０において、溶接される。従って、効果的な溶接を確保するためには、設置の前に金属管１１０の端部１４０を、乾燥繊維層１２０および外部弾性ライナー１３０から、自由にしておくことが望ましい。
【００３４】
図３から図７は、図１および図２の強化管材１００の製造方法の１実施形態を概略的に図示したものである。図３に示すように、製造方法は、まず、従来強度鋼の継手のような金属管１１０を、繊維巻き機１５０に取付け、ここで乾燥繊維１２５の連続フィラメントを、複数のスプール（図示せず）から引っ張り、位置決め装置１６０を介して送出して、金属管１１０の回りに巻付ける。金属管１１０を、その両端部１４０で固定し、繊維巻き機１５０を介して、回転してもよく、その際、乾燥繊維１２５が１端から他端へ進み、その後また戻って金属管１１０に巻付けられるようにし、所望の厚みの乾燥繊維１２５が適用されて乾燥繊維層１２０を形成するまでフープ巻付け様式で継続する。
【００３５】
図４を参照すると、金属管１１０に乾燥繊維層１２０が所望の厚みで巻付けられた後、繊維被覆金属管１１０を繊維巻き機１５０から取外し、金属管１１０の端部１４０をテーピングし、または覆って、自動またはハンドヘルド型の、スプレーガンまたは他の装置を用いて乾燥繊維層１２０の上に皮膜１３５を吹付けてもよい。金属管１１０の端部１４０を覆うことによって、最終的に、パイプライン設置時の溶接区域となるこれらの表面に皮膜１３５が付着するのを防ぐ。１実施形態では、吹付皮膜１３５が室温で乾燥して外部弾性ライナー１３０を形成し、硬化工程を必要としない。この外部弾性ライナー１３０が乾燥した後、テープまたは他の覆いを金属管１１０の端部１４０から取外してもよい。
【００３６】
他の実施形態では、金属管１１０を繊維巻き機１５０から取外す前に、外部ライナー１３０を、乾燥繊維層１２０の上に適用する。１実施形態では、未硬化のＨＮＢＲゴムテープまたは同等品を乾燥繊維層１２０の回りに巻付けることによって、外部ライナー１３０を適用し、その後加熱によって硬化する。他の実施形態では、乾燥繊維層１２０の回りに巻付けられた金属シートをスパイラル溶接することによって、外部ライナー１３０を適用する。これで、強化管材１００は、設置現場へ輸送できる状態になる。
【００３７】
設置現場に到着すると、図５に示すように、溶接のために、２つの強化管材１００を、端部１４０を端部１４０につけて配置することができる。溶接が完了した後、各溶接区域１７０は、溶接を補強するために、図６に示すように、乾燥繊維層１２０によって被覆し、次いで、図７に示すように、乾燥すると溶接区域１７０の回りに外部弾性ライナー１３０を形成する皮膜１３５を吹付ることができる。図６は、工場で、繊維巻き機１５０によって、乾燥繊維１２５を巻付けられた、溶接区域１７０を示す。しかし、溶接区域１７０は、溶接された強化管材１００が静止状態のまま、その回りを回転するような、特殊な巻き機を用いて現場で巻付けることもできる。この型の現場巻き機は、連続およびスプール可能な複合管の製造に一般に用いられる。
【００３８】
本書に記載する強化管材１００の使用は、高強度鋼管および複合被覆鋼管のような他の物に比較し、多くの利点を提供する。数えるほどの製造工場でしか製造しておらず、その結果購入価格が高く、また納入が数年先であるような高強度鋼と異なり、従来強度鋼を含む金属管１１０は世界中の多くのサプライヤから入手可能である。また、従来強度鋼は亀裂が走るのを防ぐ、自己停止型であるため、高強度鋼と異なり、亀裂停止装置を必要としない。強化管材１００の乾燥繊維層１２０は金属管１１０の壁厚が薄くても、高い内圧を許容し、従って、乾燥繊維の密度が鋼の密度の１／３未満であるため、重量および輸送コストを低減できる。更に、乾燥繊維層１２０は断熱材として機能し、必要な加熱または冷却コストを低減する。更に、管の壁厚が薄いので、溶接および製造コストも低減される。
【００３９】
また、ここに開示される強化管材１００は複合被覆鋼管に比べても、製造時の樹脂の適用工程またはそれに続く硬化工程が必要でないため、時間と費用が低減でき、有利である。更に、強化管材１００の現場溶接は、複合被覆管の現場溶接に比べて、はるかに複雑でない。その理由は、複合材料の高温制限が約１５０℃であるのに対し、乾燥繊維１２５に対する高温制限は６００℃超であるからである。更に、乾燥繊維層１２０は、複合材料よりもはるかに軽量で、輸送コストが低減できる。
【００４０】
また、ここに開示される強化管材１００は、金属管１１０が耐腐食性合金を含む場合は、費用有効性が高い。その理由は、耐腐食性合金に比べてはるかに軽量であり、安価である乾燥繊維１２５を上に巻付けて用いることにより、同等の圧力定格を達成するために、壁厚が半分でよいからである。例えば、繊維ガラス繊維の強度は、２重（duplex)ステンレス鋼の強度の４倍であり、密度は２相ステンレス鋼密度の１／３未満であり、コストは２重ステンレス鋼のコストの約１／１０である。
【実施例】
【００４１】
高圧用途の高強度鋼または複合被覆鋼の代替として、乾燥繊維を巻付けた従来強度鋼管の使用の実現可能性を実証するために、各種試験を行った。
【００４２】
０．２５インチの壁厚を有する、公称直径１２インチのＸ７０級の管材を、０．３５インチの乾燥繊維ガラスによってフープ巻きし、次いで０．１インチのポリウレアの層を吹付け、それを乾燥させて弾性ライナーを形成した。内圧４，５００ｐｓｉを、約５分間、管材に加え、その後解放した。次に、破壊するまで内圧を増加し、約７，８００ｐｓｉの時に、周溶接において破壊が発生した。
【００４３】
この試験は、乾燥繊維ガラスの層によって、Ｘ７０級の管の圧力定格が有意に向上し、また、破壊モードが、フープ破裂（バースト）から軸方向破裂へと変化したことを示した。繊維ガラスの巻付けがなければ、この０．２５インチの壁厚を有する、１２インチのＸ７０級の管は、約３，９００ｐｓｉの時に，バースト圧によって破壊したはずである。この圧力は、Ｘ７０級の管における軸方向応力がＸ７０級の鋼の最大引張り強度の９３，６００ｐｓｉに達したことが予想される圧力である。従って、厚み０．３５インチの乾燥繊維ガラス層は、Ｘ７０級の管の圧力定格を約２倍にした。
【００４４】
比較の観点において、別の、０．２５インチの壁厚を有する、公称直径１２インチのＸ７０級の管材を用い、この管材に乾燥繊維を巻付ける代わりに、この管材にエポキシ樹脂中に繊維ガラスを含有する複合積層体を、フープ巻きし、次いで複合体を炉中に配置して硬化させ、この試験を繰り返した。内圧４，５００ｐｓｉを、約５分間、管材に加え、その後解放した。次に、破壊するまで内圧を増加し、約７，４００ｐｓｉの時に、周溶接において破壊が発生した。この試験は、Ｘ７０級の管の圧力定格を向上させるという点に関して、乾燥繊維が、少なくとも複合材被覆と同様に、有効であることを示した。
【００４５】
現場巻付け溶接区域の強度を試験するために、各々長さ約２フィート、壁厚０．２５インチの公称直径１２インチのＸ７０級の管の管材２つに、０．３５インチの乾燥繊維ガラスを巻付け、０．１インチのポリウレアの層を吹付け、各管材の１端に約３インチの露出した溶接区域を残した。
【００４６】
２つの管材を、次に、一緒に溶接し、露出した溶接区域に、約０．３５インチの乾燥繊維ガラスを巻付け、０．１インチのポリウレアの層を吹付け、図７に示すように、溶接の上に弾性ライナーを形成した。各管材の他端にエンドキャップを溶接した。２つの溶接された管材に内圧４，５００ｐｓｉを、約５分間加え、その後解放した。次に、破壊するまで内圧を増加し、約７，８００ｐｓｉの時に、周溶接において破壊が発生した。しかしながら、破壊は、壊滅的なものではなかった。その代わりに、図８に示すように、損傷が周溶接１７０の区域に局所的に発生した。そこで、乾燥繊維層１２０が伸びて分裂し、それによって外部ライナー１３１０に小さなリップが形成され、破断した乾燥繊維１２０が露出した。この試験は、Ｘ７０級の管の圧力定格を向上させるという点に関して、現場巻付け溶接区域が、事前巻付けされた管材とまったく同様に、有効であることを示した。
【００４７】
ここまで乾燥繊維被覆金属管を備える強化管材および、対応する、そのような強化管材の製造方法の様々な実施形態を図示して説明してきたが、当業者であれば、本発明の要旨または教示から逸脱することなく、それらの改変を行うことが可能である。本書に記載した実施形態は、代表的なものに過ぎず、これに限定されるものではない。本装置および方法に対して、多くの各種変形や修正が可能であり、それらは本発明の範囲に含まれる。従って、保護の範囲は本書に記載された実施形態に限定されず、請求項に限定されるものとし、その範囲は、請求項の主題と等価物をすべて含むものである。
【図１】
2010502911.tif 000003
【図２】
2010502911.tif 000004
【図３】
2010502911.tif 000005
【図４】
2010502911.tif 000006
【図５】
2010502911.tif 000007
【図６】
2010502911.tif 000008
【図７】
2010502911.tif 000009
【図８】
2010502911.tif 000010
【国際調査報告】
2010502911.tif 000011
2010502911.tif 000012
2010502911.tif 000013