(57)【要約】【課題】波付け金属管の内圧破壊強度を大きく向上することで、波付け金属管が径方向に膨らむのを防ぐことができ、小型化が図れる浮遊型可撓管を提供する。【解決手段】浮遊型可撓管１０は、山部１１Ｃと谷部１１Ｄを有する波付け金属管１１と、波付け金属管１１の外周に配置された熱絶縁層１２と、熱絶縁層１２の外周に配置されて軸方向の補強をするテンションメンバー１３と、テンションメンバー１３の外周に配置された防食層１４と、を備え、波付け金属管１１の谷部１１Ｄの外表面のピッチに沿って、膨らみ防止用の補強材１００が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
山部と谷部を有する波付け金属管と、
前記波付け金属管の外周に配置された熱絶縁層と、
前記熱絶縁層の外周に配置されて軸方向の補強をするテンションメンバーと、
前記テンションメンバーの外周に配置された防食層と、を備え、
前記波付け金属管の前記谷部の外表面のピッチに沿って、膨らみ防止用の補強材が設けられていることを特徴とする浮遊型可撓管。
【請求項２】
前記膨らみ防止用の補強材は、熱絶縁性を有するプラスチック繊維補強材であることを特徴とする請求項１に記載の浮遊型可撓管。
【請求項３】
前記膨らみ防止用の補強材は、前記波付け金属管の前記外周の前記谷部内に収まるように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の浮遊型可撓管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊型可撓管に関し、特に例えば液体ガス田から産出した天然ガスを液化して貯蔵する浮遊式洋上基地から液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）を、輸送用シャトルタンカーに積み込むために使用する浮遊型可撓管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＮＧが浮遊式洋上基地から輸送用シャトルタンカーに積み込まれる場合には、図４に示すように、２つの浮体１００，１０１が相互に横付けに配置（接舷方式）され、ＬＮＧは、図５に示すように短尺の鋼管を回転式接続部（スイベルジョイント）１０２で結んで折り畳み式構造とした金属配管１０３を用いて輸送しており、一般的にはローディングアーム方式と呼ばれている。
【０００３】
このような金属配管は熱伝導が大きいため、外熱を吸収してＬＮＧが気化しないように短距離の配管長とする必要がある。図４に示す接舷配置による短距離のローディングアーム方式による配管では、浮体１００，１０１相互の動揺による相対移動量が大きくなると、回転式接続部１０２は十分に移動吸収ができなくなるために、防波堤に囲まれた静穏な海域でしか適用されていない。
【０００４】
最近は、防波堤の無い波浪の大きな一般的な外洋で多くの海洋ガス田開発が計画されており、図６に示すように、浮体１１０，１１１同士を少なくとも１００ｍ〜３００ｍの長間隔に保持して直列に配置（タンデム接続）し、浮体１１０，１１１の間は、図７に示すように、浮遊型の可撓ホース１２０を海上に延線する配管方式（フローティング方式）の需要が高まってきた。
【０００５】
従来、常温の原油を生産する海洋油田では、このような浮体のタンデム接続配置によるフローティング方式は実用化されており、浮遊型の可撓ホース（フローティングホース）１２０としては、補強材入りゴムホースが広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
また、波形内部金属管の周囲に成形ワイヤが、巻かれている可撓パイプが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−６３９９１号公報
【特許文献２】特表２０００−５０４４０４号公報
【０００６】
ところが、ＬＮＧは、マイナス１６０℃以下の極低温流体であるため、浮遊型の可撓ホースがゴム、プラスチック系の素材であると、浮遊型の可撓ホースは直ぐに脆化が進んで配管に亀裂が生じてしまい長期に液密性を保持することが困難である。このため、これまでＬＮＧ輸送用の浮遊型の可撓ホースは実用化されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＮＧを液密に輸送するためには、極低温でも機械強度が低下しない金属管を適用する必要がある。この金属管を用いて洋上に浮かぶフローティングホースを形成するためには、金属管の肉厚はできるだけ薄くして軽量化を図る必要があり、かつ浮体の繰り返し動揺に耐え得る良好な曲げ疲労特性を有する必要がある。軽量化と良好な曲げ疲労特性を得る金属配管として、表面を波付け加工した薄肉の波付けステンレス管が適用できる。
【０００８】
この波付けステンレス管をフローティングホースの内管に使用すると、管内面の流体摩擦抵抗は、平滑な管内面の場合に比べて著しく大きくなり、特にタンデム接続型のフローティングホースに適用すると、管路長も長いので大きな流体抵抗が生じるので、この流体抵抗に対向して管には大きな内圧をかけてＬＮＧを輸送せざるを得ない。この内圧によって発生する軸方向力によって、波付けステンレス管の谷部に曲げ応力が発生して、波付けステンレス管が半径方向に膨らみ易くなり、内圧破壊に進むおそれがあるので、内圧破壊を防止する対策が重要となる。
【０００９】
また、波形内部金属管の周囲に成形ワイヤがらせん状に直接巻かれている例では、成形ワイヤが大型であり、成形ワイヤの大きさが金属管の谷部分には全く収まらないので、可撓パイプの外径が大きく、小型化が図れずコスト高になってしまう問題がある。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、波付け金属管の内圧破壊強度を大きく向上することで、波付け金属管が半径方向に膨らむのを防ぐことができ、小型化が図れる浮遊型可撓管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解消するために、本発明の浮遊型可撓管は、山部と谷部を有する波付け金属管と、
前記波付け金属管の外周に配置された熱絶縁層と、
前記熱絶縁層の外周に配置されて軸方向の補強をするテンションメンバーと、
前記テンションメンバーの外周に配置された防食層と、を備え、
前記波付け金属管の前記谷部の外表面のピッチに沿って、膨らみ防止用の補強材が設けられていることを特徴とする。
本発明の浮遊型可撓管は、好ましくは前記膨らみ防止用の補強材は、熱絶縁性を有するプラスチック繊維補強材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、波付け金属管の内圧破壊強度を大きく向上することで、波付け金属管が半径方向に膨らむのを防ぐことができ、小型化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。  
図１は、本発明の浮遊型可撓管の好ましい実施形態を示している。
図１に示す浮遊型可撓管１０は、フローティングホースとも言い、波付け金属管１１と、熱絶縁層（熱断熱層とも言う）１２と、テンションメンバー１３と、防食層１４を有している。波付け金属管１１の外周面は熱絶縁層１２により被覆されており、熱絶縁層１２の外周面はテンションメンバー１３により被覆されている。テンションメンバー１３の外周面は、防食層１４により被覆されている。
【００１３】
図１に示す浮遊型可撓管１０の波付け金属管１１は、マイナス１６０℃のＬＮＧを液密に維持して、洋上の浮体揺動に追従して曲がり易いように波付け加工した例えば薄肉厚のステンレス内管である。
【００１４】
波付け金属管１１は、ステンレスの平板を円筒状に曲げて突き合わせて、平板の突き合わせ面を長手方向に連続してシーム溶接して液密構造とした後に、多段ロール成型機によってラセン状または提灯状に波付け加工して、可撓化する。
波付け金属管１１には、山部１１Ｃと谷部１１Ｄが軸方向Ｔに沿って交互に形成されている。
【００１５】
テンションメンバー１３が取り付けられても、波付け金属管１１の山部１１Ｃと谷部１１Ｄの各ピッチでは、谷部１１Ｄが強度上の弱点となるために、本発明の実施形態では、波付け金属管１１の谷部１１Ｄの外表面のピッチに沿って、膨らみ防止用の補強材１００が巻いて設けられている。この膨らみ防止用の補強材１００は谷部１１Ｄを補強する。膨らみ防止用の補強材１００は、ポリアラミド繊維補強テープやポリアリレート繊維補強テープ等の熱断熱性に優れたプラスチック繊維補強材を用いる。
【００１６】
膨らみ防止用の補強材１００は、例えば帯状部材であるが、波付け金属管１１の谷部１１Ｄ内に収まる厚みと幅を有している。このため、膨らみ防止用の補強材１００は、波付け金属管１１の山部１１Ｃと比べて、径方向Ｒに沿って突出しないようになっている。従って、膨らみ防止用の補強材１００が波付け金属管１１の谷部１１Ｄ内に収まるようにしているので、浮遊型可撓管１０の外径寸法が大きくなってしまうことが無く、浮遊型可撓管１０の小型化が図れ、コストダウンができる。
【００１７】
波付け金属管１１の外周面と膨らみ防止用の補強材１００は、熱絶縁層１２により被覆されて、熱的に外部と絶縁されている。熱絶縁層１２の熱絶縁材としては、一般的なガラスウール、ロックウールのような繊維材や発泡性プラスチック（ポリエチレン、ウレタン、ポリスチレン等）である。
【００１８】
熱絶縁層１２の外周部に形成されたテンションメンバー１３は、ＬＮＧの内圧によって径方向Ｒと共に軸方向Ｔに発生する応力により、波付けしたステンレスが軸方向Ｔに沿って伸びるのを防止するために必要である。テンションメンバー１３は、例えば通常鉄、ステンレスのような高強度の金属補強耐帯を熱絶縁層１２の外周面に多数枚、ロングピッチに螺旋巻きした構造とする。
【００１９】
防食層１４は、テンションメンバー１３の外周面を被覆することで、熱絶縁層１２の吸水性を防止し、テンションメンバー１３の腐食防止に用いられ、例えばポリエチレン製の被覆材である。通常、防食層１４を形成する際には、通常はクロスヘッドから溶融したポリエチレンをテンションメンバーの周囲に均一厚に押し出し、防食層は冷却した押し出し被覆層となる。
【００２０】
ここで、波付け金属管１１は、上述したように波付けステンレス管であるが、この波付け金属管１１の波付け部に発生する応力について、図２を参照して説明する。
図２は、波付け金属管１１の山部１１Ｃと谷部１１Ｄの半ピッチの波付け部１１Ｍの形状を示す断面図である。
【００２１】
材料力学の薄肉円筒理論によれば、波付け金属管１１には、ＬＮＧを送液すると内圧によって径方向Ｒと軸方向Ｔの応力が加わる。この応力の内、径方向Ｒの内圧に対しては、管肉厚Ｂをある程度確保すれば、常時送液圧には十分耐える応力レベルに収まる。本発明の実施形態とは異なり平滑管の場合ならば、内圧による軸方向力は径方向応力の１／２なので、応力レベルに問題無い。
【００２２】
ところが、本発明の実施形態の浮遊型可撓管１０は、波付け金属管１１を用いているので、軸方向力Ｐによって波付け部１１Ｍには曲げモーメントＭが発生する。この曲げモーメントＭは、波形状（ピッチ、高さ）によって異なるが、軸方向力Ｔの数倍以上の曲げ応力が発生して、その曲げモーメントＭは波付け部１１Ｍを軸方向力Ｔに沿って伸ばそうとする。
【００２３】
図２には、半ピッチの波付け部１１Ｍについて軸方向力Ｐと曲げモーメントＭ、および軸方向力Ｐと曲げモーメントＭによって径方向に発生する力Ｆの関係を示している。波付け部１１Ｍの山部１１Ｃを支点として、谷部１１Ｄを膨らます力Ｆが発生する。このため、谷部１１Ｄが強度上最弱点部位となり、仮に過大な内圧が発生した場合には、波付け部１１Ｍの谷部１１Ｄが径方向Ｒに膨らみ出し、最後に波付け金属管１１のシーム部が膨張破断する破壊モードに進展する。
そこで、本発明の実施形態では、谷部１１Ｄは外部から追加的に補強することによって、この谷部１１Ｄの強度上の弱点を解消できる。
【００２４】
ここで、波付け部１１Ｍの形状が正弦波の場合には、波付け部１１Ｍの軸方向力Ｐによって発生する曲げ応力によって、径方向Ｒに膨らもうとする径方向力Ｆは、次式で求められる。
Ｆ＝ｆ（Ｌ、ｈ）×Ｐ・・・・・式１
なお、ｆ（Ｌ、ｈ）は、波付け部１１Ｍの長さＬ（波ピッチ長λの１／２）と、波高さｈにより決まる形状係数であり、ここではその算出手順の記載は省略する。
【００２５】
この式１を用いて、内径Ｄ０が２００ｍｍ、厚さが１．２ｍｍの波付けステンレス管を例にして、波付けピッチ長λと、波付け高さｈの幾つかの組み合わせについて、形状係数ｆ（Ｌ、ｈ）、軸方向力（発生軸力）Ｐ、径方向力Ｆを算出すると、図３に示すようになる。この場合の波付けステンレス管の内圧は１ＭＰａである。
【００２６】
上記試算例によると、波付けステンレス管の径方向の補強力は、２０ｋＮ〜４０ｋＮ程度であれば十分で、アラミド繊維のような高強度繊維を用いれば、幅１０ｍｍ×厚み１ｍｍ程度の寸法のテープで、径方向力Ｆを超える耐力が得られるので、谷部１１は、このテープ（膨らみ防止用の補強材１００）により補強すればよい。
【００２７】
本発明の実施形態では、浮遊型可撓管１０は、山部１１Ｃと谷部１１Ｄを有する波付け金属管１１と、波付け金属管１１の外周に配置された熱絶縁層１２と、熱絶縁層１２の外周に配置されて軸方向の補強をするテンションメンバー１３と、テンションメンバー１３の外周に配置された防食層１４と、を備える。そして、波付け金属管１１の谷部１１Ｄの外表面のピッチに沿って、膨らみ防止用の補強材１００が設けられている。これにより、波付け金属管１１の内圧破壊強度を大きく向上することで、波付け金属管が径方向に膨らむのを防ぐことができる
【００２８】
また、膨らみ防止用の補強材１００は、熱絶縁性を有するプラスチック繊維補強材であるので、波付け金属管１１の熱絶縁性をさらに向上することができる。
さらに、膨らみ防止用の補強材１００は、波付け金属管１１の外周の谷部１１Ｄ内に収まるように配置されているので、浮遊型可撓管１０の外径寸法が大きくなってしまうことが無く、浮遊型可撓管１０の小型化が図れ、コストダウンができる。
【００２９】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
例えば、波付け金属管１１の山部１１Ｃと谷部１１Ｄは、図１に例示するように、径方向に関して対応する位置に形成しても良いし、山部と山部が径方向に関して対応する位置に形成され、かつ谷部と谷部が径方向に関して対応する位置に形成されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の浮遊型可撓管の好ましい実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す波付け金属管の山部と谷部の半ピッチの波付け部の形状を示す断面図である。
【図３】式１を用いて内径Ｄ０が２００ｍｍ、厚さが１．２ｍｍの波付けステンレス管を例に、波付けピッチ長λと、波付け高さｈの幾つかの組み合わせについて、算出した形状係数ｆ（Ｌ、ｈ）、軸方向力Ｐ、力Ｆを示す。
【図４】ＬＮＧが浮遊式洋上基地から輸送用シャトルタンカーに積み込まれる場合に２つの浮体を相互に横付けした状態を示す図である。
【図５】ローディングアーム方式を示す図である。
【図６】浮体同士を少なくとも１００ｍ〜３００ｍの長間隔に保持して直列に配置した状態を示す図である。
【図７】浮遊型の可撓ホースを海上に延線する配管方式を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０        浮遊型可撓管
１１        波付け金属管
１１Ｃ      山部
１１Ｄ      谷部
１２        熱絶縁層
１３        テンションメンバー
１４        防食層
１００      膨らみ防止用の補強材
Ｒ          径方向
Ｔ          軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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