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專題報告

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熱塑性復合材料管道(TCP)的最新應用

方鯤1,2  劉康1,2  喬治3  董衛國4
1.北京熱塑性復合材料工程技術研究所
2.北京納盛通新材料科技有限責任公司
3. 中化集團塑料公司
4. 天津工業大學

1. 熱塑性復合材料管道(TCP)





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TCP管道可用于石油生產、注水、氣舉、化學品注入、甲醇(包括MEG)注入以及氫氣和二氧化碳輸送等可再生應用。由于其耐腐蝕性、光滑的表面、重量輕、可纏繞和優秀的現場操作性等特點,使其成為現場出油管、回油管、單井出油管、(準)靜態立管和海洋風電陣列管線等的最佳解決方案。

堅硬的管道結構不受腐蝕的影響,在腐蝕環境中具有優異的性能,并且運行成本低,甚至根本沒有運行成本。它的內部有一個完全粘合的聚合物襯里,其光滑的表面確保了最佳的流動性。TCP的熱性能明顯優于鋼管,同時在管道兩端采用成熟的管道組裝配件機械式固定,簡單而牢固,可以在陸地或海上任何地方進行裝配,此外外表面的專用涂層保證了其在海洋中的穩定性。


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圖1 TCP的鋪設

TCP管線可纏繞,具有成本效益的水平敷設和最低安裝成本。我們可以使用小型多用途船只安裝TCP管線,可降低30%或更多的安裝成本。此外,由于其耐腐蝕性,降低了防腐相關成本,如用泵輸送緩蝕劑、相關清理管線等成本。TCP的一個特殊優勢是我們可以在海上終止管道。

TCP管線的一個另外一個特殊優勢是,可以在海上終止管道。這為海上鋪設提供了極高的靈活性,并允許在沒有配件的情況下彎曲成J形管。這減少了J形管所需的尺寸和成本,這在海上平臺上沒有太多空間的棕地應用中尤其有益。由于TCP的設計和材料選擇都符合每個項目的具體要求,確保給客戶提供高性價比的解決方案。TCP管線內徑最大可達7.5英寸,工作壓力為121°C和689 bar(10000 psi)。

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圖2 海洋平臺上使用TCP

2. 熱塑性復合材料管道(TCP)的結構及優點

熱塑性復合材料管(TCP)以其簡單性而聞名。堅硬的管壁由襯里、熱塑性復合增強層和外涂層組成,并熔接在一起,確保層與層之間的粘合與基材一樣牢固耐用。

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圖3 TCP的結構

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圖4 TCP鏈接結構

TCP是一種高性能、可纏繞的管道,與鋼相比,它耐腐蝕,降低了總安裝成本,整個碳足跡更少。其優勢一目了然:

  • 無腐蝕性和優異的耐化學性,減少維護,避免使用緩蝕劑;

  • 經碳足跡認證小,與鋼鐵相比,總足跡減少50%以上;

  • 重量輕,降低運輸成本;

  • 可長時間纏繞,降低安裝成本;

  • 光滑的內壁可優化流量,同時保持抗坍塌能力;

  • 適用于二氧化碳和氫氣的運輸,以及碳氫化合物和各種化學品;

  • 高內壓額定值;

  • 靈活性高;

  • 與鋼管相比,U值較低。

3. TCP在碳捕獲、利用與封存(CCUS)上的應用

碳捕獲、利用和儲存(CCUS)是實現《巴黎協定》目標的主要方法之一。只要解決腐蝕問題,它可以相對快速地實現,而且性價比高:TCP作為一種耐腐蝕性管道,非常適合二氧化碳的傳輸,是一種極具潛力的管道解決方案。

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圖5 TCP用于二氧化碳傳輸

  • 它可從環境中去除大量二氧化碳;
  • 施工周期短,效率高;
  • 成本效益好。

二氧化碳的缺點是,特別是與海水結合時,它具有極強的腐蝕性,會導致鋼材延性斷裂,而對于TCP來說,完全可以規避這些問題。

4. TCP在氫運輸上的應用

氫能,特別是綠氫,在能源轉型中具有巨大的前景:

  • 燃燒時產生水,而不是二氧化碳;
  • 它是一種可以儲存的能量載體;
  • 它可用于難以電氣化的行業脫碳。

但是氫會在鋼管中引起一種叫做“氫脆”的現象,這對使用鋼進行氫運輸極具有挑戰性。而TCP恰恰避免了這個問題,非常適合于氫氣的運輸:

  • TCP對氫脆不敏感;
  • TCP具有靈活性、易于安裝,為海上制氫的成本降低提供了最佳解決方案。
  • 可大幅度降低碳足跡。

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圖6 TCP用于氫氣傳輸

5. 成本比較

TCP管線與碳鋼在材料、安裝和一般項目成本(包括PME)的比較如下圖所示。本文以3km回接為例,TCP與碳鋼相比,成本降低了30%。

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圖7 TCP與碳鋼的成本比較

6. TCP的現場應用實景

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圖8 TCP出油管

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圖9 TCP的海上鋪設作業

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參考文獻
  • STROHM HP, 2022


源:前沿材料

此文由中國復合材料工業協會搜集自網絡,文章不用于商業目的,僅供行業人士交流,引用請注明出處。


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