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ES2640772T3 - Mejoras relacionadas con tubos flexibles - Google Patents

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ES2640772T3
ES2640772T3 ES07732723.7T ES07732723T ES2640772T3 ES 2640772 T3 ES2640772 T3 ES 2640772T3 ES 07732723 T ES07732723 T ES 07732723T ES 2640772 T3 ES2640772 T3 ES 2640772T3
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ES
Spain
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mandrel
corrugated
flexible tube
convoluted
tubular
Prior art date
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Active
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ES07732723.7T
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English (en)
Inventor
Joel Aron Witz
David Cox
Gerard Anthony Hall
Richard Smith
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BHP Innovation Pty Ltd
Original Assignee
BHP Billiton Innovation Pty Ltd
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Publication date
Priority claimed from GB0609083A external-priority patent/GB0609083D0/en
Priority claimed from GB0609081A external-priority patent/GB0609081D0/en
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Abstract

Tubo flexible (210) que comprende una parte de tubo flexible tubular formada por mandril que se extiende de manera continua entre dos piezas de extremo (222), en el que la parte de tubo flexible tubular comprende: una capa corrugada o convoluta tubular interior (212) que comprende una pluralidad de secciones de acero corrugadas o convolutas (212a) sujetas extremo a extremo de una manera paralela axial tal como por soldadura; una capa de acero corrugada o convoluta tubular exterior (214) dispuesta alrededor de la capa corrugada o convoluta tubular interior; una capa aislante (216) entre las capas corrugadas o convolutas tubulares interior y exterior, en la que está previsto un vacío en el espacio entre las capas corrugadas o convolutas tubulares interior y exterior y, por lo menos una capa protectora y/o de refuerzo (218) dispuesta alrededor de las capas corrugadas o convolutas, en la que el diámetro interno de la parte de tubo flexible es de 400 mm a 600 mm y la longitud de la parte de tubo flexible es de 30 m a 50 m de manera que el tubo flexible pueda funcionar sin fuga a temperaturas de -100ºC a -220ºC y a presiones de 500 kPa a 2.500 kPa.

Description

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DESCRIPCION
Mejoras relacionadas con tubos flexibles.
La presente invencion se refiere a tubos flexibles, y mas en particular se refiere a tubos flexibles de gran longitud, y a un procedimiento y a un aparato para fabricar tubos flexibles de gran longitud. La invencion se refiere especialmente a tubos flexibles que pueden utilizarse en condiciones criogenicas.
Las aplicaciones tfpicas de tubos flexibles implican el bombeo de fluidos desde un deposito de fluidos a presion. Los ejemplos incluyen el suministro de combustible para calefacciones o LPG a una caldera; el transporte de lfquidos y/o gases producidos en yacimientos petrolfferos desde una plataforma de produccion fija o flotante hasta el compartimiento de carga de un barco, o desde el compartimiento de carga de un barco hasta una unidad de almacenamiento situada en tierra; el suministro de combustible a coches de carreras, especialmente durante el repostaje en Formula 1, y el transporte de fluidos corrosivos, tales como acido sulfurico.
Es bien conocida la utilizacion de tubos flexibles para el transporte de fluidos, tales como gases licuados, a baja temperatura. Dichos tubos flexibles se utilizan habitualmente para transportar gases licuados tales como gas natural licuado (LNG) y gas propano licuado (LPG).
Muchas aplicaciones de tubos flexibles requieren que el tubo flexible se apoye a lo largo de su longitud. Esto se aplica especialmente al transporte de los lfquidos y/o gases producidos mencionados anteriormente. Sin un apoyo adicional, los tubos flexibles convencionales son incapaces a menudo de soportar su propio peso, o el peso del fluido contenido en las mismas.
Existen tres tipos principales de tubos flexibles que se utilizan para aplicaciones que precisan un calibre grande para transferir fluidos a presion elevada (por ejemplo, por lo menos 2 barg). Estos son:
1. Caucho (envolturas de caucho vulcanizado para formar el cuerpo del tubo flexible).
2. Fuelle (tubo de acero convoluto).
3. Material compuesto (pelfculas y tejidos entre dos alambres helicoidales).
La presente invencion se refiere a tubos flexibles de fuelle. Los tubos flexibles de caucho difieren de los tubos flexibles de material compuesto y de fuelle en que no poseen un componente de acero en su superficie interior.
Los tubos flexibles de caucho se fabrican tfpicamente envolviendo numerosas capas de materiales de caucho y algunas capas de acero y de tejido alrededor de un mandril recubierto con un agente de desmoldeo. Algunos tubos flexibles de caucho utilizan un revestimiento interior de caucho extrudido sobre un mandril como la capa mas interior y a continuacion se realiza la envoltura despues del mismo. Otros tubos flexibles de caucho incluyen una carcasa enclavada dentro del revestimiento, para aumentar la resistencia al colapso. La estructura completa se vulcaniza despues para unir entre si las envolturas de caucho. El ensamblaje completo del tubo flexible, incluidos las piezas de extremo (“end fittings”) que se encuentran tambien sobre el mandril y estan envueltos dentro de la estructura del cuerpo del tubo flexible, se retira del mandril tirando y girando. El tubo flexible y el mandril se soportan mediante una serie de rodillos durante este proceso de extraccion. Los tubos flexibles de caucho se producen tfpicamente con longitudes de hasta 12 m y calibres de hasta por lo menos 1,2 m.
El procedimiento tradicional de fabricacion de tubos flexibles de fuelle y de material compuesto es, en esencia, el mismo que el de tubos flexibles de caucho. Un tubo flexible de fuelle se forma en secciones apoyadas sobre un mandril de acero y si se requieren capas aislantes o protectoras estas se envolveran alrededor del tubo de fuelle. Un tubo flexible de material compuesto se forma tradicionalmente enrollandose un alambre de acero helicoidalmente sobre un mandril de acero seguido por una serie de capas de pelfcula y de tejido. Esta se forma despues en el cuerpo del tubo flexible mediante la aplicacion de un segundo alambre helicoidal.
Tanto los tubos flexibles de fuelle como de material compuesto estan ampliamente disponibles con calibres de hasta 200 mm y con longitudes de hasta aproximadamente 30 m. Sin embargo, es diffcil fabricar y extraer un tubo flexible de calibre grande, superior a 400 mm, de alguno de estos tipos con una longitud razonable, superior a 10 m, utilizando las tecnicas de fabricacion tradicionales. Este no es el caso de los tubos flexibles de caucho, dado que no presentan un componente de acero interno.
Tanto los tubos flexibles de fuelle como de material compuesto se fabrican actualmente sobre mandriles de acero, lo que para diametros pequenos funciona bien y es el patron industrial; pero al aumentar el diametro, aumenta drasticamente el efecto de friccion. El area superficial de contacto entre el tubo flexible y el mandril aumenta linealmente con el diametro, pero el peso del mandril aumenta aproximadamente con el cuadrado del diametro. El producto de estos dos factores es la friccion entre el tubo flexible y el mandril, dado que durante la extraccion el peso del mandril se lleva a traves del tubo flexible.
Otros factores que afectan a la facilidad de la extraccion incluyen:
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• Excoriacion entre el mandril de acero y el alambre de acero.
• El coeficiente de friccion entre los dos materiales.
• El peso del tubo flexible.
• La utilizacion de rodillos de soporte utilizados para controlar la deflexion del mandril.
Los intentos de fabricacion de tubos flexibles utilizando las tecnicas tradicionales han dado como resultado tubos flexibles que tienen el calibre requerido, pero que son demasiado cortos, o tienen el calibre y la longitud requeridos pero han sufrido danos durante la extraccion. Se ha dado tambien el caso en el que el mandril ha resultado danado durante la extraccion y, por lo tanto, este proceso serfa impracticable y poco economico en un marco industrial.
Se describen tubos flexibles de fuelle en muchos documentos de la tecnica anterior, que incluyen, por ejemplo, los documentos US2004112454 y US2004146676. Como se ha expuesto anteriormente, los tubos flexibles de fuelle se caracterizan por una estructura interna metalica interior que es diffcil de retirar del mandril durante el proceso de fabricacion. Como consecuencia existe un lfmite practico del tamano del tubo flexible que puede producirse en la tecnica anterior conservando al mismo tiempo su capacidad operativa en entornos hostiles, tales como en condiciones de temperatura baja y alta, y en aplicaciones marinas. Tambien se describen tubos flexibles en los documentos US3538728, US5893681 y SU396271.
Los documentos GB2303574, DE2948416, JP08336845, JP08011138 y JP03075132 divulgan un procedimiento para fabricar un tubo flexible o una tuberfa, pero no divulgan la fabricacion de tubos flexibles de fuelle.
El documento DE2705361 divulga un conducto de tubo flexible flotante, de doble pared, que tiene un espacio intermedio entre las dos paredes espirales o corrugadas metalicas que proporciona flotabilidad. El documento US2004/256016 divulga un tubo flexible que absorbe la vibracion que tiene una parte principal corrugada y porciones terminales cilfndricas, teniendo el tubo flexible una construccion multicapa de una capa de caucho interna tubular, una capa de refuerzo resistente a la presion y una capa de cubierta de caucho exterior. El documento US3240643 divulga un tubo aislado flexible para transportar fluidos gaseosos.
Los tubos flexibles de fuelle se fabrican exclusivamente sobre un mandril metalico; el mandril puede consistir exclusivamente en acero inoxidable o puede estar recubierto con acero inoxidable. En el ano 2005, un mandril de acero al carbono podia costar normalmente 25.000 libras esterlinas y en su vida util podria utilizarse para fabricar aproximadamente 25-30 tubos flexibles individuales. Sin embargo, existe un problema con los mandriles de acero al carbono, dado que el elemento interno metalico del tubo flexible a menudo esta fabricado de acero inoxidable. Cuando dicho tubo flexible se fabrica utilizando un mandril de acero al carbono, parte del acero al carbono puede transferirse a la superficie del elemento interno de acero inoxidable; esto crea un sitio para la corrosion del elemento interno, lo que puede producir una falla rapida en ambientes extremos. Por este motivo, el mandril utilizado en la fabricacion de tubos flexibles de fuelle y tubos flexibles de materiales compuestos se ha fabricado habitualmente de acero inoxidable. Un tubo flexible de acero inoxidable cuesta de tres a cuatro veces mas que un mandril de acero al carbono.
Se ha descubierto en el contexto de la presente invencion una forma mejorada de fabricacion de tubos flexibles que posibilita la fabricacion de tubos flexibles utiles con longitudes y diametros que no se han logrado previamente. Por lo tanto, la invencion comprende un procedimiento de fabricacion de tubos flexibles, un aparato para fabricar tubos flexibles y los tubos flexibles de por si.
Segun un aspecto de la invencion, se proporciona un tubo flexible segun la reivindicacion 1.
Se apreciara que la parte de tubo flexible se extiende en continuo entre las piezas de extremo. Por lo tanto, el tubo flexible segun la invencion es distinto del tubo flexible de la tecnica anterior que comprende tramos mas cortos de tubo flexible que se unen entre si en secuencia uniendo las piezas de extremo entre si.
En una forma de realizacion preferida, la longitud de la parte de tubo flexible es de por lo menos 31 m, de forma mas preferida de por lo menos 32 m. La parte de tubo flexible es, de forma deseable, de por lo menos 35 m de longitud. La longitud de la parte de tubo flexible puede ser mucho mayor de 30 m, en funcion de los requerimientos. Asf, la parte de tubo flexible puede presentar una longitud de hasta 50 m o incluso de hasta 60 m. La longitud de la parte de tubo flexible se encontrara normalmente dentro de los intervalos indicados anteriormente, sujeta a un mfnimo de por lo menos 30 m.
El diametro interno de la parte de tubo flexible es de por lo menos 400 mm. De acuerdo con las formas de realizacion preferidas de la invencion, el diametro interno de la parte de tubo flexible puede ser de por lo menos 450 mm, de por lo menos 500 mm o de por lo menos 550 mm. Es improbable que se desee que el diametro de la parte de tubo flexible supere los 750 mm, y de acuerdo con la invencion, el diametro de tubo flexible no superaria los 600 mm.
El diametro interno de la parte de tubo flexible segun la invencion corresponde al diametro externo del mandril no
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metalico sobre el que se forma. La longitud de la parte de tubo flexible corresponde a la distancia entre las piezas de extremo inmediatamente despues de la fabricacion del tubo flexible. Debe indicarse que debido a la naturaleza de los materiales y del proceso de fabricacion, las dimensiones del tubo flexible estarfan sujetas habitualmente a una tolerancia de aproximadamente +/- 3%.
Es importante entender que la presente invencion proporciona un tubo flexible de fuelle funcional que tiene una longitud y/o un diametro que son mayores a los que han sido posible segun la tecnica anterior. Existen ejemplos en la tecnica anterior de tubos flexibles que presentan un diametro y/o una longitud dentro de los intervalos descritos anteriormente, pero dichos tubos flexibles no son tubos flexibles funcionales, es decir, no serfan capaces de funcionar bajo su presion de funcionamiento normal sin fugas.
El tubo flexible segun la invencion presenta una temperatura de funcionamiento alta o baja, incluida una temperatura de funcionamiento criogenica.
Cuando el tubo flexible tiene como objetivo su utilizacion a bajas temperaturas, la temperatura de funcionamiento del tubo flexible puede ser de 0°C hasta -200°C o -220°C. Tfpicamente, la temperatura de funcionamiento es de - 20°C o inferior, -40°C o inferior, -60°C o inferior, o -80°C o inferior. Para aplicaciones criogenicas, la temperatura de funcionamiento sera tfpicamente de -100°C a -170°C, -200°C o -220°C. Un intervalo de temperatura de funcionamiento de -100°C a -220°C es adecuado para la mayor parte de las aplicaciones criogenicas, incluido el transporte de LNG, oxfgeno lfquido (p.e.: - 183°C) o nitrogeno lfquido (p.e.: -196°C).
En general, la presion de funcionamiento del tubo flexible se encontrara en el intervalo de aproximadamente 500 kPa manometricos, o 1000 kPa manometricos, hasta aproximadamente 2.000 kPa manometricos, o posiblemente hasta aproximadamente 2.500 kPa manometricos. Estas presiones se refieren a la presion de funcionamiento del tubo flexible, no a la presion de rotura (que debe ser varias veces superior).
El caudal volumetrico de operacion depende del medio fluido, la presion y el diametro interior. Son tfpicos caudales de operacion de 1.000 m3/h hasta 12.000 m3/h.
Una temperatura y una presion de funcionamiento preferidas serfan de -100°C a -200°C a una presion de 500 kPa manometricos, preferentemente 1.000 kPa manometricos, hasta 2.000 kPa manometricos o 2.500 kPa manometricos.
El tubo flexible segun la invencion tambien puede estar prevista para su utilizacion con materiales corrosivos, tales como acidos fuertes.
Las secciones corrugadas o convolutas pueden ser sinusoidales, con forma de U o con la forma de la letra griega omega, Q. Las convoluciones o corrugaciones pueden estar dispuestas circunferencialmente a lo largo de la longitud de cada seccion, o pueden estar dispuestas formando una espiral a lo largo de la longitud de cada seccion. En general, solo las convoluciones sinusoidales se disponen formando una espiral.
Puede proporcionarse un numero suficiente de secciones corrugadas o convolutas (por ejemplo, 3, 4, 5, etc.) para producir un tubo flexible de la longitud deseada.
En una forma de realizacion, el tubo flexible incluye una segunda capa que comprende una pluralidad de secciones corrugadas o convolutas dispuestas alrededor de la primera capa de secciones corrugadas o convolutas.
El tubo flexible incluye preferentemente por lo menos una capa de refuerzo, y por lo menos una capa protectora, que es tfpicamente la capa exterior. Pueden estar previstas unas capas protectoras y/o de refuerzo adicionales. Tfpicamente, la capa protectora comprende una capa blindada que se proporciona como la capa exterior del tubo flexible.
La primera y/o la segunda capa corrugada o convoluta pueden estar realizadas en metal, preferentemente de acero inoxidable.
El tubo flexible descrita anteriormente puede fabricarse mediante un procedimiento y un aparato, tal como se describe adicionalmente a continuacion, que posibilitan fabricar un tubo flexible de longitud y diametro superiores a lo que habfa sido posible anteriormente.
Segun otro aspecto de la invencion, se proporciona un procedimiento de fabricacion del tubo flexible descrito anteriormente, siendo el procedimiento tal como se reivindica en la reivindicacion 2.
Las piezas de extremo se aplican preferentemente antes de retirar el tubo flexible del mandril, aunque pueden aplicarse en algunas circunstancias despues de retirar el tubo flexible del mandril.
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Se apreciara que pueden deslizarse una tercera, una cuarta, una quinta, etc., secciones corrugadas o convolutas sobre el mandril para crear una parte de tubo flexible de la longitud deseada.
La segunda capa corrugada o convoluta puede formarse, de la misma forma que la primera capa, despues de que se haya formado la parte subyacente de la primera capa corrugada o convoluta.
Preferentemente, el mandril esta formado de un material basado en papel, un material basado en madera o un material basado en polfmero plastico, tal como un polietileno de alta densidad, o mezclas de los mismos. En una forma de realizacion particularmente ventajosa, el mandril es de carton, es decir, un carton realizado en pulpa de papel.
En la fabricacion de tubos flexibles de fuelle es particularmente importante asegurar que el mandril presente una rigidez a la flexion suficiente como para mantenerlo lo suficientemente recto para que las secciones adyacentes puedan llevarse a un alineamiento sustancial alrededor de sustancialmente la totalidad de la circunferencia de los extremos del mismo. Los extremos se aseguran habitualmente entre si mediante soldadura, y si no existe un alineamiento sustancial alrededor de sustancialmente la totalidad de la circunferencia, los extremos no se aseguraran de forma apropiada entre si, y existira un riesgo aumentado de falla durante la utilizacion del tubo flexible. Para lograr esto, en una forma de realizacion ventajosa, el mandril esta formado de un material que tiene una relacion del modulo de Young (E) con respecto a la densidad (p) en el intervalo de 0,1 a 10 GPa.m3/Mg (es decir, gigapascal x metro3/megagramo). Preferentemente la relacion E/p es superior a 0,3 GPa.m3/Mg, mas preferentemente superior a 0,5 GPa.m3/Mg y todavfa mas preferentemente superior a 0,8 GPa.m3/Mg. Preferentemente, la relacion E/p es inferior a 10 GPa.m3/Mg, mas preferentemente inferior a 5 GPa.m3/Mg y todavfa mas preferentemente a 3 GPa.m3/Mg. Asf, se apreciara que el intervalo mas preferido de E/p es de 0,8 a 3 GPa.m3/Mg.
Los valores de E/p para carton y polietileno de alta densidad, que son dos materiales particularmente preferidos para el mandril, son de aproximadamente 1,2 y 1,0 GPa.m3/Mg, respectivamente. El valor de E/p para el material del mandril de la tecnica anterior, acero inoxidable, es de aproximadamente 20 GPa.m3/Mg.
En algunas circunstancias, puede ser deseable utilizar materiales compuestos, es decir, fibras dispuestas dentro de una matriz, como mandril. Los materiales compuestos presentan una relacion E/p proxima a la del acero inoxidable, pero su densidad es mucho menor. Asf, en una forma de realizacion alternativa, el material del mandril presenta una E/p en el intervalo de 20 a 22 GPa.m3/Mg y una densidad en el intervalo de 1,0 a 3.0 Mg/m3. Tfpicamente, el material compuesto comprende carbono, vidrio o fibras polimericas dispuestas dentro de una matriz polimerica adecuada.
Por supuesto, se apreciara que, aunque el mandril esta realizado en un material no metalico, es perfectamente posible que el mandril incluya materiales de carga metalicos o ceramicos. Asf, la invencion comprende la utilizacion de un mandril de carton con materiales de carga metalicos o ceramicos. La estructura del mandril, no obstante, continua siendo no metalica.
El mandril puede proporcionarse con una longitud continua, o puede proporcionarse en una pluralidad de secciones de mandril de longitud mas corta, que se ensamblan in situ para formar el mandril completo. El proposito de esto es facilitar el transporte del mandril.
Tfpicamente, el mandril presenta una forma sustancialmente cilfndrica.
La longitud del mandril sera, tfpicamente, aproximadamente de 1000 a 2000 mm superior a la longitud de la parte de tubo flexible que se desea fabricar en el mandril. El diametro externo del mandril sera tfpicamente sustancialmente identico al diametro interno de la parte de tubo flexible que se desea fabricar en el mandril.
Ventajosamente, el mandril es hueco, de forma que puede disponerse longitudinalmente dentro del mandril un arbol de transmision. Ademas, se dispone preferentemente un tapon en por lo menos un extremo del mandril, siendo la disposicion tal que el tapon este asegurado fijamente al mandril, de forma que la rotacion del tapon cause la rotacion del mandril. Preferentemente se dispone uno de dichos tapones en cada extremo del mandril. Cuando el mandril es hueco, el espesor del mandril (es decir, la diferencia entre su diametro interno y su diametro externo) serfa tfpicamente de aproximadamente 10 mm a 25 mm.
Como se ha expuesto anteriormente, el mandril no metalico deberfa realizarse en un material que fuera lo suficientemente fuerte para que el mandril pueda soportar de forma apropiada el tubo flexible durante la construccion de la misma. Ademas, excepto para cualquier recubrimiento que pueda proporcionarse sobre la superficie interna o externa del mandril, la totalidad del mandril esta realizado, preferentemente, en el mismo material no metalico.
El arbol de transmision se asegura preferentemente al, o a cada, tapon y presenta, de manera deseable, un extremo de proyeccion que puede conectarse al motor de accionamiento, de forma que la rotacion del arbol de
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transmision cause la rotacion del tapon y, por lo tanto, la rotacion del mandril. Es una caracterfstica preferida de la invencion que el mandril se haga girar mientras parte o la totalidad de las estructuras internas y/o externas estan dispuestas en su sitio sobre el mandril. Preferentemente, el motor de accionamiento se proporciona con una caja de cambios.
Alternativamente, el arbol de transmision puede no estar presente, y la rotacion del mandril puede realizarse haciendo girar un tapon o ambos tapones (si estan presentes) utilizando el motor de propulsion.
En una forma de realizacion preferida, el mandril es un mandril sacrificatorio, a fin de ayudar a retirar el tubo flexible del mandril. En esta forma de realizacion, el tubo flexible se retira del mandril sacrificando el mandril, y retirandolo de dentro el tubo flexible; cualesquiera tapones y el arbol de transmision pueden retirarse antes de sacrificar el mandril. El mandril puede sacrificarse, por ejemplo, proporcionandole un area debilitada previamente sobre la que puede aplicarse un esfuerzo a fin de provocar el sacrificio del mandril; o proporcionandole una perforacion, a lo largo de la cual el mandril puede desgarrarse; o proporcionandole una estructura de cremallera, por lo que soltando la cremallera a lo largo de la longitud del mandril se provoca el sacrificio del mandril. Los medios precisos utilizados para fabricar el mandril, un mandril sacrificatorio, son convencionales y podrfan utilizarse en vez de los mismos otras tecnicas convencionales no descritas en la presente memoria. Debera apreciarse que el sacrificio del mandril provoca su destruccion, lo que significa que no puede volver a utilizarse. Esto es aun muy economico, dado que el mandril segun la invencion puede realizarse en un material reciclable economico.
Otra tecnica para retirar el mandril, cuando el mandril esta realizado en un material que puede debilitarse mediante contacto con un fluido seleccionado apropiadamente, es humedecer el mandril a fin de debilitarlo con el fluido, retirando despues el mandril debilitado. Una forma de humedecer el mandril es sumergir la totalidad del tubo flexible y la estructura del mandril en un tanque del fluido. Se prefiere que el fluido sea agua, pero tambien pueden utilizarse en lugar de la misma otros fluidos, tales como acido acetico debil o una solucion alcoholica.
En otra forma de realizacion preferida, el mandril se retira desenroscandolo del tubo flexible. Puede lograrse, de forma deseable, aplicando un par de torsion al arbol de transmision, manteniendo mientras el tubo flexible en contrarrotacion. Esta tecnica es particularmente adecuada cuando la estructura interna del tubo flexible incluye un elemento helicoidal, dado que el elemento helicoidal puede crear una ligera indentacion en el mandril, que ayuda a desenroscar el mandril del tubo flexible.
Debe indicarse que la rotacion del mandril es solo probable que sea beneficiosa en casos en los que las convoluciones del fuelle esten dispuestas formando una espiral. Para convoluciones circunferenciales, es improbable que se obtenga algun tipo de beneficio proporcionando rotacion al mandril durante la construccion del tubo flexible o durante la retirada del tubo flexible del mandril.
En una forma de realizacion, el mandril puede recubrirse previamente, antes del montaje del tubo flexible, a fin de ayudar a la retirada del tubo flexible terminada del mandril. El recubrimiento previo puede servir para reducir la friccion entre el mandril y el tubo flexible completado.
Durante la construccion del tubo flexible pueden disponerse secciones cortas del fuelle sobre el mandril, que despues se sueldan entre si. La soldadura de los fuelles (que puede ser, por ejemplo, de 1-2 mm de espesor) puede causar la quemadura del mandril, por lo que, para prevenir esto, es deseable proporcionar al mandril de un protector termico y/o un revestimiento ignffugo en la superficie exterior del mismo.
Segun otro aspecto de la invencion, se proporciona un aparato para fabricar el tubo flexible del tipo descrito anteriormente, siendo el aparato tal como se reivindica en la reivindicacion 15.
El mandril presenta preferentemente la misma construccion que el mandril descrito anteriormente con respecto al procedimiento segun la invencion.
Preferentemente, el arbol de transmision se proyecta hacia el exterior desde los tapones y el mandril en cada extremo del mandril.
En una forma de realizacion preferida, el aparato comprende adicionalmente un motor de accionamiento dispuesto para hacer girar el arbol de transmision.
En la tecnica anterior, la fabricacion de tubos flexibles de fuelle se lleva a cabo exclusivamente utilizando mandriles de acero al carbono o, mas habitualmente, de acero inoxidable, y no se ha contemplado que otros materiales pudieran ser adecuados. Se ha descubierto en el contexto de la presente invencion inesperadamente que otros materiales son adecuados, y que tienen muchas ventajas sobre la tecnica anterior. Asf, en el ano 2005, puede obtenerse un mandril de carton adecuado a un coste de aproximadamente 150 libras esterlinas, en comparacion con por lo menos 25.000 libras esterlinas para un mandril de acero al carbono y por lo menos 75.000 libras esterlinas para un mandril de acero inoxidable. Aunque el mandril segun la invencion no se utilizara
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normalmente mas de una vez, existe aun un ahorro considerable.
Ademas, los mandriles no metalicos segun la invencion pueden retirarse del tubo flexible terminado de una forma mucho mas sencilla que los mandriles de acero de la tecnica anterior.
Los mandriles no metalicos segun la invencion son mucho mas ligeros que los mandriles de acero utilizados en la tecnica anterior. Esto significa que son mas faciles de manipular y de transportar. Esto tambien significa que los mandriles no metalicos no requieren el mismo nivel de soporte que el requerido para mandriles de acero. Esto facilita el proceso de fabricacion del tubo flexible.
Una ventaja particularmente importante del mandril segun la invencion es que es practico fabricarlo mas largo y/o con un diametro mas grande que los mandriles de acero de la tecnica anterior. Asf, como se ha descrito anteriormente, no ha sido posible previamente fabricar un tubo flexible de fuelle o de material compuesto funcional con longitudes superiores a aproximadamente 25 m a 30 m o con diametros superiores a aproximadamente 200 mm a 300 mm. Un tubo flexible funcional es una que puede utilizarse en sus condiciones de funcionamiento normales sin fugas.
Asf, no ha sido posible previamente fabricar tubos flexibles de fuelle funcionales que presenten algun diametro significativo con longitudes superiores a 25 m a 30 m.
Se hace referencia a continuacion a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista en seccion transversal esquematica de un tubo flexible de fuelle segun la invencion;
La figura 2 es una vista de un extremo en seccion transversal de una de las capas corrugadas utilizadas en el tubo flexible de fuelle mostrado en la figura 1;
Las figuras 3A, 3B, 3C y 3D representan cuatro aplicaciones del tubo flexible segun la presente invencion;
La figura 4 es una vista en perspectiva de un aparato para su utilizacion en la fabricacion de un tubo flexible, segun la invencion y
La figura 5 es una vista en seccion transversal del aparato representado en la figura 4.
En la figura 1 el tubo flexible de fuelle segun la invencion se designa en general con el numero de referencia 210.
El tubo flexible 210 comprende una capa corrugada tubular interna 212 y una capa corrugada tubular externa 214, estando constituida cada una de las mismas por una pluralidad de secciones corrugadas 212a y 214a dispuestas extremo a extremo y sujetas de manera conjunta. Cada una de las capas 212 y 214 se proporciona con corrugaciones sinusoidales (o en forma de U o en forma de Q). Se proporciona una capa de aislamiento 216 entre los fuelles 212 y 214. Ademas, se dispone un vacfo en el espacio entre los fuelles 212 y 214, para mejorar adicionalmente el aislamiento. Se proporciona una capa blindada 218 alrededor del fuelle exterior 214, para mejorar el aislamiento adicionalmente. Se proporciona un puerto de bombeo 220 para evacuar aire de entre las capas 212 y 214 a fin de crear un vacfo. El tubo flexible 210 tambien incluye unas piezas de extremo 222 en cada uno de los extremos del tubo flexible de fuelle (en la figura 1 unicamente se representa una pieza de extremo 222).
Las figuras 3A a 3D representan tres aplicaciones del tubo flexible 10. En cada una de las figuras 3A a 3C esta unido un recipiente flotante de produccion, almacenamiento y descarga (FPSO) 102 a un buque de LNG 104 por medio de un tubo flexible 10 segun la invencion. El tubo flexible 10 transporta LNG desde un tanque de almacenamiento del FPSO 102 a un tanque de almacenamiento del buque de LNG 104. En la figura 3A, el tubo flexible 10 se encuentra por encima del nivel del mar 106. En la figura 3B, el tubo flexible 10 esta sumergido por debajo del nivel del mar 106. En la figura 3C, el tubo flexible 10 flota cerca de la superficie del mar. En cada caso el tubo flexible 10 transporta el LNG sin ningun soporte intermedio. En la figura 3D el buque de LNG esta unido a una instalacion de almacenamiento con base en tierra 108 por medio del tubo flexible 10.
El tubo flexible 10 puede utilizarse para muchas otras aplicaciones aparte de las aplicaciones mostradas en las figuras 3A a 3D. El tubo flexible puede utilizarse en condiciones criogenicas y no criogenicas.
Las figuras 4 y 5 representan un aparato 300 segun la invencion. El aparato 300 puede utilizarse en el procedimiento segun la invencion para fabricar el tubo flexible segun la invencion.
El aparato 300 comprende un mandril 302 que presenta una longitud y un diametro que corresponden a la longitud y al diametro deseados del tubo flexible 10 y 200. El diametro externo del mandril 302 corresponde al diametro interno del tubo flexible 10 o 200. La longitud del mandril 302 es tfpicamente 1-2 m superior a la longitud del tubo flexible 10 o 200. El mandril 300 presenta una forma de seccion transversal sustancialmente circular
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aunque pueden ser deseables otras formas en algunas circunstancias.
Un tapon 304 que transmite un par de fuerzas esta asegurado a cada uno de los extremos del mandril 300, y un arbol de transmision 306 se extiende a lo largo de la longitud del mandril entre los tapones 304, y se extiende hacia el exterior siendo los extremos del mandril 302. Un motor de accionamiento 308, que puede ser un motor electrico, se proporciona para transmitir rotacion al arbol de transmision 306. Se apreciara que el arbol de transmision 306 puede transmitir el par de fuerzas a los tapones 304, que a su vez pueden transmitir el par de fuerzas al mandril 302 para hacer girar el mandril 302. Tfpicamente, el mandril girara a una velocidad de 10-60 rpm.
La aplicacion del tubo flexible 210 al mandril 300 provoca fuerzas de flexion grandes que se dirigen contra el mandril, provocadas por el peso del tubo flexible 210 a lo largo de la longitud del mandril 300. Asf, es importante que el mandril 300 presente una rigidez a la flexion suficiente para que pueda formarse la parte de tubo flexible sobre el mandril sin provocar ninguna flexion sustancial del mandril a lo largo del eje longitudinal del mismo. Esto es importante, puesto que si el mandril se dobla, las seccionas corrugadas o convolutas de la parte de tubo flexible no pueden llevarse a un alineamiento apropiado, y no pueden asegurarse apropiadamente; esto provocara que sea mas probable que el tubo flexible sufra una falla durante su utilizacion. Una forma de seleccionar un mandril de rigidez de flexion apropiada es seleccionar un material que tenga una relacion apropiada de modulo de Young (E) con respecto a la densidad (p), tal como se ha descrito anteriormente, pero otras tecnicas pueden ser evidentes para el experto en la materia.
La fabricacion de tubos flexibles utilizando el aparato 300 se describira a continuacion haciendo referencia al tubo flexible de fuelle 210. Inicialmente, el aparato 300 se dispone en su sitio, y el motor de accionamiento 308 se opera para hacer girar el mandril 302 a una velocidad requerida.
Como primera etapa, una de las secciones corrugadas 212a se dispone sobre el mandril 302. Como se ha mencionado anteriormente, el diametro exterior del mandril 302 corresponde al diametro interno deseado del tubo flexible 210. Una segunda seccion corrugada 212a se dispone sobre el mandril y se engarza con la primera seccion 212a. Los extremos de cada seccion 212a presentan una seccion transversal sustancialmente circular, como se representa en la figura 2. El mandril 302 presenta una rigidez a la flexion suficiente como para poder soportar las secciones 212a de tal manera que sustancialmente la totalidad de la periferia circunferencial 212b (ver la figura 2) en los extremos contiguos de las secciones 212a engranan entre si de forma que los extremos puedan asegurarse uno a otro, por ejemplo mediante soldadura. Pueden disponerse unas secciones adicionales 212a sobre el mandril 302 y soldarse al resto de la capa corrugada 212 hasta que se haya alcanzado la longitud deseada.
La capa de aislamiento 216 se envuelve a continuacion alrededor de la capa corrugada interior 212, y las secciones corrugadas exteriores 214a se disponen sobre la capa aislante 216, y pueden asegurarse unas a otras de la misma forma que se hizo para la capa interior 212.
A continuacion, la capa blindada se dispone sobre los fuelles exteriores 212. El aire entre los fuelles 212 y 214 se evacua despues utilizando la via del puerto de bombeo 220. Las piezas de extremo 222 se aplican despues a los extremos del tubo flexible 210.
Cuando las piezas de extremo 222 estan en su sitio, el tubo flexible 210 puede retirarse del mandril 302 mediante cualquier medio deseado. En una forma de realizacion, el mandril 302 puede, sencillamente, destruirse, por ejemplo mediante desgarrado. En otra forma de realizacion, el motor de accionamiento 308 se hace funcionar para hacer girar el mandril 302, para provocar que el mandril 302 se desenrosque del tubo flexible 210.
Despues de retirar el tubo flexible 210 del mandril 302, el mandril 302 puede descartarse. Los tapones 304, el arbol de transmision 306 y el motor de accionamiento 308 pueden conservarse para su utilizacion con otro mandril 302.
Se apreciara que la invencion descrita anteriormente puede modificarse sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

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    REIVINDICACIONES
    1. Tubo flexible (210) que comprende una parte de tubo flexible tubular formada por mandril que se extiende de manera continua entre dos piezas de extremo (222), en el que la parte de tubo flexible tubular comprende:
    una capa corrugada o convoluta tubular interior (212) que comprende una pluralidad de secciones de acero corrugadas o convolutas (212a) sujetas extremo a extremo de una manera paralela axial tal como por soldadura;
    una capa de acero corrugada o convoluta tubular exterior (214) dispuesta alrededor de la capa corrugada o convoluta tubular interior;
    una capa aislante (216) entre las capas corrugadas o convolutas tubulares interior y exterior, en la que esta previsto un vacfo en el espacio entre las capas corrugadas o convolutas tubulares interior y exterior y,
    por lo menos una capa protectora y/o de refuerzo (218) dispuesta alrededor de las capas corrugadas o convolutas, en la que el diametro interno de la parte de tubo flexible es de 400 mm a 600 mm y la longitud de la parte de tubo flexible es de 30 m a 50 m de manera que el tubo flexible pueda funcionar sin fuga a temperaturas de -100°C a -220°C y a presiones de 500 kPa a 2.500 kPa.
  2. 2. Procedimiento de fabricacion de un tubo flexible de acero convoluto de fuelle (210) segun la reivindicacion 1, comprendiendo dicho procedimiento:
    deslizar una primera seccion de fuelle de acero tubular corrugada o convoluta (212a) a lo largo de un mandril no metalico (302) que presenta un diametro exterior de por lo menos 400 mm y una longitud de por lo menos 30 m,
    deslizar una segunda seccion de fuelle de acero tubular corrugada o convoluta (212a) a lo largo del mandril de manera que un extremo de la segunda seccion tubular corrugada o convoluta engrane con un extremo de la primera seccion tubular corrugada o convoluta,
    sujetar los extremos de las secciones tubulares corrugadas o convolutas para formar la capa tubular corrugada o convoluta interior (212),
    disponer la capa de acero tubular corrugada o convoluta exterior (214) alrededor de la capa tubular corrugada o convoluta interior (212);
    proporcionar la capa aislante (216) entre las capas tubulares corrugadas o convolutas interior y exterior (212, 214) y proporcionar un vacfo en el espacio entre las capas tubulares corrugadas o convolutas interior y exterior;
    aplicar por lo menos una capa protectora y/o de refuerzo (218) sobre las secciones tubulares corrugadas o convolutas,
    aplicar una pieza de extremo (222) respectiva a cada extremo de la parte de tubo flexible, y retirar el tubo flexible del mandril.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, en el que el mandril (302) presenta una rigidez a la flexion suficiente para mantenerlo suficientemente recto de manera que por lo menos un extremo de una seccion corrugada o convoluta (212a) de la parte de tubo flexible pueda ponerse en alineacion sustancial alrededor de sustancialmente la circunferencia completa de un extremo adyacente de una seccion corrugada o convoluta antes de sujetar las secciones corrugadas o convolutas de manera conjunta.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 2 o 3, en el que el mandril esta formado por un material a base de papel, un material a base de madera o un material a base de polfmero plastico, o mezclas de los mismos.
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, en el que el mandril es de carton.
  6. 6. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el mandril esta formado por un material que presenta una relacion del modulo de Young (E) con respecto a la densidad (p) en el intervalo de 0,3 a 10 GPa.m3/Mg (es decir, gigapascal x metro3/megagramo).
  7. 7. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el mandril esta formado por un material que presenta una relacion del modulo de Young (E) con respecto a la densidad (p) en el intervalo de 0,8 a 3 GPa.m3/Mg (es decir, gigapascal x metro3/megagramo).
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  8. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 2 o 3, en el que el mandril presenta una relacion del modulo de Young (E) con respecto a GPa.m3/Mg y una densidad en el intervalo de 1,0 a 3,0 Mg/m3.
  9. 9. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 2 sustancialmente cilfndrica.
  10. 10. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, en el que el mandril es hueco, de manera que puede estar dispuesto longitudinalmente dentro del mandril un arbol de transmision (306).
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que se dispone un tapon (304) en por lo menos un extremo del mandril (302), siendo la disposicion tal que el tapon este sujeto fijamente al mandril, produciendo asf la rotacion del tapon la rotacion del mandril.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 11, en el que el arbol de transmision (306) esta sujeto al, o a cada, tapon (304) y presenta un extremo en resalte que puede conectarse a un motor de accionamiento (308), produciendo asf la rotacion del arbol de transmision la rotacion del tapon y por lo tanto la rotacion del mandril.
  13. 13. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, en el que el mandril es un mandril sacrificatorio, con el fin de auxiliar en la retirada del tubo flexible del mandril.
  14. 14. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13, en el que el mandril se reviste previamente, antes de montar el tubo flexible, con el fin de auxiliar en la retirada del tubo flexible completada del mandril.
  15. 15. Aparato (300) para la fabricacion de un tubo flexible de acero convoluto de fuelle (210) del tipo reivindicado en la reivindicacion 1, en el que dicho aparato comprende un mandril no metalico sustancialmente cilfndrico hueco (302) que presenta un diametro exterior de por lo menos 400 mm y una longitud de por lo menos 30 m, alrededor del cual se puede disponer el tubo flexible, un tapon (304) dispuesto en cada extremo del mandril, estando fijados los tapones al mandril, transmitiendose asf un par de torsion aplicado a los tapones al mandril para hacer girar el mandril alrededor del eje longitudinal del mandril, y un arbol de transmision (306) que se extiende longitudinalmente a lo largo del interior del mandril, estando conectado el arbol de transmision a los tapones, transmitiendose asf un par de torsion aplicado al arbol de transmision a los tapones para hacer girar los tapones, sobresaliendo el arbol de transmision exteriormente desde los tapones y el mandril por lo menos en un extremo del mandril.
  16. 16. Aparato segun la reivindicacion 15, en el que el mandril presenta una rigidez a la flexion suficiente para mantenerlo suficientemente recto de manera que por lo menos un extremo de una seccion corrugada o convoluta (212a) de la parte de tubo flexible pueda ponerse en alineacion sustancial alrededor de sustancialmente la circunferencia completa de un extremo adyacente de una seccion corrugada o convoluta antes de sujetar las secciones corrugadas o convolutas de manera conjunta.
  17. 17. Aparato segun la reivindicacion 15 o 16, en el que el mandril esta formado por un material a base de papel, un material a base de madera o un material a base de polfmero plastico, o mezclas de los mismos.
  18. 18. Aparato segun la reivindicacion 17, en el que el mandril es de carton.
  19. 19. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que el mandril esta formado por un material que presenta una relacion del modulo de Young (E) con respecto a la densidad (p) en el intervalo de 0,3 a 10 GPa.m3/Mg (es decir, gigapascal x metro3/megagramo).
  20. 20. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que el mandril esta formado por un material que presenta una relacion del modulo de Young (E) con respecto a la densidad (p) en el intervalo de 0,8 a 3 GPa.m3/Mg (es decir, gigapascal x metro3/megagramo).
  21. 21. Aparato segun la reivindicacion 15 o 16, en el que el mandril esta realizado en un material compuesto que presenta una relacion del modulo de Young (E) con respecto a la densidad (p) en el intervalo de 20 a 22 GPa.m3/Mg y una densidad en el intervalo de 1,0 a 3,0 Mg/m3.
  22. 22. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, en el que el arbol de transmision (306) sobresale exteriormente desde los tapones (304) y el mandril (302) en cada extremo del mandril.
  23. 23. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, que comprende ademas un motor de accionamiento (308) dispuesto para hacer girar el arbol de transmision (306).
    esta realizado en un material compuesto que la densidad (p) en el intervalo de 20 a 22
    a 8, en el que el mandril es de forma
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