JP4363519B2 - 流体輸送用ポリエチレン管の継手構造及び水中敷設方法 - Google Patents

Description

本発明は流体輸送用ポリエチレン管の継手構造及び水中敷設方法に関し、さらに詳しくは、安定したメカニカル継手構造を有する流体輸送用ポリエチレン管の継手構造、及び海洋などの水上で行なう接続作業を効率的にする流体輸送用ポリエチレン管の水中敷設方法に関する。

先に本出願人は、海洋深層水用の取水管として、軽量で取り扱い性に優れるため、敷設作業を著しく効率化するようにした流体輸送用プラスチック管（特に好ましくは、ポリエチレン管）を提案した（特許文献１参照）。

上記で提案した深層水取水用のポリエチレン管は、深層水の需要増大とともに深層水を一度に多量に汲み上げられるように、次第に口径の大きいものが使用され、大口径化している。しかし、大口径のポリエチレン管は、小口径のプラスチック管のようにリールにコンパクトに巻き取って運搬することができないため、短く運搬可能な長さに成形した短管の形態で海上の敷設台船に運び、その敷設台船上において短管の端部同士をバット融着することにより海中に敷設するという手段が採られるようになっている。

しかし、ポリエチレン管が大口径になると、肉厚も形状保持のために厚くなるため、その結果として、バット融着作業するとき融着箇所の冷却固化に非常に時間がかかるという問題が発生する。例えば、口径１６００ｍｍのポリエチレン管の場合には、１日当たり２箇所の接続しかできない。そのため、例えば取水管長３０００ｍを想定すると、敷設台船での作業が数百日にもなるため、敷設台船のチャーター費用が莫大となり、著しいコストアップが避けられなくなる。

このような問題の対策としては、ポリエチレン管の接続作業をバット融着方式からメカニカル継手方式に変えることが考えられる。また、メカニカル継手としては、管端にフランジを取り付けて両管端のフランジ間をボルトで連結する方式が、作業が簡便で時間を要しないため望ましいと考えられる。

しかし、メカニカル継手として通常の鋼構造のものを使用すると、重量負担が大きいため接続作業能率が低下することになる。この重量問題は樹脂構造にすることで解消するが、ポリエチレン管では、補強材としてフィラメント繊維の帯状シートを外周に螺旋状に巻き付けている特殊構造を有する一方、ポリエチレンがポリエチレン以外の樹脂と著しく接着し難い材料であるという特殊性がる。そのためメカニカル継手用のフランジを管体と同じポリエチレンで成形すると、補強用帯状シートの端部をフランジに接着固定することが困難になり、接着固定を可能にすると複雑な構造になることから継手本体が非常に大きくなり、接続構造が不安定になる。このため、フランジをポリエチレン以外の樹脂で成形して帯状シートの端部を接着固定しやすくすると、今度はフランジをポリエチレン管に固定できなくなるという問題が生ずる。
特開２００３−１４１６５号公報

本発明の目的は、安定したメカニカル構造を有する流体輸送用ポリエチレン管の継手構造を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、海洋などの水上で行なう接続作業を効率的にする流体輸送用ポリエチレン管の水中敷設方法を提供することにある。

前者の目的を達成する本発明の流体輸送用ポリエチレン管の継手構造は、ポリエチレン製の管本体に補強用フィラメント繊維からなる帯状シートを螺旋状に巻き付けたポリエチレン管において、その管本体の端部に前記帯状シートと易接着性の樹脂からなるルーズフランジを外挿すると共に、該管本体の端部にポリエチレン製の鍔付き短管をバット融着し、該鍔付き短管により前記ルーズフランジを抜け止めしたことを特徴とするものである。

また、後者の目的を達成する本発明の流体輸送用ポリエチレン管の水中敷設方法は、予め陸上で口径４００ｍｍ以上の多数本のポリエチレン短管を管端同士をバット融着して複数本の長尺管に形成すると共に、これら長尺管の端部にそれぞれ上記構成の継手構造を形成し、次いでこれら長尺管を水上の敷設台船に運搬し、かつ該敷設台船で前記継手構造を介して端部同士を順次接続して水中に敷設することを特徴とするものである。

前者の本発明の流体輸送用ポリエチレン管の継手構造は、ルーズフランジを補強用帯状シートと易接着性の樹脂で構成したので、帯状シートの接着固定に複雑な構造を必要とせずに確実な固定を可能にし、かつポリエチレン管の管本体の端部に同じ材料のポリエチレンからなる鍔付き短管をバット融着して上記ルーズフランジを抜け止めしたため、鍔付き短管は管本体に強固に融着された状態となり、他材料との接着性が低いポリエチレン管に対して、安定した簡易で軽量なメカニカル継手構造にすることができる。

また、後者の本発明の流体輸送用ポリエチレン管の水中敷設方法は、バット融着に時間がかかる口径４００ｍｍ以上の大口径短管について、予め陸上でバット融着して長尺管にすることとメカニカル継手の取り付けを実施しておき、この長尺管を敷設台船に運んで、敷設台船では樹脂製メカニカル継手の重量負担が軽減された接続作業だけを行なえばよいので、敷設台船での接続作業が短時間され、敷設台船の借用期間を短縮することにより大幅なコストダウンが可能になる。

図１は、本発明の実施形態からなる流体輸送用ポリエチレン管の継手構造を管軸の片側だけ示したものである。

図１において、左右一対のポリエチレン管１，１は、双方に設けたメカニカル継手２，２を介して管端同士を突き合わせ、その継手２，２間にパッキン３を挟んでボルト４とナット５で締め付けられて接続されている。ポリエチレン管１は、ポリエチレンからなる管本体１１の外周に帯状シート１２を螺旋状に巻き付け、その外側に鋼線を螺旋状に巻き付けた補強層１３を配置し、最外側にポリエチレンからなる外皮層１４を被覆して構成されている。帯状シート１２は多数本のマルチフィラメント繊維束がシート長手方向に平行に引き揃えられるように配列した構成になっている。

メカニカル継手２は、図２に示すように、ポリエチレン管１の管端から少なくとも補強層１３と外皮層１４の一部を剥脱し、必要により帯状シート１２の一部も除去し、露出状態になった管本体１１の外周に環状のルーズフランジ２１を外挿する。さらに、その管本体１１の端部に、管本体１１と同一口径を有し、かつ同じポリエチレンで成形された鍔付き短管２２をバット融着することにより構成されている。このように構成されたメカニカル継手２により、鍔付き短管２２は管本体１１に強固に融着され、この鍔付き短管２２によりルーズフランジ２１は確実に抜け止めされる。

上記のように鍔付き短管２２をバット融着するときは、いったんルーズフランジ２１を管本体１１と鍔付き短管２２との突き合わせ面よりも管軸方向の奥側に押し込み、その突き合わせ面を露出状態にして行なうとよい。管本体１１と鍔付き短管２２とは同一材料のポリエチレンからなるので、バット融着の接合強度を大きくすることができる。バット融着後は、ルーズフランジ２１を鍔付き短管２２の鍔２２ａに当接するまで戻し、ルーズフランジ２１は管本体１１からは抜け出させない状態になる。

ルーズフランジ２１の素材としては、ポリエチレン以外の樹脂であって、かつエポキシ系接着剤などによる帯状シート１２の接着を可能にする易接着性の樹脂が使用される。このように帯状シート１２をルーズフランジ２１に易接着性にする樹脂としては、例えばナイロン、ポリエステル、ＡＢＳなどを例示することができる。特に補強繊維で強化した繊維強化樹脂を使用するのがよい。

ルーズフランジ２１は管本体１１に支持される被支持部の外周面２１ａがテーパ状に形成されている。このテーパ状の外周面２１ａの上に帯状シート１２の端部が載せられ、エポキシ系接着剤などにより接着されるようにするとよい。このようにテーパ面を利用して帯状シート１２の端部を接着することにより、接着部に対する応力集中を低減するため、強固な接合を可能にする。このように帯状シート１２が接着された外側には、筒状の止水カバー６がルーズフランジ２１と外皮層１４との間に掛け渡され、この接着部をシールするようになっている。

上記継手構造は、ポリエチレン管１，１の双方の鍔付き短管２２，２２の鍔２２ａ，２２ａの間にパッキン３を挟み、ルーズフランジ２１，２１間にボルト４を挿通した後、そのボルト４にナット５を螺合させて締め付けられている。ボルト４の本数は特に限定されないが、ルーズフランジ２１の周方向に等間隔に複数箇所に設けられる。なお、複数本のボルト４の外周側には、必要によりこれら複数本のボルト４を囲むように保護環７を被せるとよい。

上述した本発明の継手構造によれば、ルーズフランジを帯状シートと易接着性の樹脂で構成したため、帯状シートの端部を確実に接着固定し、またポリエチレン管と鍔付き短管とは同じポリエチレン製であるので、鍔付き短管の管本体の端部に対するバット融着を強固にし、ルーズフランジの抜け止めを確実にする。したがって、軽量で構造簡易であって安定したメカニカル継手構造を得ることができる。

本発明において、ポリエチレン管の補強に使用される帯状シートは、多数本のマルチフィラメント繊維束がシート長手方向に平行に引き揃えらて構成されている。このような多数本のマルチフィラメント繊維束の平行な配列のため、必要により横糸を挿入して簾織の構成にしてもよく、或いはフィルムや不織布などの薄いシートを片面に接着剤で貼り付けるか、両面から挟むように接着してもよい。フィラメント繊維は補強効果を有するものであれば特に種類は限定されないが、好ましくは引張り強度に優れる芳香族ポリアミド繊維またはポリ−ｐ−フェニレンベンズビスオキサゾール繊維を使用するとよい。

帯状シートをポリエチレン管の管本体外周に巻き付けるときの管軸方向に対する螺旋角としては、好ましくは３°〜３０°にするとよく、さらに好ましくは５°〜２０°にするとよい。このような螺旋角に設定することによりポリエチレン管の特長である可撓性を低下させずに高い抗張力を付与することができる。また、軸方向に高い張力を発生することにり、パイプ側面に負荷する１点集中荷重に対しても高い耐性を有することができる。

帯状シートの外側には、必要により、図示の実施形態のように鋼線を螺旋状に巻回した補強層を設けるとよい。このような補強層を配置することにより、上記の１点集中荷重に対する耐性を一層向上することができる。この鋼線の管軸方向に対する螺旋角としては、８５°以上９０°未満にすることが好ましい。螺旋角が８５°よりも小さいと、ポリエチレン管の特長である可撓性が低下する。

ポリエチレン管の口径が７１０ｍｍ以上の大口径の場合、管端同士の接続をバット融着で行なうと融着部の冷却固化に長時間を要する。そのため、深層水取水用として数ｋｍに及ぶような長さに接続する作業を海上の敷設台船で行なと、接続作業日数が数百日に及ぶようになる。特に口径１０００ｍｍ以上の大口径ポリエチレン管の場合に顕著である。しかし、以下に説明する本発明の水中敷設方法のように、上記の軽量な樹脂製のメカニカル継手構造を利用して接続作業を実施すれば、重量負担は軽減し、かつ敷設台船における作業日数が大幅に短縮されるため、敷設台船のチャーター料を大幅に低減してコストダウンを図ることができる。

大口径ポリエチレン管は、口径が大きいため連続管としてリールに巻き取ることができない。そのため、例えば５ｍ程度の短管として製造される。本発明の水中敷設方法においては、まず陸上において大口径のポリエチレン短管をバット融着して、１００〜２００ｍの長さの長尺管に形成すると共に、それら長尺管の両端に上述した構成からなるメカニカル継手を取り付ける。

次いで、図３に示すように、上記のように両端部に継手２，２が取り付けられた複数本の長尺管３０，・・・，３０を、陸上近くの海上に浮かべて平行に並べ、長手方向に数箇所の間隔で結束金具３１により長尺管３０，・・・，３０の相互を連結して筏３２を組むようにする。そして、この筏３２を、引船（図示せず）により、海上に係留された敷設台船４０まで運搬する。

図４に示すように、敷設台船４０には、長尺管３０を吊り上げたり、移動させたりするクレーン４１や、長尺管３０を案内移送するガイドコロ４２や走行ホイスト４３などが設けられている。これらの機器を適宜利用し、上記のように敷設台船４０まで運搬した筏３２から長尺管３０を１本づつ取り出し、管端の継手２，２間をボルトで順次連結することにより、例えば３０００ｍの長さに連続化し、これを深層水のある海底にまで延長するように敷設する。

このように大口径ポリエチレン短管のバット融着の作業は予め陸上で実施し、水上運搬に支障のない１００〜２００ｍ程度の中間長さの長尺管３０にすると共に、その管端に継手２を敷設した状態にして、これを敷設台船４０へ運搬する。そして、敷設台船４０ではバット融着に比べて時間を要しないメカニカル継手２の接続作業だけを実施するため、敷設台船４０での接続作業時間を大幅に短縮することができる。

例えば、口径１６００ｍｍ、長さ５ｍのポリエチレン短管を、海上の敷設台船でバット融着により長さ３０００ｍの長さに接続する場合には、約３００日の期間を要するが、本発明の上記方法を採用すると、長尺管の長さを１５０ｍと想定した場合には、敷設台船での接続作業日数を約１０日程度にすることができる。

本発明の流体輸送用ポリエチレン管の水中敷設方法は、口径７１０ｍｍ以上のポリエチレン管を接続する場合に有効であるが、更に好ましくは口径１０００ｍｍ以上のポリエチレン管に対して有効であり、特に好ましくは口径１５００ｍｍ以上のポリエチレン管に対して一層顕著にすることができる。

本発明の実施形態からなる流体輸送用ポリエチレン管の継手構造を管軸の片側だけ示した側面図である。 図１の継手構造の組立説明図である。 本発明の流体輸送用ポリエチレン管の水中敷設方法における長尺管の搬送状況を説明する平面図である。 図３の工程の後に行なう敷設船台上でのメカニカル継手の接続状況を説明する平面図である。

符号の説明

１ ポリエチレン管
２ 継手
３ パッキン
４ ボルト
５ ナット
１１ 管本体
１２ 帯状シート
１３（鋼線の）補強層
１４ 外皮層
２１ ルーズフランジ
２２ 鍔付き短管
３０ 長尺管
３１ 連結金具
３２ 筏
４０ 敷設台船

Claims (6)

1. ポリエチレン製の管本体に補強用フィラメント繊維からなる帯状シートを螺旋状に巻き付けたポリエチレン管において、その管本体の端部に前記帯状シートと易接着性の樹脂からなるルーズフランジを外挿すると共に、該管本体の端部にポリエチレン製の鍔付き短管をバット融着し、該鍔付き短管により前記ルーズフランジを抜け止めした流体輸送用ポリエチレン管の継手構造。
2. 前記ルーズフランジの前記管本体に対する外挿部分の外周側表面をテーパ状に形成し、該外周側表面に前記帯状シートの端部を接着剤により接着した請求項１に記載の流体輸送用ポリエチレン管の継手構造。
3. 前記ルーズフランジが繊維強化樹脂の成形体である請求項１または２に記載の流体輸送用ポリエチレン管の継手構造。
4. 前記補強用フィラメント繊維が、芳香族ポリアミド繊維またはポリ−ｐ−フェニレンベンズビスオキサゾール繊維である請求項２または３に記載の流体輸送用ポリエチレン管の継手構造。
5. 前記ポリエチレン管の口径が７１０ｍｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の流体輸送用ポリエチレン管の継手構造。
6. 予め陸上で口径７１０ｍｍ以上の多数本のポリエチレン短管を管端同士をバット融着して複数本の長尺管に形成すると共に、これら長尺管の端部にそれぞれ請求項１〜５のいずれかに記載の継手構造を形成し、次いでこれら長尺管を水上の敷設台船に運搬し、かつ該敷設台船で前記継手構造を介して端部同士を順次接続して水中に敷設する流体輸送用ポリエチレン管の水中敷設方法。
   

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