專利名稱：用于油田、氣田、勘探、煉油和石化應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及先進(jìn)材料例如復(fù)合物、陶瓷金屬襯里、非晶態(tài)金屬、耐腐蝕材料、耐熱涂層等在油氣勘探、煉油和石化應(yīng)用中的用途。
背景技術(shù)：
已知石油產(chǎn)品即氣體和液體烴產(chǎn)品含有或隨同它們伴有腐蝕性物質(zhì)例如二氧化碳、硫化氫和氯化物等。水性流體例如用于鉆井和完井的那些可產(chǎn)生(contribute)鹽類、 胺類、酸類或其它污染物，從而致使所述流體呈腐蝕性。具有高有機(jī)酸含量的原油(crude) 例如含環(huán)烷酸的那些對用于采出、輸送和加工該油的設(shè)備呈腐蝕性。氣體例如氯化氫、二氧化碳和硫化氫在金屬表面對其變得暴露的水性條件存在下產(chǎn)生高度酸性環(huán)境。此外，天然氣和合成氣通過吸收酸性氣體如二氧化碳和硫化氫的處理進(jìn)行調(diào)整。吸收劑和酸性組分的降解以及副產(chǎn)物的產(chǎn)生導(dǎo)致金屬表面的侵蝕。除侵蝕問題外，在石油產(chǎn)品的處理中還存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)以及附帶的防火和耐火問題。配管系統(tǒng)任意部分中的密封度的損失可以導(dǎo)致高溫、高熱通量、高速度的火焰(經(jīng)常稱作“噴射火”)。當(dāng)存在噴射火時(shí)，取決于火的性質(zhì)，可以隨高溫一起產(chǎn)生極高的熱通量密度。 對于涉及固體燃料燃燒的火(在大多數(shù)烴加工操作中不大可能)，火的溫度不斷升高并且可在60分鐘后達(dá)到900°C，在120分鐘后達(dá)到約1050°C，和在240分鐘后高達(dá)1150°C。熱通量密度可達(dá)到高至100kW/m2。與烴類池火相比，溫度上升會更快并且可在20分鐘后達(dá)到 1150°C的溫度且具有225kW/m2的熱通量密度。對于當(dāng)天然氣和不同凝析物在高壓下燃燒時(shí)的噴射火，溫度可在幾秒內(nèi)升至1300-1400°C，熱通量密度上升達(dá)到500kW/m2。在油氣工業(yè)中使用各種控制腐蝕的方法，所述方法包括設(shè)備的定期監(jiān)控和有計(jì)劃更換，腐蝕抑制劑，以及設(shè)備材料升級。操作者選擇適當(dāng)?shù)姆椒ɑ蚍椒ńM合，這取決于腐蝕的性質(zhì)、復(fù)雜性和可預(yù)見性，設(shè)備失效的可能性和后果，以及監(jiān)控和抑制侵蝕的能力。每種方法具有風(fēng)險(xiǎn)和缺陷。通常不可能以高度確定性監(jiān)控和規(guī)劃設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性更換方案。抑制劑的使用可具有不期望的副作用，例如使腐蝕移動至工藝的其它部分或這可能引起一些環(huán)境顧慮。當(dāng)不確知侵蝕原因、或腐蝕原因眾多、或腐蝕隨工藝改變而變化時(shí)，耐受性材料的選擇是困難的并且?guī)缀蹩偸欠浅０嘿F的。昂貴的鋼和合金，例如不銹鋼、鎳基高合金等材料，已用于油氣工業(yè)中。已知熱循環(huán)或熱劇增(thermal excursion)在高溫油氣應(yīng)用中影響包含金屬的結(jié)構(gòu)部件。耐腐蝕含氟聚合物塑料例如Teflon 可用作金屬配管系統(tǒng)中的內(nèi)襯。然而，加內(nèi)襯的金屬管道系統(tǒng)會由于內(nèi)襯和金屬管道的物理性能(例如由熱循環(huán)引起的粘彈性能)的差異而失效。在寬的溫度范圍內(nèi)Teflon 含氟聚合物塑料具有是碳鋼10倍的熱膨脹系數(shù)，但是在70° F下其為75倍。與具有190，000MPa-210, OOOMPa的彈性模量的碳鋼相比，TefIon 含氟聚合物塑料具有58-80MPa的彈性模量。因?yàn)閺?fù)合非金屬材料提供改善的耐腐蝕性和降低的維護(hù)要求，所以使用它們作為昂貴的鋼和合金的替代品。然而，當(dāng)通過來自附近火焰的熱傳遞將包含非金屬復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)部件加熱到它們的引燃溫度或支承體燃燒溫度時(shí)，所述材料發(fā)生引燃和/或支承體發(fā)生燃燒，失去結(jié)構(gòu)完整性，并且在燃燒時(shí)放出大量的煙。此外，非金屬材料必須不僅耐受油氣應(yīng)用中遇到的溫度和壓力，而且它們還幾乎必須經(jīng)受住溶劑、脆化和工藝料流中所含烴和污染物的其它潛在劣化性能。仍存在對用于處理石油產(chǎn)品的具有耐腐蝕性和耐火性能的改進(jìn)結(jié)構(gòu)部件的需要。 本發(fā)明涉及用于油氣應(yīng)用的具有復(fù)合物、耐腐蝕材料和熱保護(hù)涂層的組合性能的結(jié)構(gòu)部件，例如配管系統(tǒng)。發(fā)明概述在一方面，提供了用于容納(contain)腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件。該結(jié)構(gòu)部件包含含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有非晶態(tài)金屬；熱傳導(dǎo)率小于0. 4W/VC的耐火層；其中該結(jié)構(gòu)部件具有大于5分鐘的燒穿時(shí)間。 在一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬合金是塊體凝固(bulk solidifying)非晶態(tài)合金。在另一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬選自非晶態(tài)金屬氧化物、非晶態(tài)金屬碳化物、非晶態(tài)金屬碳化物-氮化物、非晶態(tài)氮化硅和它們的組合。在又一個實(shí)施方案中，所述結(jié)構(gòu)部件滿足根據(jù) IMO A 18/Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。在一方面，提供了用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件。該結(jié)構(gòu)部件包含含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有陶瓷材料；熱傳導(dǎo)率小于0.4W/VC的耐火層；其中該結(jié)構(gòu)部件具有大于5分鐘的燒穿時(shí)間。在一個實(shí)施方案中，所述復(fù)合物層具有小于9，000，OOOpsi的撓曲模量。在另一個實(shí)施方案中，所述結(jié)構(gòu)部件具有大于15分鐘的燒穿時(shí)間。在一方面，提供了給結(jié)構(gòu)部件提供耐腐蝕和耐火保護(hù)的方法。所述結(jié)構(gòu)部件用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品，包含具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的結(jié)構(gòu)層。所述方法包括向第一表面施加選自陶瓷、非晶態(tài)金屬和它們的組合的材料，從而形成與腐蝕性石油產(chǎn)品接觸的耐腐蝕層；以及向第二表面施加足夠量的熱傳導(dǎo)率小于0. 4w/m. °C的耐火材料用以獲得具有足夠厚度的耐火涂層從而使結(jié)構(gòu)部件滿足根據(jù)IMO A 18/Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。在另一個實(shí)施方案中，在1996年的噴射火試驗(yàn)程序OTI 95634 中所述結(jié)構(gòu)部件具有的保護(hù)比沒有耐火層涂層的結(jié)構(gòu)部件所獲得的保護(hù)長30%。在一方面，提供了用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的管道系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含至少兩個管節(jié)，其中每個管節(jié)包含含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層， 該耐腐蝕層含有熱塑性材料；和熱傳導(dǎo)率小于0. 4W/m°C的耐火層，其中至少兩個管節(jié)熔化接合在一起形成管道系統(tǒng)。在一個實(shí)施方案中，管道系統(tǒng)的特征在于滿足根據(jù)IMO A 18/ Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。在第二方面，提供了用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的管道系統(tǒng)，其中所述管道系統(tǒng)具有至少兩個熔化接合在一起的不同管節(jié)，其中每個管節(jié)包含熱傳導(dǎo)率小于0. 24BTU-ft/hr-ft2-° F的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有熱塑性材料； 和熱傳導(dǎo)率小于0. 4W/m°C的耐火層。在一方面，本發(fā)明涉及將用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的管道系統(tǒng)中的管節(jié)進(jìn)行接合的方法，該方法包括將兩個不同管節(jié)定位成彼此接鄰，其中每個管節(jié)包含含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層和用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層、以及耐火層；施加能量以將所述第一和第二管節(jié)的耐腐蝕層接合在一起從而形成接合部；圍繞所述第一和第二管節(jié)的接合部施加外部包裹物；以及通過化學(xué)固化和熱處理中的至少一種將該外部包裹物結(jié)合到所述接合部和所述復(fù)合物結(jié)構(gòu)層。在另一方面，本發(fā)明涉及將用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的管道系統(tǒng)中的管節(jié)進(jìn)行接合的又一種方法。所述方法包括在兩個不同管節(jié)的腐蝕層邊緣處施加能量從而一起形成接合部；圍繞該接合部施加外部包裹物；通過化學(xué)固化和熱處理中的至少一種將該外部包裹物結(jié)合到所述接合部和所述復(fù)合結(jié)構(gòu)層；以及將足夠量的耐火材料施加到所述外部包裹物和管道結(jié)構(gòu)層上以使管道系統(tǒng)滿足根據(jù)IMO A 18/Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。附圖簡要描述

圖1是包含復(fù)合物層和外部膨脹型涂層的結(jié)構(gòu)部件的實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2是具有多個層即復(fù)合物層、中間陶瓷層和膨脹型涂層的結(jié)構(gòu)部件的第二實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是具有多個層即內(nèi)部陶瓷層和/或非晶態(tài)金屬層、中間復(fù)合物層和外部膨脹型涂層的結(jié)構(gòu)部件的第三實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。圖4是具有多個層即復(fù)合物層、中間金屬層和外部膨脹型涂層的結(jié)構(gòu)部件的第四實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D。圖5是結(jié)構(gòu)部件的實(shí)施方案的側(cè)正視圖，其中在施加膨脹型層(intumescent layer)之前使用增強(qiáng)網(wǎng)狀層(mesh layer)。圖6是具有多個層的結(jié)構(gòu)部件的第五實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D，所述多個層包括陶瓷層和/或非晶態(tài)金屬層、復(fù)合物層、金屬層和膨脹型層(施加到未顯示的增強(qiáng)網(wǎng)狀層上)。圖7是具有多個層的結(jié)構(gòu)部件的第六實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D，所述多個層包括耐腐蝕熱塑性內(nèi)襯、復(fù)合物層和耐火絕緣層。圖8是結(jié)構(gòu)部件的第七實(shí)施方案的橫截面?zhèn)纫晥D，其中膨脹型層作為另外的耐火涂層施涂到圖7的結(jié)構(gòu)部件上。圖9是管段的兩個節(jié)段之間的接合部的實(shí)施方案的側(cè)剖平面視圖，其中不同段的耐腐蝕層是熔化接合。圖10是圖9的接合部的外部的示意性橫截面，其中外部纖維包裹物將兩個管節(jié)的復(fù)合物層接合。圖11是繪制出管道內(nèi)部溫度變化作為外徑上強(qiáng)制溫度的時(shí)間的函數(shù)的坐標(biāo)圖。圖12是顯示另一個管道在暴露于外徑上強(qiáng)制溫度后的溫度變化作為半徑(從ID 到0D)函數(shù)的的坐標(biāo)圖。圖13是顯示圖12的管道的內(nèi)部溫度變化作為時(shí)間函數(shù)的坐標(biāo)圖。
詳述以下術(shù)語將用于通篇本說明書中并且除非另外指明外將具有以下含義。如本文所使用的，術(shù)語“石油產(chǎn)品”是指天然氣；天然和合成的液體烴產(chǎn)品(包括但不限于生物降解油，原油，包括汽油、其它燃料和溶劑的煉油產(chǎn)物)；以及半固體/固體烴產(chǎn)物(包括但不限于焦油砂、浙青等)。如本文所使用的，術(shù)語“結(jié)構(gòu)部件”是指管線、管材、容器、反應(yīng)器、處理設(shè)備(包括但不限于用于油氣和石化工業(yè)的蒸餾塔、換熱器等)。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件用于容納石油產(chǎn)品。如本文所使用的，術(shù)語“結(jié)構(gòu)層”是指為結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生或提供結(jié)構(gòu)支承的層。如本文所使用的，術(shù)語“耐腐蝕層”是指與石油產(chǎn)品接觸的結(jié)構(gòu)部件層。腐蝕層用來降低和/或減輕通過內(nèi)部容納的石油產(chǎn)品所致的全面腐蝕和侵蝕腐蝕。如本文所使用的，術(shù)語“耐火層”或“抗火層”是指在發(fā)生火災(zāi)時(shí)保護(hù)結(jié)構(gòu)部件達(dá)規(guī)定時(shí)間段的層。如本文所使用的，術(shù)語“容納”(或者容納(動詞)，或者容納(名詞))是指用于其中使用石油產(chǎn)品或與石油產(chǎn)品接觸的環(huán)境，其包括石油產(chǎn)品的輸送、加工、處理、儲存、運(yùn)送和容留，而無論是基于連續(xù)基礎(chǔ)、附帶基礎(chǔ)或間歇基礎(chǔ)。如本文所使用的，“厚度”是指橫跨(across)基材表面的材料層的平均厚度，所述材料層施加在所述基材表面上。如本文所使用的，術(shù)語“陶瓷”是指包含陶瓷材料，或具有陶瓷材料的性能的材料， 例如具有同時(shí)類似于陶瓷和金屬的性能的鋁化物。如本文所使用的，“復(fù)合”材料是指由兩種或更多種具有不同物理或化學(xué)性能的組成材料制得的工程材料，并且其在成品結(jié)構(gòu)內(nèi)于宏觀層面上保持分離和相異。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層包含在基質(zhì)中的纖維材料，例如纖維增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料，或在金屬基質(zhì)中具有增強(qiáng)纖維的金屬基質(zhì)復(fù)合物，或在玻璃陶瓷復(fù)合物中的玻璃纖維材料，等等。如本文所使用的，術(shù)語“非晶態(tài)金屬”是指具有無序原子尺度結(jié)構(gòu)的金屬材料。對于在超過Imm的厚層中具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)金屬，該術(shù)語可有時(shí)與“金屬玻璃”或“玻璃狀金屬”或“塊體金屬玻璃”互換使用。如本文所使用的，術(shù)語“膨脹型”或“膨脹劑(intumescents) ”是指材料在暴露于升高的溫度時(shí)經(jīng)歷熱降解，這生成熱穩(wěn)定的、發(fā)泡的多孔室(multi-cellular)殘余物(稱作“膨脹炭”)。如本文所使用的，“熔化焊接”或“熔化結(jié)合”或“熔化接合”是指用于將結(jié)構(gòu)部件的不同節(jié)段例如管節(jié)接合在一起而不需要機(jī)械地將它們接合在一起(如在現(xiàn)有技術(shù)中)例如將帶凸緣的節(jié)段栓固的方法。如此處所使用的，術(shù)語“腐蝕性石油產(chǎn)品”是指在油氣工業(yè)中于腐蝕性或材料劣化環(huán)境下應(yīng)用，或腐蝕性材料的容納，包括但不限于含有硫、亞硫酸(sulfurous)、硫化氫、 硫酸(sulfuric)、氟化氫或氯化氫或有機(jī)酸(例如乙酸、甲酸和高分子量有機(jī)酸)、二氧化碳蒸氣和冷凝物、碳酸鹽和碳酸氫鹽、氨、胺、咪唑(imidiazole)與它們的鹽和衍生物、以及氯化物和氟化物鹽和酸；油氣環(huán)境中的高度酸性至高度堿性溶液；在油氣環(huán)境中含有這些物質(zhì)的在酸性和堿范圍內(nèi)且為各種形式例如(酸性水)的水；包括低和高API比重的原油的烴；經(jīng)處理或煉制的油例如石腦油、瓦斯油、渣油和運(yùn)輸燃料(例如汽油、柴油、噴氣燃料)。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件的特征在于具有多層結(jié)構(gòu)，其中最內(nèi)層包含提供腐蝕、磨損和/或侵蝕保護(hù)的材料，最外層包含耐火層，例如膨脹型材料，其能夠經(jīng)受住烴火焰達(dá)限定時(shí)間量。耐腐蝕層包含至少一種選自熱塑性材料、陶瓷材料、金屬陶瓷、非晶態(tài)金屬和塊體金屬玻璃/金屬復(fù)合物的材料。結(jié)構(gòu)層包含復(fù)合材料。耐火層包含膨脹型涂層、 絕緣層或它們的組合中的至少一種。結(jié)構(gòu)層在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)層包含復(fù)合材料。復(fù)合物層用作包括耐火層和/ 或耐腐蝕層在內(nèi)的其它附加層的基材或支承層。復(fù)合物層的厚度隨著許多因素而變化，所述因素包括但不限于a)應(yīng)用類型，例如工藝/輸送管道、容器、換熱器系統(tǒng)、容器中的內(nèi)構(gòu)件例如蒸餾塔板，等等；b)結(jié)構(gòu)部件的尺寸，12”或48”標(biāo)稱直徑管道，直徑為8ft.的容器，等等；c)操作環(huán)境，例如內(nèi)部爆破壓力，等等；和d)在結(jié)構(gòu)部件上的位置，例如接合部可能比壁更厚。例如，對于25cm標(biāo)稱直徑管道，復(fù)合物層可以具有7mm的厚度，相比而言對于具有48”直徑的管道，復(fù)合物層可以具有3-5”的厚度。復(fù)合物層可由一層(ply)或多層形成，其中每個層具有一種或多種置于基質(zhì)內(nèi)的纖維，例如聚合物、樹脂、陶瓷材料或熱塑性材料。復(fù)合物層可由一個或多個復(fù)合材料層形成，其中所述層可以是相同或不同的復(fù)合材料。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層的基質(zhì)材料是選自酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂的樹脂材料。在另一個實(shí)施方案中，基質(zhì)材料是具有優(yōu)異耐火特性的特種化學(xué)品，選自氰酸酯、酚醛樹脂(phenolic)/聚酯共混物、硅樹脂(silicone)和苯二甲腈(phthalonitrile)。在第三實(shí)施方案中，樹脂基質(zhì)是選自硅氧烷改性的酚醛樹脂、呋喃樹脂和它們的混合物的材料。在第四實(shí)施方案中，樹脂材料是乙烯基酯。在一個實(shí)施方案中，可將炭黑加入到樹脂材料中以使復(fù)合物層具有108ohmS/Cm 的電阻率。炭黑添加劑有助于提供靜態(tài)放電，該靜態(tài)放電可有利地防止容納在結(jié)構(gòu)部件內(nèi)的易燃石油產(chǎn)品的引燃。在另一個實(shí)施方案中，可使用阻燃添加劑，例如三水合氧化鋁 (“ΑΤΗ”)，商業(yè)非溴化阻燃添加劑如Avtec的TSWB來改善復(fù)合物層的阻燃性能。可對一個或多個復(fù)合物層中的纖維材料和取向進(jìn)行選擇以給結(jié)構(gòu)部件提供所需的機(jī)械特性。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)復(fù)合物層包含基于該復(fù)合物總重量計(jì)約55-85wt. % 的增強(qiáng)纖維。適合用作結(jié)構(gòu)部件的增強(qiáng)纖維的材料包括但不限于玻璃、碳、陶瓷材料、聚合物材料、金屬和金屬合金。實(shí)例包括但不限于碳、玻璃、聚酰胺、聚酯、鈹、碳化鈹、氧化鈹、 鋼、石英、鉭、鈦、氧化鋁、硅酸鋁(aluminum silica)、鋁、鎢、碳化鎢等。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料是在金屬基質(zhì)中的金屬纖維增強(qiáng)復(fù)合物，所述纖維由奧氏體或沉淀硬化的不銹鋼或鎳基合金構(gòu)成。同樣，可使用金屬合金，所述金屬合金具有比復(fù)合材料強(qiáng)度更大的強(qiáng)度并且在高達(dá)600°C的溫度下不會被熱機(jī)械處理永久性損傷。纖維可以例如是Ti、TiAl JeAl、NiAl或Co絲線。這種金屬纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料包含以夾層 (sandwich)結(jié)構(gòu)交替設(shè)置的金屬層(作為基質(zhì))和增強(qiáng)金屬層。金屬纖維以松散結(jié)構(gòu)形式置于金屬層之間，夾層結(jié)構(gòu)通過熱機(jī)械方法進(jìn)行結(jié)合。在一個實(shí)施方案中，增強(qiáng)纖維包含結(jié)構(gòu)纖維和/或柔性紗。結(jié)構(gòu)纖維可以由碳、尼龍、聚酯、芳綸(aramid)，熱塑性材料、玻璃、凱芙拉(Kevlar)纖維或其它合適的纖維材料形成。在一個實(shí)施方案中，增強(qiáng)纖維包含由尼龍、聚酯、芳綸、熱塑性材料、玻璃或其它合適的纖維材料形成的柔性紗(編織纖維)。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料是細(xì)絲纏繞 (filament wound)玻璃增強(qiáng)的乙烯基酯。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料包含作為增強(qiáng)纖維的陶瓷材料。在一個實(shí)施方案中， 陶瓷纖維包含選自非晶態(tài)硼、碳化硼、氮化硼、無定形碳、類金剛石碳(DLC)、金屬硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、難熔金屬、硅化物、碳化硅、硫化物、鎢和碳化鎢、以及它們的混合物的材料。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料包含在鈦合金基質(zhì)中的硅、硼和碳化硅纖維。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料是商購陶瓷纖維例如Nicalon 和/或Nextel 纖維在陶瓷基質(zhì)中的連續(xù)纖維陶瓷復(fù)合物(CFCC)。在另一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料包含在玻璃-陶瓷基質(zhì)中的陶瓷纖維，例如鋰鋁硅酸鹽復(fù)合物。在又一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料包含在環(huán)氧基質(zhì)中的陶瓷纖維，例如在環(huán)氧樹脂中的高模量多晶氧化鋁陶瓷纖維的細(xì)絲。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層中的增強(qiáng)纖維可以織造、編織(braided)、針織(knitted)、縫合(stitched)、周向纏繞(circumferentialIy wound)或螺旋纏繞 (helically wound) 0在一個實(shí)施方案中，纖維可以雙軸或三軸編織。復(fù)合物層可以通過拉擠方法、編織方法或連續(xù)細(xì)絲纏繞方法形成。在又一個實(shí)施方案中，可通過以下方法中的任意一種將纖維納入基質(zhì)中形成復(fù)合物樹脂浸漬、拉擠、細(xì)絲纏繞和樹脂輸送模制。在其中復(fù)合物層包含熱固化基質(zhì)的一個實(shí)施方案中，所述基質(zhì)具有至少 180° F(82°C)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在其中使用熱塑性基質(zhì)的情形中，所述基質(zhì)具有至少 250° F(121°C )的熔化溫度。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料還包含至少一種使該復(fù)合物具有有效阻燃程度的阻燃添加劑。在一個實(shí)施方案中，當(dāng)將復(fù)合物暴露于約50kW/m2的輻射熱源時(shí)，該復(fù)合材料具有大于150秒的ASTM E-1345易燃性。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合材料具有50_90MPa的層間剪切強(qiáng)度，和在一個實(shí)施方案中具有750-1500MPa的撓曲強(qiáng)度，以及在另一個實(shí)施方案中具有800-1300MPa 的撓曲強(qiáng)度。在一個實(shí)施方案中，對于其中部件可遭受高的內(nèi)壓的應(yīng)用，復(fù)合物層具有超過100，OOOpsi (689MPa)的軸向彈性模量。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層具有至少100，OOOpsi (689MPa)的拉伸模量。在另一個實(shí)施方案中，所述層具有至少 250, OOOpsi (1724MPa)的拉伸模量。在結(jié)構(gòu)部件包含+/-55程度(degree)細(xì)絲纏繞玻璃增強(qiáng)乙烯基酯的一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層的特征在于具有約1. 14女10"6psi的軸向撓曲模量和拉伸模量，1.89 * 10"6psi的環(huán)箍(hoop)撓曲模量和拉伸模量，1. 16 * 10"6psi的剪切模量，和19.94 ^ 10"-6in/in/° F的軸向線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)。層合結(jié)合部的特征在于具有約1. 5 女10"6psi的軸向撓曲模量和拉伸模量，1.5女10"6psi的環(huán)箍撓曲模量和拉伸模量，以及12 * 10~-6in/in/° F的CLTE。在沒有任何玻璃增強(qiáng)的情況下乙烯基酯樹脂相比而言 (comparable)的撓曲模量和拉伸模量為5.1 * 10"5psi。耐腐蝕層結(jié)構(gòu)部件包含至少一個與容納在其內(nèi)的石油產(chǎn)品接觸的耐腐蝕層。耐腐蝕層包含熱塑性材料、非晶態(tài)金屬、陶瓷材料或它們的組合中的至少一種。在一個實(shí)施方案中，耐腐蝕層直接位于結(jié)構(gòu)復(fù)合物層上。
在一個實(shí)施方案中，在耐腐蝕層和結(jié)構(gòu)復(fù)合物層之間提供多個通氣孔，從而有助于釋放可能受困在層間的任何壓力。在另一個實(shí)施方案中，在結(jié)構(gòu)層中提供多個通氣孔用以釋放積累壓力。取決于所使用的材料，耐腐蝕層厚度發(fā)生變化。當(dāng)熱塑性材料用作耐腐蝕層時(shí)，該層在一個實(shí)施方案中具有0. 5-25mm的厚度；在第二實(shí)施方案中具有l(wèi)_15mm的厚度；和在第三實(shí)施方案中具有2-10mm的厚度。在一個實(shí)施方案中，當(dāng)陶瓷材料用作耐腐蝕層時(shí)，該層在一個實(shí)施方案中具有0. Ol-IOmm的厚度；在第二實(shí)施方案中具有0. 015_5mm的厚度； 在第三實(shí)施方案中具有0. 75-3mm的厚度；和在第四實(shí)施方案中具有0. l_2mm的厚度。當(dāng)使用非晶態(tài)金屬時(shí)，耐腐蝕層在一個實(shí)施方案中具有0. 010-5mm的厚度；在第二實(shí)施方案中具有0. 015-3mm的厚度；在第三實(shí)施方案中具有0. 75_2mm的厚度；和在第四實(shí)施方案中具有0. 5-lmm的厚度。熱塑件內(nèi)襯作為耐腐飩層在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件包含至少一個熱塑件內(nèi)襯(層)作為與石油產(chǎn)品接觸的內(nèi)涂層，用以保護(hù)不受容納在其中的石油產(chǎn)品的腐蝕/侵蝕。在一個實(shí)施方案中，將熱塑性內(nèi)襯直接結(jié)合在復(fù)合物層上。熱塑性內(nèi)襯可由任何合適的熱塑性材料形成，所述熱塑性材料包括但不限于例如聚氯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、 聚偏氟乙烯(Kynar )、乙烯-氯三氟-乙烯(Halar )、聚四氟乙烯(Teflon )、聚苯硫醚 (PPS或Ryton )、全氟烷氧基氟碳、離聚物和三元離聚物(Surlyn )組合物，和熱塑性彈性橡膠。在一個實(shí)施方案中，熱塑性內(nèi)襯可包括玻璃墊襯背。在另一個實(shí)施方案中，可對其進(jìn)行化學(xué)處理或蝕刻以改善對結(jié)構(gòu)層的附著。在一個實(shí)施方案中，熱塑性材料是聚四氟乙烯。 在另一個實(shí)施方案中，該材料是聚苯硫醚。在一個實(shí)施方案中，耐腐蝕層包含多個熱塑性內(nèi)襯，所述內(nèi)襯由相同或不同的材料構(gòu)成。在一個實(shí)施方案中，可以在施加外部結(jié)構(gòu)復(fù)合物層之前將粘合劑施涂到多個耐腐蝕層和/或可以將粘合劑在其施涂到耐腐蝕內(nèi)襯之后施涂到結(jié)構(gòu)復(fù)合物層。在另一個實(shí)施方案中，可以加熱耐腐蝕層的外表面以增強(qiáng)附著力和/或?qū)⑺鰧忧度虢Y(jié)構(gòu)復(fù)合物層中。在耐腐蝕層包含PPS的一個實(shí)施方案中，內(nèi)襯的特征在于具有500，OOOpsi的拉伸模量，575，OOOpsi的撓曲模量，以及在低于185° F的溫度下沘* l(T-6in/in/° F的CTLE 和在高于185° F的溫度下64女10"-6in/in/° F的CTLE。對于包含全氟烷氧基氟碳的對比耐腐蝕層，拉伸模量為39，000-51，OOOpsi ；撓曲模量為90，000-97，OOOpsi，和CTLE為約 77.8 * 10"-6in/in/° F。陶瓷層作為耐腐蝕層在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件包含至少一個陶瓷層作為耐腐蝕層。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層是與容納在其中的腐蝕性材料接觸的腐蝕層。在另一個實(shí)施方案中，陶瓷層位于復(fù)合物層和直接與腐蝕性材料接觸的金屬箔層之間。在腐蝕性以及侵蝕應(yīng)用的一個實(shí)施方案中，例如在流化催化裂化單元(FCCU)中， 使用陶瓷層作為與石油產(chǎn)品接觸的涂層。在FCUU工作條件下，結(jié)構(gòu)部件暴露于侵蝕性的石油流體以及硬固體顆粒例如催化劑顆粒。在其中將結(jié)構(gòu)部件用于侵蝕性油氣勘探應(yīng)用和其中將結(jié)構(gòu)部件暴露于磨蝕性材料例如砂子的一個實(shí)施方案中，使用陶瓷層作為與烴產(chǎn)品接觸的腐蝕涂層。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層包含至少一種金屬氧化物例如二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、五氧化二鉭(Tii2O5)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鉿(HFO2)、氧化鈰(CeO2)，相穩(wěn)定的氧化鋯例如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鎂穩(wěn)定的氧化鋯、由任意稀土氧化物穩(wěn)定的氧化鋯，或類似氧化物，或它們的組合例如與氧化鋯共混的釔氧化物。在一個實(shí)施方案中，首先施加陶瓷層作為金屬層，即Ti、&、Ta、Al、Hf、Ce等， 以最終被氧化。在又一個實(shí)施方案中，陶瓷層包含金屬碳化物例如碳化硅、碳化鋁、碳化硼和碳化鋯；金屬氮化物例如氮化硅、氮化硼和氮化鋁；金屬硅酸鹽例如硅酸鋁、堇青石、鋯石和滑石；以及金屬硼化物例如四硼化硅、硼化鎢和硼化鋯中的至少一種。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層包含陶瓷金屬材料，即具有陶瓷相和金屬粘合劑相的陶瓷-金屬復(fù)合物。陶瓷金屬通常比本領(lǐng)域中已知的耐高溫材料更加耐侵蝕。在一個實(shí)施方案中，陶瓷相是碳化物、硼化物、碳氮化物、氧化物、氮化物陶瓷或這些陶瓷的混合物。在一個實(shí)施方案中，金屬相是選自鈷、鎳、鐵、鉬、鈦、鋯、鋁和它們的混合物的金屬。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層包含氮化鉻，或納米結(jié)晶金屬碳化物/非晶態(tài)烴復(fù)合物(MC/aC:H)。在另一個實(shí)施方案中，陶瓷層包含TiC/非晶態(tài)烴納米復(fù)合物。在又一個實(shí)施方案中，陶瓷層包含碳化鉻或氧化鉻-鎳鉻涂料。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層包括約30-95vol. %陶瓷相，和金屬粘合劑相。在一個實(shí)施方案中，金屬粘合劑相包含至少30wt. %的選自Fe、Ni、C0、Mn和它們的混合物的金屬， 以及至少一種選自Cr、Al、Si和Y的元素。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層包含鋁化鎳、鋁化鐵、鋁化鉭、鋁化鈦例如Y鋁化鈦或它們的混合物中的至少一種。在又一個實(shí)施方案中，所述層包含具有優(yōu)異的抗氧化和硫化性的鋁化鐵-陶瓷復(fù)合物。在另一個實(shí)施方案中，所述層是表面處硅濃度為約I-IOwt. % 的硅改性的擴(kuò)散鋁化物層。在另一個實(shí)施方案中，所述層包含硅改性的鋁化物或釔改性的鋁化物，其作為10-100 μ m厚的薄涂層進(jìn)行施加。在又一個實(shí)施方案中，陶瓷層是在高達(dá) 900°C的溫度下具有優(yōu)異耐熱腐蝕性的鉬改性的鋁化物涂層。在一個實(shí)施方案中，陶瓷材料還包括作為顆?；蚶w維或這二者的耐高溫填料。在一個實(shí)施方案中，填料包含任意的玻璃、石墨或陶瓷纖維和顆粒。在另一個實(shí)施方案中，陶瓷層是包含10-25wt. %硅酸鈉、15-30wt. %水，12_25wt. %粘土和15_35wt. %云母的耐火材料。在一個實(shí)施方案中，除陶瓷涂層外，還使用另外金屬箔來提供具有二(duplex)或雙(dual)組成部分涂層的復(fù)合物層從而進(jìn)一步給結(jié)構(gòu)部件提供抗磨損性和耐腐蝕性。在一個實(shí)施方案中，另外涂層是金屬或金屬合金的薄(例如小于約3 μ m)層，例如Ni或Ni 合金層，其施加在陶瓷涂層例如氮化鉻或MC/aC:H層的頂部。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層通過本領(lǐng)域已知的方法，例如離子注入如等離子體滲氮、等離子體浸沒離子注入或典型 (classical)離子注入等進(jìn)行表面處理以為其提供另外涂層。在一個實(shí)施方案中，將陶瓷層作為涂層直接施加到復(fù)合物層上。在另一個實(shí)施方案中，將陶瓷層夾在復(fù)合物層和另一個層例如熱塑性耐腐蝕內(nèi)襯、金屬片層(sheeting layer)或膨脹型涂層之間。在熱塑性材料作為與石油產(chǎn)品接觸的耐腐蝕層的實(shí)施方案中， 陶瓷層用作絕緣涂層，從而使得下面的復(fù)合物層在由于火和/或熱而破壞掉之前經(jīng)受住較高的溫度和/或較長的時(shí)間。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層還用作滲透層，發(fā)揮抑制/減輕流體向結(jié)構(gòu)部件內(nèi)層中滲透的作用。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層具有每SeCCm2-bar小于0. OlcmVcm的滲透率。
在一個實(shí)施方案中，陶瓷層具有從0.1微米至小于IOmm的厚度。在第二實(shí)施方案中，陶瓷層具有約1-約200密耳(1密耳=.001英寸)的厚度。在另一個實(shí)施方案中，保護(hù)性陶瓷層是具有0. 1-5微米厚度的氧化物層。在第三實(shí)施方案中，陶瓷層具有從0.5mm至小于5mm的厚度。在第四實(shí)施方案中，陶瓷層小于2. 5mm。陶瓷層的厚度取決于許多因素， 這些因素包括但不限于所使用的涂覆方法、容納在其中的石油產(chǎn)品和是否使用陶瓷層作為中間層或涂層。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層的特征在于具有優(yōu)異的侵蝕和斷裂韌性性能。在一個實(shí)施方案中，陶瓷層具有按照Hot Erosion/Attrition Testing方法(HEAT)測量的至少5. 0的HEAT耐侵蝕指數(shù)，其是在經(jīng)受熱和磨蝕顆粒物質(zhì)時(shí)材料性能的量度，并且是依照美國專利公開NO.US2008/0003125中所描述。HEAT耐侵蝕指數(shù)越高，材料的耐侵蝕性能越好。在這種HEAT試驗(yàn)中，所述指數(shù)通過測量試驗(yàn)材料在給定持續(xù)時(shí)間內(nèi)損失的體積來確定。試驗(yàn)?zāi)M器的速度范圍是10-300ft/sec(3.05-91.4m/sec)，其涵蓋流化催化裂化單元(FCXU)的速度范圍。試驗(yàn)溫度是可變的并且可以為至多1450° F(788°C)。沖擊 (impingement)試驗(yàn)角為1-90度。質(zhì)量流量可以為1. 10-4. 41 Ibm/分鐘。在一個實(shí)施方案中，通過使用以下方法將陶瓷層施加到復(fù)合物層(或相鄰層例如金屬箔或熱塑性材料層)上化學(xué)氣相沉積(CVD)，用等離子體進(jìn)行熱噴涂，高速氧燃料 (HVOF)或高速空氣燃料(HVAF)噴涂，線電弧(wire arc)，物理氣相沉積(PVD)，RF (射頻) 濺射和電鍍，漆料噴射，噴涂，浸涂，用刷子或軋輥施涂，粉末涂覆，氣相沉積，或上述的組
I=I ο非晶杰金屬層作為耐腐飩層在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件至少包含非晶杰金屬層作為與石油產(chǎn)品接觸的內(nèi)涂層，用以保護(hù)不受容納在其中的石油產(chǎn)品的腐蝕/侵蝕。在一個實(shí)施方案中，將非晶態(tài)金屬作為涂層直接施加在復(fù)合物層上。在另一個實(shí)施方案中，將非晶態(tài)金屬涂覆到沉積在復(fù)合物層上的金屬片層上面。在第三實(shí)施方案中，將非晶態(tài)金屬涂覆到緊貼復(fù)合物層的陶瓷層上。應(yīng)理解的是，非晶態(tài)涂層可包括可以無規(guī)填充在合金基質(zhì)例如顆?；蚣{米顆粒內(nèi)的結(jié)構(gòu)連接件(association)或單元，所述顆?；蚣{米顆粒具有10-100埃；10-150nm ；和 15-lOOOnm中任意的尺寸。其實(shí)例包括直徑為l-lOOnm的納米晶體。在一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬層的厚度為0. 1-500 μ m。在第二實(shí)施方案中為 5-2，500 μ m。在第三實(shí)施方案中為厚度10-100 μ m。在第四實(shí)施方案中小于50 μ m。在第五實(shí)施方案中為20-100 μ m。在第六實(shí)施方案中，非晶態(tài)層具有約0. 5-約100密耳的厚度。在一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬是商購的鐵基合金，例如Superhard Steel Alloys 。在另一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬是以商標(biāo)名VITR0L0Y(基于Ti、Zr、B、Ni)銷售的商購材料。在一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬包含至少50%鐵，可選的鉻，一種或多種選自硼和磷的元素，鉬和鎢中的一種或這兩種；以及feuGe、Au、Zr、Hf、Nb、Ta、La、Ce JinNcU Sm、Eu、 Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、N、S和0中的至少一者。在第三實(shí)施方案中，金屬玻璃包含
(Fe0. gCr0_ 2) 79^17^2^2 0在另一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬層包含非晶態(tài)金屬氧化物(a-Mei_xCx)，非晶態(tài)金屬碳化物(a-Mei_yCy)，非晶態(tài)金屬碳化物-氮化物(a-Me(C，N))，或非晶態(tài)氮化硅(B-Si1^zNz)，其中χ為0. 3-0. 7，y為0. 25-0. 9，ζ為0. 3-0. 8，和Me (金屬)主要是過渡金屬例如Cr、Al、Ti、^ 或者其它化學(xué)元素例如硅(Si)中的一種。在另一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬層包含如美國專利公開No.US2009/0014096(通過引用以其全文并入本文)中所公開的具有改善耐腐蝕性能的塊體凝固非晶態(tài)合金 (BMG)。在一個實(shí)施方案中，所述層包含與CoCrMo的耐腐蝕性相當(dāng)(match)的灶-Ti基BMG， 其具有分子式(ZraTib) h (BecXd) z，其中 X 是選自 Y、Co、Fe、Cr、Mo、Mg、Al、Hf、Ta、Nb 和 V 的添加材料；ζ為20-50at% ；c和d之和等于z，c為至少約25at% ；以及電負(fù)性大于1. 9 的元素僅以痕量存在。在一個實(shí)施方案中，通過熱沉積或噴涂技術(shù)將非晶態(tài)金屬層施加到相鄰層上。噴涂技術(shù)的實(shí)例包括火焰噴射、冷噴涂、等離子體噴射、絲電弧、爆炸噴槍、冷噴射和高速氧燃料(HVOF)。在一個實(shí)施方案中，使用熱噴涂，其中熔融或半熔融的金屬被噴射到結(jié)構(gòu)部件的支承層上。在另一個實(shí)施方案中，將硬顆粒涂料基質(zhì)系統(tǒng)施加到結(jié)構(gòu)部件的基材層例如陶瓷層或復(fù)合物層上。在施加非晶態(tài)金屬層作為涂層后，在一個實(shí)施方案中通過熱處理方法使涂層至少部分玻璃化。玻璃化可以致使形成納米級或接近納米級大小的晶粒。 在一個實(shí)施方案中，通過形成多個玻璃層的連續(xù)積層來形成非晶態(tài)金屬層。在另一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬層通過在預(yù)定溫度和控制速率下金屬玻璃層的不同加熱/冷卻循環(huán)來形成，用以產(chǎn)生不同的顯微組織和最佳的耐腐蝕性。在又一個實(shí)施方案中，將非晶態(tài)金屬層形成為梯度涂層，所述梯度涂層通過在冷或熱噴涂操作期間將一種非晶態(tài)金屬粉末變換為另一種非晶態(tài)金屬粉末來完成。在第四實(shí)施方案中，梯度層可以是金屬(或陶瓷) 材料，所述材料包含與非晶態(tài)金屬層、與第一非晶態(tài)金屬、與具有更多合金化元素的第二不同非晶態(tài)金屬等相鄰的層。梯度結(jié)合產(chǎn)生熔合(fuse)界面使得在金屬材料和基材之間存在至少部分金屬結(jié)合(metallic bonding)。在一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬層具有至少約5GPa的硬度。在另一個實(shí)施方案中，包含Superhard Steel Alloys 的非晶態(tài)涂層具有至少約9. 的硬度。在第三實(shí)施方案中，具有至少約16GPa的硬度。在一個實(shí)施方案中，將非晶態(tài)金屬層與相鄰層例如金屬層、陶瓷層或復(fù)合結(jié)構(gòu)層結(jié)合，其中結(jié)合強(qiáng)度為至少5，OOOpsi。在一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)金屬層在約90°C的6.5N HCl中具有μ m/年的量級的腐蝕速率。在一個實(shí)施方案中，甚至將非晶態(tài)層與12M HCl溶液接觸1周也沒有檢測到腐蝕。在又一個實(shí)施方案中，非晶態(tài)層在0. 6M NaCl中(1/3月)沒有顯示出質(zhì)量損失(低于ICP-M的檢測極限)?？稍柕目箶D壓層在一個實(shí)施方案中，將復(fù)合結(jié)構(gòu)層被覆到抗擠壓層上，所述抗擠壓層包含可有助于提高復(fù)合物層強(qiáng)度的材料。在一個實(shí)施方案中，所述層給復(fù)合材料提供抗擠壓性或抗擠毀性。在一個實(shí)施方案中，抗擠壓層可以結(jié)合或不結(jié)合到復(fù)合物內(nèi)層?？箶D壓層可以包含一個或多個熱塑性材料層、熱固化材料層或金屬材料層。在一個實(shí)施方案中，抗擠壓層是金屬層(箔)。在一個實(shí)施方案中，金屬選自鋁、鋁合金、鋼、碳鋼、不銹鋼和它們的組合。在一個實(shí)施方案中，該片材具有置于與復(fù)合材料接觸的外表面上的粘附結(jié)合層。在一個實(shí)施方案中，在復(fù)合物層制造期間圍繞復(fù)合物層包裹金屬箔，或在制造中共同形成金屬箔?；蛘?，可使用涂覆方法例如沉積；用等離子體熱噴涂或HVOF噴射、HVAF噴射或絲電弧噴射；物理氣相沉積；RF濺射；電鍍；粉末噴涂，和它們的組合將金屬箔施加到復(fù)合物層上。在又一個實(shí)施方案中，金屬箔包含具有低熔化溫度的易熔金屬，使得允許該金屬以液體或半液體狀態(tài)施加到復(fù)合物層(或陶瓷層，或另一個中間層)上?？稍柕哪芰课諏釉谝粋€實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件還包含置于復(fù)合物層表面上 (在遠(yuǎn)離與石油產(chǎn)品接觸的表面的表面上)的能量吸收層。在一個實(shí)施方案中，能量吸收層具有約0. 6-3毫米的厚度。能量吸收層包含能夠在溫度低于結(jié)構(gòu)壁的劣化溫度即低于復(fù)合物層的劣化溫度下通過相轉(zhuǎn)變以例如產(chǎn)生氣體來吸收能量的材料。通過這種相轉(zhuǎn)變形成的氣體在復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生絕熱空氣套(pocket)。在一個實(shí)施方案中，能量吸收層包含選自以下的材料聚乙烯、水合硫酸鈣(石膏)、氫氧化鋁和其它能夠在低于約300°C氣化或產(chǎn)生氣體組分的水合化合物物或含氫氧化物的化合物。在其中聚乙烯用作能量吸收材料的一個實(shí)施方案中，可將其以片材形式施加到復(fù)合物層上，從而形成所需的層數(shù)目或?qū)雍穸取．?dāng)能量吸收材料是除聚乙烯外時(shí)，可將其以片材形式、噴涂物形式或構(gòu)造成配合起來包裹復(fù)合物層的實(shí)心半片形式施加。^M:結(jié)構(gòu)部件還包含用作被動防火的耐受層作為最外層或內(nèi)部保護(hù)涂層。該耐受層的特征在于具有低的熱傳導(dǎo)率以在發(fā)生火災(zāi)時(shí)保護(hù)設(shè)備和其內(nèi)容物。耐火層的益處之一是其能夠吸收在熱事故(例如在與結(jié)構(gòu)部件相鄰的區(qū)域中的火)期間產(chǎn)生的一些熱能，從而防止或延遲內(nèi)部的層暴露于可以導(dǎo)致設(shè)備失效的熱失控。隨著作為另外燃料的烴泄漏到火災(zāi)中，設(shè)備失效可具有災(zāi)難性后果。在一個實(shí)施方案中，耐受層具有0.03-0. 20W/m. K(在70°C下)的熱傳導(dǎo)率。在第二實(shí)施方案中，該層具有0.04-0.081/!11.1((在701下)的熱傳導(dǎo)率。在耐受層包含在提高的溫度下膨脹的膨脹型材料的第三實(shí)施方案中，耐受層在200-800°C的溫度范圍具有 0. 1-0. 4w/m. °C的熱傳導(dǎo)率。在耐受層包含膨脹型材料的第四實(shí)施方案中，所述層在室溫至 800°C的溫度范圍中(在不同火情下的熱模型中)的熱傳導(dǎo)率值為0. 005-0. 4W/VC。在一個實(shí)施方案中，耐火層配設(shè)有多個通氣孔。在正常操作期間，通氣孔有助于釋放可能在設(shè)備中積累的過量的熱。在一個實(shí)施方案中，可以將吹風(fēng)機(jī)/風(fēng)扇裝配到通氣孔中用于獲得有效通風(fēng)循環(huán)。 膨脹型材料作為耐火層在一個實(shí)施方案中，耐火層包含膨脹型層。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層在達(dá)到該材料的活化溫度(例如暴露于火)時(shí)膨脹約15-30體積倍。在熱失控事故(例如火災(zāi))中，膨脹型層通過吸熱反應(yīng)吸收過量的熱。一旦達(dá)到活化溫度(或 “開始膨脹溫度”或SET)時(shí)，所述層開始脹大(swell)或膨脹。隨著膨脹型層脹大，它在火焰和結(jié)構(gòu)部件之間提供了絕緣阻擋層。在膨脹之后，該材料產(chǎn)生炭層或灰狀層。在一個實(shí)施方案中，不燃性炭層防止或至少阻止熱傳遞至下面的復(fù)合物層基材材料。在一個實(shí)施方案中，在施加膨脹型層之前，首先將增強(qiáng)網(wǎng)狀物施加到結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，例如復(fù)合物層或中間層如金屬金屬片。當(dāng)暴露于火災(zāi)的升高的溫度時(shí)，所述網(wǎng)狀物有助于膨脹型材料保持它們的絕緣層或炭層。在一個實(shí)施方案中網(wǎng)狀物是松散織造材料，其可以是或可以不是首先充滿膨脹型層，然后圍繞結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行包裹?；蛘?，網(wǎng)狀物可首先圍繞結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行包裹，然后將膨脹型材料施加到該網(wǎng)狀物上。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層包含插入在片狀剝落和/或可膨脹無機(jī)材料(選自可膨脹石墨和可膨脹云母)的網(wǎng)格層之間的防火化合物。在一個實(shí)施方案中，可膨脹無機(jī)材料以膨脹型層的5_50wt. %的量存在。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層包含可膨脹石墨插層化合物，其通過將石墨顆粒分散在溶液中而產(chǎn)生，其含有氧化劑和帶插入的客體(guest)化合物。在一個實(shí)施方案中，氧化劑選自硝酸、氯酸鉀、鉻酸、高錳酸鉀、過氧化氫、磷酸、多聚磷酸等。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層是如美國專利公開No. US2004/0054035中所公開的適合于預(yù)安裝或后安裝到結(jié)構(gòu)部件的柔性層，包含由如下構(gòu)成的含水分散體20-70wt. % 的成膜聚合物，20-70wt. %的阻燃劑組合物，1-lOwt. %的平均顆粒尺寸為40-150微米的玻璃或陶瓷材料，5-30wt. %的可膨脹薄片石墨，和可選的I-IOwt. %的磷基阻燃劑，其中所有wt. %加起來等于100%?？蓪⑴蛎浶突瘜W(xué)物質(zhì)納入各種涂層系統(tǒng)中，包括環(huán)氧化物、脲醛、酚醛(novolac)， 聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚脲、有機(jī)基聚硅氧烷、不飽和聚酯及其共聚物、聚氨酯、乳膠、水基物質(zhì)(water-borne)和溶劑基物質(zhì)(solvent-borne)。在一個實(shí)施方案中，膨脹型涂層含有在選自以下的載體材料中的片狀剝落石墨丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、結(jié)晶聚合物、聚苯乙烯、硅橡膠、膠乳、丙烯酸系聚合物或共聚物、茂金屬聚合物、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯-聚丙烯共聚物、丙烯酸系聚合物、聚碳酸酯以及它們的混合物。在一個實(shí)施方案中，膨脹型涂層包含5-50wt. %片狀剝落石墨。在一個實(shí)施方案中，膨脹型涂層是商購?fù)苛袭a(chǎn)品，例如水基樹脂、環(huán)氧基樹脂、基于聚氨酯的樹脂、基于脲醛的樹脂。商購膨脹型涂層材料的實(shí)例包括Houston，Tex.的 Flame Seal Products, Inc.的FX-100 ;Melbourne，F(xiàn)la.的 Hy-Tech Thermal Solutions， Inc.的 CKC-F-268 ；Lancashire, United Kingdom 的 Interex International，Ltd.的 Pycotex ；MM Systems Corporation of Pendergrass，GA 的 Pyroflex ；Kent，United Kingdom 的 Firetherm Intumescent and Insulation Supplies,Ltd.的 Firesteel ;Bay of Plenty, New Zealand 的 Altex Coatings，Ltd.的 Firetex ；Ontario, Canada 的 AD Fire Protection Systems, Ltd.的 A/D Firefilm ;0saka，Japan 的Nippon Paint Company 的 Taikalitt ;St.Louis，M0 的 Carboline 的 Thermo-lag ;來自 International Paint of Akzo Nobel 的 CHARTEK JPEagl e Specialized Coatings and Protected Environments, BP Dff Pearce Enterprises, Ltd. of British Columbia, Canada 的一個部門的 Safecoat 產(chǎn)品，以及其它。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層還包含l_20wt. %的量的陶瓷(或玻璃)中空微球。 在一個實(shí)施方案中，所述微球具有40-150微米的平均顆粒尺寸。在一個實(shí)施方案中，所述微球的顏色為白色。陶瓷微球在納入環(huán)氧(或類似聚合物)樹脂粘合劑中形成涂層時(shí)，提高涂層反射紅外輻照的能力從而使少很多的熱吸被收到涂層中并且該涂層在開始破壞掉或膨脹之前經(jīng)受住較高的溫度。所述微球還極大地提高膨脹型層的絕熱性能。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層還包含導(dǎo)電材料以防止電荷積累。在一個實(shí)施方案中，導(dǎo)電材料由較大的導(dǎo)電顆粒例如本體直徑(bulk diameter)為1/32”至1/2”和長度為 1/32”至1”的短纖維。在另一個實(shí)施方案中，導(dǎo)電顆粒是本體直徑為1/4”至1/2”和長度為1”至4”的纖維、薄片、球等形式。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層包含開始膨脹溫度(SET)為150-200°c的材料。SET 是膨脹型層由于例如與結(jié)構(gòu)部件相鄰區(qū)域中的火所致而開始膨脹時(shí)的溫度。在另一個實(shí)施方案中，所述層包含SET為至少200°C的材料。在第三實(shí)施方案中，包含SET為至少250°C 的材料。在第四實(shí)施方案中，包含SET為至少約300°C的材料。在一個實(shí)施方案中，包含膨脹型材料的耐受層在達(dá)到其SET點(diǎn)時(shí)膨脹小于25%。 在另一個實(shí)施方案中，膨脹小于50 %。在第三實(shí)施方案中，膨脹小于100 %。在一個實(shí)施方案中，耐火層包含至少兩個具有不同材料特性的不同層，其中外層比內(nèi)層具有較高的熱容量。在結(jié)構(gòu)部件外部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，外層快速吸收過量的熱能并且有助于在防止設(shè)備上形成熱點(diǎn)。具有較高SET的外層延遲了傳遞到內(nèi)層的熱能，從而提供了對熱失控向較內(nèi)的膨脹型層和/或包含不同材料如硅酸鈣的耐受層蔓延的抵制?？墒褂帽绢I(lǐng)域已知的方法將膨脹型層施加到結(jié)構(gòu)部件上，所述方法分一次或多次施加產(chǎn)生所需的涂層厚度，包括但不限于等離子體噴射，漆料噴射，噴涂，浸涂，用刷子或輥施涂，粉末涂覆，氣相沉積，刀口涂覆或刮片涂覆，或上述的組合，接著按具體膨脹型材料所需在室溫或提高的溫度下進(jìn)行干燥，以形成附著性耐久涂層。非平面的表面可以通過模涂 (die-coating)、噴涂、刷涂、浸涂等進(jìn)行涂覆，并且類似地進(jìn)行干燥。在一個實(shí)施方案中，膨脹型層是以可圍繞(或捆裹)結(jié)構(gòu)部件的基材進(jìn)行包裹直到該基材覆蓋有至少一個膨脹型層的“包裹物”形式。在使用膨脹型層作為耐火層的一個實(shí)施方案中，膨脹型層的干燥厚度為100微米-100mm，這取決于所需的防火水平。在第二實(shí)施方案中，膨脹型層具有0. 5_5mm的厚度。 在第三實(shí)施方案中，膨脹型層具有3-10mm的厚度。在第四實(shí)施方案中，厚度為至少15mm以上。在第五實(shí)施方案中，層厚度為至少50mm。在第六實(shí)施方案中，厚度小于20mm。膨脹型涂層可作為單一層或多個層進(jìn)行施加。對于溶劑基或水基膨脹型產(chǎn)品，可通過施加多個涂層獲得較高的干燥膜厚度。當(dāng)用作耐火層時(shí)，膨脹型涂層的熱傳導(dǎo)率在提高的溫度下發(fā)生變動。在一個研究中，顯示在初始加熱階段，膨脹型層的有效熱傳導(dǎo)率降低直到表面和內(nèi)層例如復(fù)合物層保持大約不變，然后熱傳導(dǎo)率收斂于恒定值。絕緣材料作為耐火層在一個實(shí)施方案中，作為膨脹型涂層的替代或補(bǔ)充，結(jié)構(gòu)部件包含絕緣材料作為耐火層。在一個實(shí)施方案中，絕緣層是內(nèi)部耐火層，進(jìn)一步受保護(hù)于或涂覆有作為最外層的膨脹型層。在另一個實(shí)施方案中，絕緣材料僅充當(dāng)耐火層。在又一個實(shí)施方案中，將絕緣層是在外部施加的絕熱系統(tǒng)或最外耐火層。在一個實(shí)施方案中，耐火層包含厚度為1-10 ”的絕緣層，包裹在絕緣體周圍用以將絕緣保持在適當(dāng)位置的網(wǎng)狀物，和保持絕緣體干燥的外套(或耐候阻擋層)。在另一個實(shí)施方案中，絕緣層為2-4”厚。在一個實(shí)施方案中，耐火層包含選自以下的嵌入網(wǎng)狀層中的絕緣材料硅酸鈣 (ASTM C 5331型或II型)，蜂窩狀玻璃(ASTM C 5521型)，膨脹珍珠巖(ASTM C 610)，礦棉(ASTM C 547分類3或ASTMC 612 4B型2類)，或它們的混合物。在一個實(shí)施方案中，網(wǎng)狀層包含金屬絲網(wǎng)。在另一個實(shí)施方案中，網(wǎng)狀層包含18規(guī)格(0.047英寸直徑)或16規(guī)格(0. 063英寸直徑)類型的綁絲、304不銹鋼。在一個實(shí)施方案中，耐火層是最大使用溫度為1200° F和最大密度為141bs/ft3 或221bs/ft3的I型絕緣材料。在另一個實(shí)施方案中，它是最大使用溫度為1700° F和最大密度為221bs/ft3的II型材料。在一個實(shí)施方案中，耐火層是在暴露于最大使用溫度后最大線性收縮為2 %，和熱傳導(dǎo)率為0. 040-0. 075ff/m. ° K的硅酸鈣。
可詵的中間容納結(jié)構(gòu)在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件還包含與復(fù)合物層外表面結(jié)合的第二容納結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施方案中，容納結(jié)構(gòu)包含覆蓋復(fù)合物層表面的多層織物，其中該多層織物具有與復(fù)合物層外表面結(jié)合的第一層和包含固化樹脂涂料的至少第二層。在一個實(shí)施方案中，固化樹脂的特征在于抵抗以化學(xué)方式引起的腐蝕、沖擊和磨損。可詵的外套在一個實(shí)施方案中，耐火層還包覆有0.01-0. 125英寸厚的ASTM A 240 304或316型不銹鋼外套。在一個實(shí)施方案中，外套還層合有1密耳聚乙烯水汽阻擋層。在另一個實(shí)施方案中，熱密封的水汽阻擋層是3密耳Surlyn 和聚乙烯的共擠出物。 在一個實(shí)施方案中，所有配件例如箍帶、鉚釘、螺絲、T形管、端帽等都由不銹鋼材料制成以進(jìn)一步密封隔絕水汽。可詵的粘合劑層在一個實(shí)施方案中，在各個層之間，例如在復(fù)合物層和耐火層之間、在復(fù)合物層和抗擠壓層如金屬箔之間、或者在金屬箔和耐火層之間、或者在金屬箔和陶瓷層之間等使用至少一個可選的粘合劑層。粘合劑層的材料可以包括任意聚合物或者適合于以化學(xué)、機(jī)械和/或其它方式結(jié)合的其它材料。合適的材料可以包括例如接觸型粘合劑或液體樹脂型粘合劑，金屬涂覆的聚合物，填充聚合物，熱塑性彈性體，熱固性材料，熱塑性材料，填充聚合物或它們的組合。粘合劑層是可選的。在某些實(shí)施方案中，粘合劑層可以并非是必要或所需的。例如，在對于施加膨脹型涂層作為耐火層而使用網(wǎng)狀物的一個實(shí)施方案中，可以不需要粘合劑層來結(jié)合膨脹型涂層。描沭實(shí)施方案的附圖將參照附圖講一步描沭本發(fā)明的實(shí)施方案。附圖以舉例方式且不以限制方式，即不將結(jié)構(gòu)部件限制為具有所描述橫截面區(qū)域的管道的方式，來描述本發(fā)明。結(jié)構(gòu)部件可以具有其它配置，例如容器等。結(jié)構(gòu)部件還可以具有附圖中未加描述的不同多層配置，例如具有用腐蝕/侵蝕涂層處理的復(fù)合物層表面和帶外部絕緣層的膨脹型層。參考所示的圖1，結(jié)構(gòu)部件10由兩個層(未顯示最內(nèi)的耐腐蝕層)構(gòu)成，所述兩個層即用于結(jié)構(gòu)支承的復(fù)合物層11和所涂覆有的用以獲得阻燃性的外部膨脹型涂層12。在圖2中，除復(fù)合物層11和耐火層12外，結(jié)構(gòu)部件10還包含耐腐蝕層例如非晶態(tài)金屬層、熱塑性內(nèi)襯或陶瓷層13。在一個實(shí)施方案(未示出)中，結(jié)構(gòu)部件還包含能量吸收層。在圖3中，結(jié)構(gòu)部件的最內(nèi)層(與腐蝕性產(chǎn)品接觸)是涂覆到復(fù)合物層11上的陶瓷層13。耐火層包含膨脹型涂層12。在一個實(shí)施方案(未示出)中，最內(nèi)層包含作為陶瓷層的替代或補(bǔ)充的非晶態(tài)金屬用于耐腐蝕/耐磨蝕。在圖4中，結(jié)構(gòu)部件10的多層結(jié)構(gòu)由涂覆有熱塑性內(nèi)襯(未示出)作為與腐蝕性產(chǎn)品接觸的層的復(fù)合物層11、中間金屬層14和外部膨脹型涂層12組成。圖5是結(jié)構(gòu)部件10的實(shí)施方案的側(cè)正視，其中增強(qiáng)網(wǎng)狀層 15在最終涂覆膨脹型層12之前施加到復(fù)合物層11上。在圖6中，結(jié)構(gòu)部件10具有多個層，即陶瓷(或非晶態(tài)金屬)耐腐蝕層13、復(fù)合物層11、金屬層14和直接施加到金屬層14上的膨脹型層12。在一個實(shí)施方案中，在金屬層 14和復(fù)合物層11之間，或者在金屬層14和膨脹型層12之間具有增強(qiáng)網(wǎng)狀層(未示出)。圖7描述了結(jié)構(gòu)部件例如管節(jié)的另一個實(shí)施方案的橫截面。管道具有多個層，包括與容納于其內(nèi)的石油產(chǎn)品接觸的熱塑性耐腐蝕層16、含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層11和含有絕緣材料的耐火層17。在一個實(shí)施方案(未示出)中，所述管節(jié)還可以包含用于容納耐火層17的金屬涂層例如不銹鋼箔。圖8是圖7中所描述實(shí)施方案的變型，其中所述管節(jié)還配設(shè)有另一個不同的耐火層，例如用于進(jìn)一步防火的膨脹型涂層12。多層構(gòu)造適合用作油氣生產(chǎn)、運(yùn)輸和工藝應(yīng)用中容納腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件。結(jié)構(gòu)部件的實(shí)例包括但不限于石化工藝設(shè)備和管線、工藝容器、輸送管線和工藝管道、換熱器、旋風(fēng)分離器和蒸餾塔。具有多層構(gòu)造的結(jié)構(gòu)部件的特征在于具有優(yōu)異的腐蝕/ 侵蝕性能、耐火性能，以及由于結(jié)構(gòu)支承體的復(fù)合材料而輕且堅(jiān)固。本文所述的油生產(chǎn)、運(yùn)輸和工藝應(yīng)用包括但不限于油氣勘探過程，包括烴提取和油/水/鹽水/氣體分離的生產(chǎn)過程，原料或成品烴產(chǎn)物的管送、船運(yùn)、貨車運(yùn)輸，包括涉及胺、碳酸鹽的氣體脫硫(sweeten)的生產(chǎn)和煉油工藝，或除去二氧化碳和/或硫化氫或其它氣體的其它過程，原油蒸餾單元，流化催化裂化單元，催化重整單元，熱裂解單元，加氫處理單元，硫酸或氟化氫烷基化單元，異構(gòu)化單元，酸性水處理單元，和支持功用(supporting utility)單元例如冷卻水、鍋爐水，以及流出物處理單元。在一個實(shí)施方案中，多層結(jié)構(gòu)部件適合用于容納具有從低ppm至高百分?jǐn)?shù)水平的壓3濃度的硫(包括單質(zhì)硫)含量的腐蝕性石油產(chǎn)品。在一個實(shí)施方案中，吐3具有50-100ppm的低濃度。在涉及酸性氣體的應(yīng)用的另一個實(shí)施方案中，例如，H2S濃度為 20，000ppm-50, OOOppm 或更大)。在一個實(shí)施方案中，所述部件用于與總酸值(TAN)為至少0. 01mgK0H/g的腐蝕性石油產(chǎn)品一起使用。在一個實(shí)施方案中，石油產(chǎn)品具有至少0. 50mg KOH/g的TAN。在另一個實(shí)施方案中，石油產(chǎn)品具有0. 50-10mg KOH/g油的TAN。TAN典型地通過ASTM方法D-664-01 進(jìn)行測量并且以毫克KOH/克油的單位表示。TAN值低于0. 5的油通常認(rèn)為呈非腐蝕性， 0. 5-1. 0認(rèn)為呈中度腐蝕性，而高于3. 0認(rèn)為呈腐蝕性。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件用于容納具有高的環(huán)烷屬酸含量，即具有至少為3的較高TAN的高TAN原油或高酸性原油，。在一個實(shí)施方案中，所述部件用于與鹽水平為至少31bsAbl (原油的桶)的腐蝕性石油產(chǎn)品一起使用。在一個實(shí)施方案中，鹽是約3-200pOundSAbl的量的氯化物鹽例如氯化鎂、氯化鈉和氯化鈣。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件是用于容納或運(yùn)輸具有高濃度氯化物的石油例如催化重整汽油、催化重整氣體等。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件是內(nèi)徑為12”_18”的工藝/輸送管道的形式，用于在至少300° F的連續(xù)工作溫度和至少200psi的內(nèi)壓下使用。在另一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件是直徑為至多48”的工藝/輸送管道的形式。在一個實(shí)施方案中，多層結(jié)構(gòu)部件還包含 2”-10”厚的絕緣層，或具有高溫環(huán)境(高于500° F，特別為800° F或以上)所要求厚度的絕緣層。應(yīng)注意的是，結(jié)構(gòu)部件不限于運(yùn)送和/或容納腐蝕性石油產(chǎn)品。在一個實(shí)施方案中，使用結(jié)構(gòu)部件作為適合于海上石油平臺、油輪等中噴淋系統(tǒng)等的耐腐蝕和耐火管道系統(tǒng)，用于容納大體積海水和與石化環(huán)境有關(guān)的火災(zāi)。在其中與石油產(chǎn)品接觸的結(jié)構(gòu)部件表面涂覆有陶瓷層的一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件特別合適用于流化催化轉(zhuǎn)化單元、流體焦化器以及煉廠靈活焦化單元和石化單元的領(lǐng)域。形成方法多層結(jié)構(gòu)的各個層可在在安裝前或在工作現(xiàn)場施加。
在用熱塑性材料作為耐腐蝕層的前安裝形成方法的一個實(shí)施方案中，在初始按所需形狀或外形(profile)擠出內(nèi)襯。然后將所述外形材與增強(qiáng)纖維和樹脂接觸以形成結(jié)構(gòu)層。隨后可使用本領(lǐng)域已知的方法將后續(xù)的層例如耐火層形成到或涂覆到結(jié)構(gòu)層上。在后安裝的一個實(shí)施方案中，還可以在前安裝的涂層上應(yīng)用如先前所述產(chǎn)生涂層的任何涂覆方法，以提高涂層厚度，或修補(bǔ)在安裝期間操作引起的損壞區(qū)域。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件由現(xiàn)有的裝置或已構(gòu)造的設(shè)備(例如由已具有一些耐腐蝕/耐侵蝕性能的復(fù)合材料構(gòu)造的設(shè)備)構(gòu)成。可將保護(hù)涂層/耐火膨脹型涂層施加在現(xiàn)有設(shè)備的表面上以提供所需的耐火性能。在又一個實(shí)施方案中，可將保護(hù)涂層施加在結(jié)構(gòu)部件的內(nèi)表面(與石油產(chǎn)品接觸)上，以便填充孔穴和孔隙并給與石油產(chǎn)品接觸的表面提供耐腐蝕和/或侵蝕耐保護(hù)?？墒褂帽绢I(lǐng)域已知的方法，包括刷涂、熱噴涂、漆料噴射、噴涂、浸涂、用刷子或輥施涂、或它們的組合將涂層例如陶瓷層/非晶態(tài)涂層/膨脹型層或金屬箔層施加在現(xiàn)有設(shè)備上，從而給結(jié)構(gòu)部件提供共形表面處理。在使用至少一個金屬箔層、金屬絲網(wǎng)或非晶態(tài)涂層的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件具有足夠的導(dǎo)電性。在例如具有陶瓷涂層、作為基材的復(fù)合物層、和膨脹型涂層的多層結(jié)構(gòu)部件的其它實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)部件可能不具有足夠?qū)щ娦詮亩鴮?dǎo)致靜電電荷(ESC)積累。在減少電荷積累的一個實(shí)施方案中，可將涂層或?qū)踊蜢o電消散(ESD)涂料施加在膨脹型層的頂部上，所述涂料提供足夠高的電導(dǎo)率并同時(shí)保持所需的耐火性能。高電導(dǎo)率將電荷在積累時(shí)進(jìn)行消散，最終將電荷傳導(dǎo)至地面。在使用復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)層和塑料材料例如聚四氟乙烯用作耐腐蝕層的工藝/ 輸送管道的一個實(shí)施方案中，可將工藝管節(jié)熔合或接合在一起(“熔合焊接”或“熔化焊接”)。在一個實(shí)施方案中，使用本領(lǐng)域已知的施加能量的方法首先將熱塑性腐蝕內(nèi)襯適當(dāng)?shù)厝酆匣蚪雍?或焊接)，所述方法包括但不限于激光焊接，紅外焊接；微波焊接，熔化焊接，超聲波焊接，摩擦焊接等。圖9是將管段的兩個節(jié)段接合的實(shí)施方案的側(cè)剖平面視圖，其中將兩個管節(jié)101 和201的耐腐蝕層16熔化結(jié)合。所述管段各自包含最內(nèi)耐腐蝕層16、復(fù)合物結(jié)構(gòu)層11、耐火層17和最外金屬箔層12。在一個實(shí)施方案中，將兩根管101和201的第一端在接合線 160處對準(zhǔn)并熔合在一起之前進(jìn)行削剪(cut back)(除去復(fù)合物層)。在接合線160處將分別管節(jié)的耐腐蝕層接合之后，接下來接合分別節(jié)段的結(jié)構(gòu)層11。在一個實(shí)施方案中，在接合線160處熔合熱塑性侵蝕內(nèi)襯之后，修整削剪區(qū)域并且用接合帶、織物或纖維包裹物將其沿周向包裹。在一個實(shí)施方案中，在用接合帶包裹前之前首先加熱修整區(qū)域(使耐腐蝕層暴露)。在另一個實(shí)施方案中，可以在包裹接合區(qū)域之前將接合帶牽拉通過樹脂浴。在一個實(shí)施方案中，接合帶累積達(dá)到厚度為復(fù)合結(jié)構(gòu)層厚度的 1. 10-2 倍。在一個實(shí)施方案中，可將預(yù)浸材料卷繞在接合區(qū)域160上并然后進(jìn)行化學(xué)固化。 在一個實(shí)施方案中，使用套管或環(huán)繞層形式的纖維覆蓋接合段，然后將纖維和樹脂化學(xué)接合在一起。在另一個實(shí)施方案中，使用粘合劑將纖維與接合段化學(xué)結(jié)合。在又一個實(shí)施方案中，還應(yīng)用加熱來加速和/或改善纖維套管和復(fù)合物管節(jié)之間的化學(xué)結(jié)合。
圖10是圖9接合部160的外部的示意性橫截面，其中將外部玻璃纖維包裹物110 將兩個管節(jié)的復(fù)合物層接合。在一個實(shí)施方案中，包裹物110包含多種用熱固性樹脂潤濕且相對于管道沿周向包裹的包裹體，其中包裹物在沿管節(jié)101和201縱向的邊緣處逐漸變細(xì)。雖然未示出，管道系統(tǒng)還可通過以下進(jìn)行構(gòu)建首先將具有耐腐蝕內(nèi)襯的復(fù)合管道的節(jié)段熔化結(jié)合，然后將耐火材料層(和其它層或材料)施加到管段的接合部和其余部分從而在火災(zāi)發(fā)生時(shí)保護(hù)該系統(tǒng)。在使用熱塑性材料作為復(fù)合物層的基質(zhì)的一個實(shí)施方案中，如果隨后需要接近管道內(nèi)部則可以通過熔化除去纖維套管。在一個實(shí)施方案中，施加熱還有助于改善熱塑性腐蝕層對結(jié)構(gòu)層中織造玻璃纖維的粘合。結(jié)構(gòu)部件的件能在一個實(shí)施方案中，包含至少復(fù)合物層和膨脹型層的多個層的結(jié)構(gòu)部件，具有足夠的厚度用于使該結(jié)構(gòu)部件在噴射火試驗(yàn)程序OTI 95634中獲得的保護(hù)比僅包含復(fù)合物層的部件獲得的保護(hù)長至少30%。在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件獲得長 50%的保護(hù)。在第三實(shí)施方案中，長100%的保護(hù)。在1996年的噴射火試驗(yàn)程序OTI 95634 中，對于約1100°C的溫度和約300kW/m2的熱通量，0. 3kg/s丙烷蒸氣在1米遠(yuǎn)以聲速撞擊 1.5m2靶。足夠的厚度取決于許多因素，包括結(jié)構(gòu)部件的大小(例如直徑、尺寸等)，復(fù)合物層的厚度，復(fù)合物層構(gòu)成材料(例如玻璃、陶瓷、熱固化基質(zhì)等)，包含在其中的石油產(chǎn)品的類型等。在一個實(shí)施方案中，足夠的厚度為至少IOmm厚。在另一個實(shí)施方案中，為至少15mm 厚。在第三實(shí)施方案中，為至少30mm厚。在一個實(shí)施方案中，在燒穿試驗(yàn)中，具有至少復(fù)合物層和膨脹型層的多層結(jié)構(gòu)部件顯示出優(yōu)異的耐火性和阻燃性，即至少5分鐘。在第二實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件具有大于15 分鐘的燒穿時(shí)間。在第三實(shí)施方案中，燒穿時(shí)間大于30分鐘。在第四實(shí)施方案中，為至少 45分鐘。在一個實(shí)施方案中，在燒穿試驗(yàn)中，具有至少復(fù)合物層和厚度為0. 5-2cm的膨脹型層的多層結(jié)構(gòu)部件具有至少15分鐘的阻燃性。在一個實(shí)施方案中，具有至少復(fù)合物層和膨脹型層的多層結(jié)構(gòu)部件證明了與厚度為至少0.07”厚的碳鋼相等的燒穿耐受性。在另一個實(shí)施方案中，多層結(jié)構(gòu)部件證明了與厚度為至少0. 10”厚的碳鋼相等的燒穿耐受性。在第三實(shí)施方案中，燒穿耐受性與0. 15” 厚的碳鋼相等。在燒穿試驗(yàn)(基于美國海軍試驗(yàn)MIL-STD-2031)中，將試樣放置在500，000BTU/ 小時(shí)丙烷火的前面。通過直接火焰，例如在烴火中于試樣表面處產(chǎn)生1100°c (約2000° F) 的溫度。所述樣品是對”乘對”乘1/4”厚的節(jié)段。監(jiān)測基材的未暴露側(cè)的阻燃性并且測量材料燒穿的時(shí)間。在一個實(shí)施方案中，管道系統(tǒng)形式的多層結(jié)構(gòu)部件的特征在于滿足根據(jù)國際海事協(xié)會(ΙΜ0 A753，1993年11月4日采用)規(guī)定的試驗(yàn)方法的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)，即管道可長持續(xù)時(shí)間地耐受完全著起來的烴火而不喪失在干燥條件下的完整性。根據(jù)國際海事協(xié)會(ΙΜ0 A 753，1993年11月4日采用)規(guī)定的試驗(yàn)方法，在外徑上約1100°C的強(qiáng)制溫度下，滿足II 級標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間的最小值是30分鐘。滿足I級標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間較高，最小值是1小時(shí)。在一個實(shí)施方案中，在IMO A753試驗(yàn)條件下在管道內(nèi)徑(內(nèi)部管道表面)達(dá)到 190°C之前需要至少45分鐘。在另一個實(shí)施方案中，在管道內(nèi)徑達(dá)到190°C之前需要至少1 小時(shí)。在另一個實(shí)施方案中，在管道內(nèi)徑達(dá)到190°C之前需要至少172小時(shí)。
在一個實(shí)施方案中，具有至少復(fù)合物層和膨脹型層的多層結(jié)構(gòu)部件顯示出優(yōu)異的撓曲強(qiáng)度，即使在暴露于輻射熱通量之后。期望在暴露于25kW/m2的輻射熱通量后于20分鐘之后，具有至少復(fù)合物層和耐火層的多層結(jié)構(gòu)部件的剩余撓曲強(qiáng)度是由復(fù)合物層材料制造的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)部件的撓曲強(qiáng)度的至少2倍(按照ASTM D-790)。在第二實(shí)施方案中，該多層結(jié)構(gòu)部件在暴露于輻射熱后具有的剩余撓曲強(qiáng)度是現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合物部件(沒有耐火層)的撓曲強(qiáng)度的至少3倍。在其中結(jié)構(gòu)部件是工藝/輸送管道的一個實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)部件具有 203mm-1016mm(8”-40”)的標(biāo)稱直徑，工作壓力提升至10，OOOpsi，并且爆裂壓力是工作壓力的2. 5倍。在一個實(shí)施方案中，爆裂壓力為827-1034bar (12，000-15，OOOpsi)。在一個實(shí)施方案中，管道具有2-5%的線性彎曲應(yīng)變。在另一個實(shí)施方案中，工藝管道形式的結(jié)構(gòu)部件具有3%的最大線性彎曲應(yīng)變。在一個實(shí)施方案中，使用熱塑性侵蝕內(nèi)襯的配管系統(tǒng)需要比現(xiàn)有技術(shù)中使用帶有栓固凸緣的碳鋼的類似配管系統(tǒng)少至少20%的維護(hù)(當(dāng)用于容納石油產(chǎn)品時(shí))。這是因?yàn)樾枰钌?如果有的話)的栓固凸緣來接合節(jié)段。對于熱塑性材料層而言復(fù)合物更加相容，特別是在高溫和/或頻繁熱循環(huán)下操作。復(fù)合材料即纖維增強(qiáng)塑料或FRP，具有與碳鋼相比低得多的撓曲模量。取決于碳的量，在一個實(shí)施方案中碳鋼具有189-210GI^或 27, 000, 000-30, 000, OOOpsi的撓曲模量。復(fù)合材料具有的撓曲模量是金屬材料的撓曲模量的約1/10-1/30，典型地為1，000，000-2，000，OOOpsi。在一個實(shí)施方案中，撓曲模量為 75，000-2，000，OOOpsi。在第三實(shí)施方案中，撓曲模量為500，000-1，500，OOOpsi。在復(fù)合物包含碳環(huán)氧材料(carbon epoxy)和/或硼環(huán)氧材料的第四實(shí)施方案中，撓曲模量可以高很多，但是仍比撓曲模量小于9，000，OOOpsi的碳鋼小得多。在使用碳環(huán)氧材料的一個實(shí)施方案中，復(fù)合物具有約MGPa (7，800, OOOpsi)的撓曲模量。取決于所選擇的熱塑性材料，在一個實(shí)施方案中，耐腐蝕層具有 75，000-1，000，OOOpsi的撓曲模量(對于1 H6 1的復(fù)合物/熱塑性材料撓曲模量比)。在另一個實(shí)施方案中，耐腐蝕層的撓曲模量為90，000-750，OOOpsi。在第三實(shí)施方案中，腐蝕內(nèi)襯的撓曲模量為100，000-600，OOOpsi。對于較低的撓曲模量，就受沖擊的結(jié)構(gòu)部件而言，可變形恢復(fù)，這與可永久變形的現(xiàn)有技術(shù)中使用碳鋼的結(jié)構(gòu)部件相反。除撓曲模量的相容性外，復(fù)合材料就熱膨脹而言還較好地匹配用作與石油產(chǎn)品接觸的耐腐蝕層的熱塑性材料。復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)比碳鋼的熱膨脹系數(shù)高。復(fù)合物層的熱膨脹速率取決于該層中纖維的量和纖維的取向。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層具有0. 9-2 * 10"-5in/in/° F 的 CTLE。與此相比之下碳鋼具有 0. 6-0. 65 X 10~-5in/in/° F 的 CTLE。 作為常用耐腐蝕層材料的PTFE具有7. 5 * 10"-6in/in/° F的CTLE。對于就結(jié)構(gòu)層使用復(fù)合材料，在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件的特征在于具有的壓力膨脹在一個實(shí)施方案中是碳鋼的至少10倍，在第二實(shí)施方案中是20倍，以及是使用碳鋼的結(jié)構(gòu)部件高達(dá)25倍。關(guān)于熱傳導(dǎo)率，使用復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)部件的特征在于具有總體較低的熱傳導(dǎo)率，這特別適合于具有熱失控或熱點(diǎn)的情形。這是因?yàn)閺?fù)合物層的熱傳導(dǎo)率低得多。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層熱傳導(dǎo)率是碳鋼熱傳導(dǎo)率的100-300分之一。與碳鋼的 25-50BTU-ft/hr-ft2-° F熱傳導(dǎo)率，和PTFE(可用于耐腐蝕層的典型的熱塑性材料)的1. 70BTU-ft/hr-ft2-。F相比，復(fù)合物層的熱傳導(dǎo)率在一個實(shí)施方案中為0. 1-0. 24BTU-ft/ hr-ft2-° F。最后，在一個實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件的特征在于具有優(yōu)異的耐火性能，這是因?yàn)橛米鹘Y(jié)構(gòu)層的復(fù)合材料的高熔點(diǎn)。在一個實(shí)施方案中，復(fù)合物層具有遠(yuǎn)高于四00° F的熔點(diǎn)， 具有經(jīng)受住溫度高達(dá)1800° F的烴火30分鐘的能力。碳鋼典型地具有沈00-2800° F的熔點(diǎn)。實(shí)施例以下說明性實(shí)施例旨在是非限制性的。使用有限元分析(FEA)或預(yù)測模型對結(jié)構(gòu)部件例如管道的實(shí)施方案進(jìn)行建模。所使用的預(yù)測模型是來自Solidworks的通用專業(yè)套件。所建模的管道是8” ID管道，包含用于結(jié)構(gòu)復(fù)合物層的玻璃增強(qiáng)環(huán)氧熱固性材料，用于耐腐蝕層的熱塑性材料，和包含硅酸鈣的耐火層。在熱建模中，不考慮耐腐蝕層，這是因?yàn)闊釘?shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)層和耐火層的熱數(shù)據(jù)相比是不重要的。在實(shí)施例1中，8”ID管道具有厚度為0.43”的結(jié)構(gòu)層和包含2”厚硅酸鈣的耐火層。根據(jù)國際海事協(xié)會(ΙΜ0 A 753，1993年11月4日采用)規(guī)定的試驗(yàn)方法，圖11以外徑上約1100°C強(qiáng)制溫度的時(shí)間的函數(shù)繪制出了管道內(nèi)部溫度(ID)作為。管道內(nèi)徑在1小時(shí)后達(dá)到191°C。在實(shí)施例2中，所建模的管道具有為8”的相同ID，但是具有0. 83”的厚得多的結(jié)構(gòu)復(fù)合物層。圖12描述了在暴露于外徑上約1100°C的強(qiáng)制溫度4680秒(78分鐘)后，管道溫度作為半徑(從ID到0D、再到包括耐火層的外壁)的函數(shù)。圖13描述了管道(ID)內(nèi)部溫度作為時(shí)間的函數(shù)，其在至少討00秒(或172小時(shí))內(nèi)沒有達(dá)到192°C。出于本說明書和附屬權(quán)利要求書的目的，除非有其他說明，用于本說明書和權(quán)利要求書中表示數(shù)量、百分?jǐn)?shù)或比例、以及其他數(shù)值的所有數(shù)，在任何情況下都應(yīng)理解為由術(shù)語“約”修飾。因此，除非有相反說明，在下列說明書和附屬權(quán)利要求書中提出的數(shù)值參數(shù)是可隨本發(fā)明所試圖獲得的期望性質(zhì)而變化的大約值。應(yīng)注意，如本說明書和附屬權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“所述”包括多個提及物，除非明確且清楚地限制為一個提及物。如本文中所使用的，術(shù)語“包括”及其語法變體旨在是非限制性的，使得列表中各項(xiàng)的描述不會排除其他類似項(xiàng)，所述類似項(xiàng)能夠代替列出的項(xiàng)或添加至所列出項(xiàng)中。此處書寫的說明書使用實(shí)施例來公開本發(fā)明，包括最佳實(shí)施方式，另外還使得本領(lǐng)域所有技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明。專利范圍由權(quán)利要求書限定，且包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所能想到的其他實(shí)施例。如果這些其他實(shí)施例的結(jié)構(gòu)元素與權(quán)利要求書的文字語言并無差異，或者，如果它們包括與權(quán)利要求書的文字語言無本質(zhì)不同的等價(jià)結(jié)構(gòu)元素，則這些其他實(shí)施例也在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。此處通過參考將所有的引用明確地并入到本文中。
權(quán)利要求
1.一種用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件，該結(jié)構(gòu)部件包含 含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有選自非晶態(tài)金屬、陶瓷材料和熱塑性材料的材料；熱傳導(dǎo)率小于0. 4W/m°C的耐火層； 其中該結(jié)構(gòu)部件具有大于5分鐘的燒穿時(shí)間。
2.一種用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件，該結(jié)構(gòu)部件包含 含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有選自非晶態(tài)金屬、陶瓷材料和熱塑性材料的材料；熱傳導(dǎo)率小于0. 4W/m°C的耐火層；其中該結(jié)構(gòu)部件滿足根據(jù)IMO A 18/Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。
3.一種用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件，該結(jié)構(gòu)部件包含 含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有選自非晶態(tài)金屬、陶瓷材料和熱塑性材料的材料；熱傳導(dǎo)率小于0. 4W/m°C的耐火層；其中在1996年的噴射火試驗(yàn)程序OTI 95634中該結(jié)構(gòu)部件獲得的保護(hù)比沒有耐火層的結(jié)構(gòu)部件所獲得的保護(hù)長至少30%。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合物具有小于0.24BTU-ft/ hr-ft2-° F的熱傳導(dǎo)率。
5.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐腐蝕層具有0.OlOmm-IOmm的厚度。
6.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合材料具有小于9，000，OOOpsi的撓曲模量。
7.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合材料具有75，000-2,000, OOOpsi的撓曲模量。
8.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中該結(jié)構(gòu)部件具有大于15分鐘的燒穿時(shí)間。
9.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，該結(jié)構(gòu)部件為工藝容器、輸送管線、工藝管道、 換熱器、旋風(fēng)分離器或塔的形式。
10.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述結(jié)構(gòu)層具有小于0.24BTU-ft/ hr-ft2-° F的熱傳導(dǎo)率。
11.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中在根據(jù)IMOA18/Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的試驗(yàn)中，耐腐蝕層上的內(nèi)表面達(dá)到190°C需要至少90分鐘。
12.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合材料包含在基質(zhì)材料中的增強(qiáng)纖維，其中所述增強(qiáng)纖維含有選自玻璃、陶瓷、碳、陶瓷材料、聚合物材料、金屬和金屬合金的材料。
13.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合材料包含在基質(zhì)材料中的增強(qiáng)纖維，其中所述基質(zhì)包含選自酚醛樹脂、硅氧烷改性的酚醛樹脂、乙烯基酯、環(huán)氧樹脂、氰酸酯、酚醛樹脂/聚酯共混物、硅樹脂、苯二甲腈、呋喃樹脂和它們的混合物的材料。
14.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐火層包含硅酸鈣。
15.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述腐蝕性石油產(chǎn)品包含以下中的至少一種酸性水、含有H2S的石油產(chǎn)品、TAN為至少0. Olmg KOH/g的石油產(chǎn)品和鹽水平為至少 31bs. /bbl的石油產(chǎn)品。
16.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合材料具有0.9-2★ 10"5in/ in/° F的熱線性膨脹系數(shù)。
17.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐火層是在載體材料中包含可膨脹無機(jī)材料的膨脹型材料。
18.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐火層包含在達(dá)到其SET點(diǎn)時(shí)膨脹小于100%的膨脹型材料。
19.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中復(fù)合物層具有至少100，OOOpsi的軸向彈性模量。
20.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合物層具有至少180°F的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
21.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述復(fù)合物層具有至少250°F的熔化溫度。
22.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中按照ASTMD-790該結(jié)構(gòu)部件在暴露于 25kff/m2的輻射熱通量后于20分鐘之后，具有的剩余撓曲強(qiáng)度是沒有耐火層的結(jié)構(gòu)部件的撓曲強(qiáng)度的至少2倍。
23.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐腐蝕層包含非晶態(tài)金屬。
24.權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐腐蝕層具有0.010mm-5mm的厚度。
25.權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐腐蝕層還包含設(shè)置在非晶態(tài)金屬層上的陶瓷層。
26.權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐腐蝕層包含選自非晶態(tài)金屬氧化物、非晶態(tài)金屬碳化物、非晶態(tài)金屬碳化物-氮化物、非晶態(tài)氮化硅和它們的組合的非晶態(tài)金屬。
27.權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)部件，其中所述非晶態(tài)金屬是塊體凝固非晶態(tài)合金。
28.權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)部件，其中所述非晶態(tài)金屬具有至少5GPa的硬度。
29.權(quán)利要求23的結(jié)構(gòu)部件，其中包含非晶態(tài)金屬的耐腐蝕層以至少5000psi的結(jié)合強(qiáng)度與所述結(jié)構(gòu)層結(jié)合。
30.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐腐蝕層包含陶瓷材料。
31.權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)部件，其中所述陶瓷材料具有至少約5的HEAT侵蝕指數(shù)。
32.權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)部件，其中所述陶瓷材料包含具有陶瓷相和金屬粘合劑相的陶瓷金屬復(fù)合物。
33.權(quán)利要求32的結(jié)構(gòu)部件，其中所述陶瓷金屬復(fù)合物的陶瓷相選自碳化物、硼化物、 碳氮化物、氧化物、氮化物陶瓷和它們的混合物；金屬相選自鈷、鎳、鐵、鉬、鈦、鋯、鋁和它們的混合物。
34.權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)部件，其中所述陶瓷材料包含鋁化鎳、鋁化鐵、鋁化鉭、鋁化鈦、 硅改性的鋁化物、釔改性的鋁化物、鉬改性的鋁化物和它們的混合物中的至少一種。
35.權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)部件，其中所述陶瓷材料包含金屬氧化物、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硅酸鹽、金屬硼化物和它們的混合物中的至少一種。
36.權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)部件，其中所述陶瓷材料包含氮化鉻、納米晶體金屬碳化物/非晶態(tài)烴復(fù)合物(MC/aC:H)、TiC/非晶態(tài)烴納米復(fù)合物中的至少一種。
37.權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu)部件，其中所述陶瓷材料通過沉積、熱噴涂、物理氣相沉積、RF 濺射、電鍍、粉末涂覆和它們的組合中的任意一種施加到結(jié)構(gòu)層上以形成所述耐腐蝕層。
38.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐腐蝕層包含熱塑性材料。
39.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)部件，其中所述熱塑性材料選自聚氯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-氯三氟-乙烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、全氟烷氧基氟碳、離聚物組合物、三元離子鍵聚合物組合物、熱塑性彈性橡膠和它們的組合。
40.一種用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的管道系統(tǒng)形式的結(jié)構(gòu)部件，其中所述結(jié)構(gòu)部件包含至少兩個管節(jié)，其中每個管節(jié)包含含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有熱塑性材料； 熱傳導(dǎo)率小于0. 4W/m°C的耐火層；并且其中所述結(jié)構(gòu)部件中的至少兩個管節(jié)熔化接合在一起形成管道系統(tǒng)。
41.權(quán)利要求40的結(jié)構(gòu)部件，其中所述管節(jié)的結(jié)構(gòu)層具有75，000-9，000，OOOpsi的撓曲模量。
42.權(quán)利要求40的結(jié)構(gòu)部件，其中所述管節(jié)的結(jié)構(gòu)層具有小于2，000，OOOpsi的撓曲模量。
43.權(quán)利要求40的結(jié)構(gòu)部件，其中所述管節(jié)的結(jié)構(gòu)層具有0.9-210"-5in/in/° F 的 CTLE。
44.權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐火層包含硅酸鈣。
45.權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐火層是在載體材料中包含可膨脹無機(jī)材料的膨脹型材料。
46.權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述耐火層包含在達(dá)到其SET點(diǎn)時(shí)膨脹小于100%的膨脹型材料。
47.權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中結(jié)構(gòu)部件是用于輸送酸性水、含有H2S 的石油產(chǎn)品、TAN為至少0. Olmg KOH/g的石油產(chǎn)品和鹽水平為至少31bs. /bbl的石油產(chǎn)品中的任意一種。
48.權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述結(jié)構(gòu)部件滿足根據(jù)IMOA 18/ Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。
49.權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)部件，其中所述結(jié)構(gòu)部件滿足根據(jù)IMOA 18/ Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的I級耐火標(biāo)準(zhǔn)。
50.一種將用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件中的管節(jié)進(jìn)行接合的方法，所述結(jié)構(gòu)部件包含至少兩個不同的管節(jié)，即第一管節(jié)和第二管節(jié)，所述方法包括將第一管節(jié)定位成與第二管節(jié)接鄰，每個管節(jié)包含含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層和用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層、以及耐火層；施加能量以將所述第一和第二管節(jié)的耐腐蝕層接合在一起從而形成接合部； 圍繞所述第一和第二管節(jié)的接合部施加外部包裹物；以及通過化學(xué)固化和熱處理中的至少一種將該外部包裹物結(jié)合到所述接合部和復(fù)合結(jié)構(gòu)層。
51.權(quán)利要求50的方法，其中圍繞接合部和至少部分復(fù)合物結(jié)構(gòu)層施加所述外部包裹物。
52.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，其中所述外部包裹物具有的厚度是復(fù)合物結(jié)構(gòu)層的厚度的1. 10-2倍。
53.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，其中通過化學(xué)固化結(jié)合所述外部包裹物。
54.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，其中通過化學(xué)固化和熱處理的組合結(jié)合所述外部包裹物。
55.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，其中圍繞接合部以及第一和第二管節(jié)的至少部分復(fù)合物結(jié)構(gòu)層沿周向包裹所述外部包裹物。
56.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，其中通過激光焊接、紅外焊接、微波焊接、熔化焊接、超聲波焊接、摩擦焊接和它們的組合中的至少一種將所述第一和第二管節(jié)的耐腐蝕層接合在一起。
57.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，其中所述外部包裹物是接合帶、纖維包裹物或它們的組合中的任意一種。
58.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，該方法還包括在將外部包裹物結(jié)合到接合部和復(fù)合物結(jié)構(gòu)層之前，將預(yù)浸材料施加在外部包裹物上。
59.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，在施加能量以接合耐腐蝕層之前，該方法還包括除去第一和第二管節(jié)的至少部分所述結(jié)構(gòu)層和至少部分所述耐火層以暴露接近所述第一和第二管節(jié)的接合部的所述耐腐蝕層。
60.權(quán)利要求50-51中任一項(xiàng)的方法，該方法還包括用耐火材料層覆蓋所述外部包裹物。
61.一種給用于容納腐蝕性石油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件提供耐腐蝕和耐火保護(hù)的方法，所述結(jié)構(gòu)部件包含具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的結(jié)構(gòu)層，所述方法包括向第一表面施加選自陶瓷、非晶態(tài)金屬和它們的組合的材料，從而形成與腐蝕性石油產(chǎn)品接觸的耐腐蝕層；向第二表面施加足夠量的熱傳導(dǎo)率小于0. 4w/m. °C的耐火材料以獲得具有足夠厚度的耐火涂層從而使所述結(jié)構(gòu)部件滿足根據(jù)IMO A18/Res. 753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。
62.權(quán)利要求61的方法，其中施加足夠量的耐火材料用以獲得具有至少IOmm厚的厚度的所述涂層。
63.權(quán)利要求61-62中任一項(xiàng)的方法，其中施加足夠量的耐火材料用以使所述結(jié)構(gòu)部件具有至少15分鐘的燒穿時(shí)間。
64.權(quán)利要求61-62中任一項(xiàng)的方法，其中施加足夠量的耐火材料以在1996年的噴射火試驗(yàn)程序OTI 95634中使所述結(jié)構(gòu)部件具有的保護(hù)比沒有耐火層涂層的結(jié)構(gòu)部件所獲得的保護(hù)長30%。
65.權(quán)利要求61-62中任一項(xiàng)的方法，其中施加足夠量的耐火材料用以在按照ASTM D-790暴露于25kW/m2的輻射熱通量后于20分鐘之后，使結(jié)構(gòu)部件具有的剩余撓曲強(qiáng)度是沒有耐火涂層的結(jié)構(gòu)部件的撓曲強(qiáng)度的至少2倍。
66.權(quán)利要求61-62中任一項(xiàng)的方法，其中通過沉積、熱噴涂、物理氣相沉積、RF濺射、 電鍍、粉末涂覆和它們的組合中的任意一種施加足夠量的耐火材料。
67.權(quán)利要求61-62中任一項(xiàng)的方法，該方法還包括在施加所述耐火涂層之前將增強(qiáng)網(wǎng)狀物施加到結(jié)構(gòu)層上。
68.權(quán)利要求61-62中任一項(xiàng)的方法，該方法還包括將金屬箔施加到所述耐火涂層上。
全文摘要
提供了用于油田、氣田、勘探、煉油和石化應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件。該結(jié)構(gòu)部件包含多個層，即含有復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)層；用于接觸腐蝕性石油產(chǎn)品的耐腐蝕層，該耐腐蝕層含有選自非晶態(tài)金屬、陶瓷材料和熱塑性材料和它們的組合的材料；熱傳導(dǎo)率小于0.4W/m℃的耐火層。在一個實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)部件具有大于5分鐘的燒穿時(shí)間。在另一個實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)部件滿足根據(jù)IMO A 18/Res.753火災(zāi)試驗(yàn)規(guī)程的II級耐火標(biāo)準(zhǔn)。在一個實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)部件為具有含熱塑性材料的耐腐蝕層的管道系統(tǒng)形式。在一個實(shí)施方案中該管道系統(tǒng)的特征在于具有熔化接合的管節(jié)。還提供了改善用于油田、氣田、勘探、煉油和石化應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件的耐腐蝕、耐磨損和耐火性能的方法。該方法包括提供具有多個層的結(jié)構(gòu)部件，所述多個層包括耐腐蝕層和耐火層。
文檔編號B32B15/04GK102448720SQ201080023752
公開日2012年5月9日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者A·奧康納, E·H·尼科爾斯, G·J·庫辛基 申請人:雪佛龍美國公司