本發(fā)明涉及預防和修復結(jié)構(gòu)(如管或罐)中的泄漏的領(lǐng)域，并且更具體地涉及二級防護系統(tǒng)，所述二級防護系統(tǒng)延遲超出該結(jié)構(gòu)范圍的泄漏的產(chǎn)生或惡化，以允許在管中檢測到損傷之后馬上采取占先式(preemptive)修復動作。

背景技術(shù)：

1、圍封(enclosing)流體的結(jié)構(gòu)(如管或罐)易遭受可能會導致故障的磨損和結(jié)構(gòu)劣化，這需要干預來保持其運行。

2、在泄漏發(fā)生后進行檢測通常被認為是無效的，因為其導致圍封所泄漏的流體的結(jié)構(gòu)的運行中斷(“計劃外停機時間”)。為了減少泄漏造成的損失，通常使用泄漏檢測傳感器，諸如以下傳感器：當結(jié)構(gòu)經(jīng)受一定應變或應力水平時，其檢測該結(jié)構(gòu)的壁的結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化；或者當與液體接觸時，其測量泄漏傳感器內(nèi)的電性質(zhì)變化。

3、傳感器的使用縮短由泄漏造成的中斷的持續(xù)時間，因為可以更快地識別和定位泄漏。然而，泄漏的存在并沒有得到預防，并且在修復干預發(fā)生之前由泄漏造成的中斷仍然會導致顯著損失。

4、為了防止或者至少延遲泄漏的發(fā)生，圍封流體的結(jié)構(gòu)(如管或罐)可以圍繞該結(jié)構(gòu)構(gòu)建有二級防護壁(secondary?containment?wall)，從而形成由間隔件隔開的第一內(nèi)壁和附加的第二外壁。在這樣的構(gòu)造中，外部泄漏的可能性被降低，因為第一內(nèi)壁中的泄漏未必立即導致第二外壁中的泄漏。

5、這些二級防護保護裝置通常與第一內(nèi)壁同軸地構(gòu)造，并且本質(zhì)上形成用于管或罐的第二容器。然而，這樣的構(gòu)造要求二級防護件(secondary?containment)覆蓋所有結(jié)構(gòu)，這是昂貴的解決方案，并且在存在兩個泄露處(一個泄露處在第一內(nèi)壁中，并且第二泄露處在第二外壁中)的情況下，即使兩個泄漏處相距甚遠，也仍然無法有效遏制泄漏。甚至感測元件(特別是，壓力傳感器或流體檢測器)的使用未能克服以下缺點：間隔件提供差的流體防護，以及二級防護件需要大于整個主防護件。

6、出于上述原因，尋求一種保護系統(tǒng)，所述保護系統(tǒng)可以在圍封流體的結(jié)構(gòu)損傷的情況下延遲流體泄漏到結(jié)構(gòu)外部。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了滿足上述需求，本發(fā)明提供用于圍封流體的結(jié)構(gòu)(如圍封流體的管或罐)的保護系統(tǒng)，所述防護系統(tǒng)包括：

2、-防護材料(containment?material)，所述防護材料被布置在所述結(jié)構(gòu)的外表面的至少一個部分上，所述結(jié)構(gòu)的所述外表面的所述至少一個部分對應于所述結(jié)構(gòu)的所述外表面的一部分(fraction)；

3、-至少一個泄漏檢測傳感器，所述至少一個泄漏檢測傳感器被布置成使得所述防護材料覆蓋或包圍所述至少一個泄露檢測傳感器；

4、其中所述防護材料被配置成將所述流體的至少一部分收集在形成于所述防護材料內(nèi)的至少一個腔中，從而在所述結(jié)構(gòu)中在所述至少一個部分中泄漏的情況下遏制所述流體泄漏到所述結(jié)構(gòu)外部，其中所述流體泄漏到所述防護材料中觸發(fā)所述泄漏檢測傳感器對所述泄漏的檢測。

5、防護材料的使用實現(xiàn)了數(shù)種有利效果，所述防護材料被配置成收集一部分流體并且由此遏制泄漏，直到完全包埋在防護材料中或者與結(jié)構(gòu)的外表面接觸且被防護材料覆蓋的泄漏檢測傳感器檢測到流體泄漏到防護材料中。

6、首先，策略性地放置于結(jié)構(gòu)的薄弱位置處的傳感器被保護免于由結(jié)構(gòu)故障造成的不利機械影響。特別是，傳感器保持運行，而不會經(jīng)受不利的“交叉靈敏度(cross-sensitivity)”問題，所述問題特別是對微小機械應力作出響應的敏感泄漏檢測傳感器會遇到。例如，當復合層被布置在泄漏檢測傳感器的頂部時，這可能會發(fā)生。該層中的機械應力或應變對傳感器的響應具有不利影響，并且可能導致不正確的讀數(shù)。

7、其次，防護材料的吸收性質(zhì)使泄漏可檢測到，而不會使流體立即泄漏到結(jié)構(gòu)外部。這使得能夠檢測到泄漏，并且留出一些時間進行維修動作，而不會造成顯著損失。

8、第三，防護材料不需要覆蓋結(jié)構(gòu)的所有外表面，這導致成本和維修的顯著降低。通過安裝由防護材料覆蓋或包埋在防護材料中的泄漏檢測傳感器，可以升級現(xiàn)有的圍封流體的管、罐或其他結(jié)構(gòu)，所述防護材料被配置成在泄漏的情況下吸收流體并且延遲流體泄漏到結(jié)構(gòu)外部。

9、在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“流體”是指氣體或液體。

10、根據(jù)實施方案，防護材料包括以下中的至少一種：包含封閉的非連通腔的多孔材料、包含開放的連通腔的多孔材料、被配置成在經(jīng)受來自流體的壓力時膨脹且形成腔的柔性材料。

11、具有封閉的非連通腔的多孔材料更利于遏制流體。例如，非連通腔之間的阻隔件(barrier)可以薄到足以在由流體施加的壓力下破裂，從而允許流體緩慢行進通過多孔材料。具有開放的連通腔的多孔材料為流體行進到防護材料中提供了更大的體積，同時由于夾帶的可壓縮空氣體積而降低了工作壓力。這樣的材料可以有利地與外部無孔殼結(jié)合，以阻止泄漏擴展到結(jié)構(gòu)外部。具有連通腔的多孔材料也可以被具有封閉的非連通腔或任何其他流體流動的阻隔件的多孔材料圍封?？梢允褂萌嵝圆牧?，以使得流體施加在其上的壓力迫使材料變形以形成突出部。

12、根據(jù)實施方案，防護材料是多孔材料，所述多孔材料在泄漏的情況下吸收流體并且延遲流體泄漏到結(jié)構(gòu)外部。

13、多孔材料在預定時間內(nèi)(通常是幾個小時或幾天)特別有效地遏制泄漏，以便及時在泄漏位點處實施修復操作。多孔材料的作用是為流體分散到孔隙中提供足夠的空間，但同時顯著減緩流體通過防護材料的流動。通常，防護材料通過緩慢吸收流體而不允許其流到防護材料外部來降低由流體施加的壓力。通過控制防護結(jié)構(gòu)的空隙/體積比率和厚度，可以調(diào)節(jié)泄漏的流體到達防護材料的外部部分之前存在的時間。

14、根據(jù)實施方案，防護材料包括以下中的至少一種：基于纖維的材料、紡織品材料、泡沫、3d打印多孔材料、多孔粘合劑。

15、特別是，防護材料的結(jié)構(gòu)可以由例如有機硅、橡膠材料、熱塑性彈性體、形狀記憶聚合物制成。也可以使用例如其他材料(如聚酰胺或聚酯)。

16、根據(jù)實施方案，防護材料包括紡織品材料，所述紡織品材料包括三維多孔結(jié)構(gòu)。

17、通常，防護材料可以是三維紡織品或隔襯織物(spacer?fabric)，即以下紡織品：其由交織、包纏或針織纖維制成，從而在三維空間中形成多孔結(jié)構(gòu)。三維織物通?？梢杂删埘ァ⒕埘０坊蚶w維材料(如由碳、玻璃或芳酰胺(aramide)制成的纖維)制成。有利地，孔隙不會形成從結(jié)構(gòu)的外表面到外部的連續(xù)開放路徑，從而有效地減緩流體通過防護材料的進程。在實踐中，防護材料由非連續(xù)或非連通的腔或孔制成。當流體行進通過防護材料時，它經(jīng)由非常緩慢地擴散通過包含這些非連通孔隙的結(jié)構(gòu)來逐步擴散。

18、可替代地，孔隙可以包括連通的腔。在該可替代實施方案中，呈外殼形式的第二阻隔件可以在更長的時間段內(nèi)防止泄漏。

19、根據(jù)實施方案，防護材料由疊加層(a?superposition?of?layers)制成，每層包括以下中的至少一種：基于纖維的材料、紡織品材料、泡沫、3d打印多孔材料、多孔粘合劑。

20、通過堆疊相同或不同的防護材料層，本發(fā)明可以進一步增加流體與防護材料接觸的時刻與流體到達防護材料外部環(huán)境的時刻之間的延遲。該延遲是由于防護材料中的至少一個腔而實現(xiàn)的，所述腔允許將流體施加在防護材料上的壓力或壓力累積的速率保持為低的。

21、根據(jù)實施方案，疊加層中的至少兩個不同層包括泄漏檢測傳感器。

22、在多于一個層中添加多于一個泄漏檢測傳感器允許更精確地檢測流體的行進，從而可以及時計劃修復操作。

23、根據(jù)實施方案，保護系統(tǒng)還包括圍封防護材料的外殼。

24、根據(jù)實施方案，外表面的至少一個部分包括其上的結(jié)構(gòu)修復元件。

25、本發(fā)明的保護系統(tǒng)特別適用于增強圍封流體的結(jié)構(gòu)的薄弱部分。這樣的薄弱部分通常被識別為以下部分：其曾經(jīng)已經(jīng)被修復，并且其從而產(chǎn)生了更高的經(jīng)受進一步泄漏事件的風險。將防護材料放置在這樣的結(jié)構(gòu)修復元件上方是本發(fā)明的特別有利的實施方案。

26、根據(jù)實施方案，防護系統(tǒng)的厚度在1mm至30cm的范圍內(nèi)。

27、本發(fā)明還涉及用于保護圍封流體的結(jié)構(gòu)(如圍封流體的管或罐)的方法，所述方法包括：

28、-在所述結(jié)構(gòu)的外表面的至少一個部分上安裝至少一個泄漏檢測傳感器；

29、-在所述結(jié)構(gòu)的所述外表面的所述至少一個部分上施加防護材料，所述結(jié)構(gòu)的所述外表面的所述至少一個部分對應于所述結(jié)構(gòu)的所述外表面的一部分，以使所述防護材料覆蓋或包圍所述至少一個泄漏檢測傳感器，其中所述防護材料被配置成將所述流體的至少一部分收集在形成于所述防護材料內(nèi)的至少一個腔中，從而在所述結(jié)構(gòu)中在所述至少一個部分中泄漏的情況下遏制所述流體泄漏到所述結(jié)構(gòu)外部，其中所述流體泄漏到所述防護材料中觸發(fā)所述泄漏檢測傳感器對所述泄漏的檢測。

30、根據(jù)實施方案，方法還包括在安裝所述至少一個泄漏檢測傳感器和施加所述防護材料的步驟之前：

31、-在所述結(jié)構(gòu)的所述外表面的所述至少一個部分上安裝結(jié)構(gòu)修復元件。

32、根據(jù)實施方案，方法還包括：

33、-布置圍封所述防護材料的外殼。

34、根據(jù)實施方案，方法還包括：

35、-在所述結(jié)構(gòu)的所述外表面的所述至少一個部分上施加呈未固化狀態(tài)的防護材料；

36、-將流體在壓力下施加到所述防護材料中，以在所述防護材料中產(chǎn)生形成多孔結(jié)構(gòu)的腔；

37、-使所述防護材料固化。

38、術(shù)語“未固化”應當被理解為防護材料仍然可以被再成型或再成形的狀態(tài)。在本發(fā)明的含義內(nèi)，類似的術(shù)語(如，“未凝結(jié)(non-set)”、“未凝固(non-solidified)”、或“未硬化(non-hardened)”)同樣可以用來代替“未固化”。上述方法在于結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生孔隙方面特別有效。

39、根據(jù)實施方案，方法還包括：

40、-在低于大氣壓的壓力下，去除施加到所述防護材料的所述流體，以產(chǎn)生具有腔的多孔結(jié)構(gòu)。

41、通過泵送被引入防護材料中的氣體，保護系統(tǒng)可以變得更有效，因為其由此能夠更好地吸收泄漏的流體。