심해에서 떠오르는 열가소성 합성 파이프

Airborne Oil &Gas(AOG, IJmuiden, 네덜란드) 및 Magma Global Ltd.(영국 포츠머스) 웹사이트의 뉴스 페이지를 방문하면 2018년이 이 두 선도적인 열가소성 수지 제조업체에게 분수령이 된 해라는 인상을 받게 될 것입니다. 심해용 복합 파이프(TCP). 그러나 이 급성장하는 복합 재료 시장에 대한 2019년 소식이 전년도 소식을 앞지르더라도 놀라지 마십시오.

AOG의 2018년 몇 가지 주목할만한 성과:6월에 회사는 남미의 주요 운영업체를 위해 탄소 섬유/폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF) 라이저(해저 생산 시스템과 표면 생산 선박을 연결하는 파이프)에 대한 자격 프로그램을 시작했습니다. AOG는 이 프로젝트에서 주요 해양 설치 계약업체인 Subsea 7(룩셈부르크)과 협력했습니다. 8월에 광범위한 5년 자격 프로그램에 이어 세계 최초로 탄화수소(완전 유정 내경) 서비스에 대한 유리 섬유/고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 흐름 라인(유정 헤드를 추가 처리 장비에 연결하는 파이프) 서비스에 대한 파일럿 설치 후 ), Petronas(말레이시아 쿠알라룸푸르)는 AOG의 TCP 플로우라인이 기술 준비도 레벨 6(베타 프로토타입 검증)을 달성한 것으로 인정했습니다. "그리고 우리는 2019년에 TRL 7[파일럿 시스템 시연]에 도달할 것으로 예상합니다."라고 AOG CCO인 Martin Van Onna가 보고합니다. 이러한 성공적인 자격 및 파일럿 프로그램과 함께 AOG는 특히 유리 섬유/HDPE TCP와 함께 성장하는 상업적 실적을 보고합니다.

마그마의 경우 2018년은 똑같이 다사다난했습니다. 3월에 Tullow Ghana는 Tweneboa, Enyenra, Ntomme(TEN) 연안 유전 개발을 위한 2.5km의 흐름선에 대한 계약을 Magma와 체결했습니다. 5월에 해양 서비스 회사인 Ocyan(브라질 리우데자네이루)과 협력하여 Magma는 Magma의 탄소 섬유/폴리에테르에테르케톤(PEEK) m을 사용하는 CMHR(Composite Multi-Bore Hybrid Riser) 설계에 대한 제3자 검증을 완료하고 받았습니다. -파이프. Magma와 Ocyan은 브라질의 심해 개발을 위해 CMHR에 입찰하고 있습니다. Magma는 8월에 Equinor(노르웨이 스타방에르)와의 공동 이니셔티브가 정부 자금 출처인 Innovate UK로부터 1050만 파운드의 자금을 확보하여 점퍼(유류선 및/또는 해저 시설을 연결하는 파이프를 위한 완전 마그마 솔루션)를 인증했다고 발표했습니다. ). 마지막으로, 11월에 Energy Institute(영국 런던)는 m-파이프에 대한 2018년 혁신상을 마그마에 수여했습니다. 파이프가 심해 매장지에서 석유 및 가스 생산 문제를 해결할 수 있는 능력과 재사용할 수 있습니다.

2019년에 AOG와 Magma는 꽃이 만발한 복합 재료 시장에 서비스를 제공하면서 생산 능력을 늘릴 큰 계획을 가지고 있습니다. Van Onna는 "특히 작년 하반기에 수요가 너무 빠르게 증가하고 있으므로 매우 빠르게 성장해야 합니다."라고 단언합니다.

TCP 항소

이러한 급속한 성장을 강조하는 것은 심해 석유 및 가스 애플리케이션에 TCP를 배포한 비교적 짧은 역사입니다. TCP는 1990년대부터 사용되어 온 강화 열가소성 파이프(RTP)와 다릅니다. RTP는 접합되지 않은 열가소성 라이너로 구성되어 있습니다. 아라미드 또는 유리 섬유 복합재로 만든 다음 열가소성 수지로 코팅합니다. 완전 결합 TCP에 비해 압력이 낮고 온도가 덜 요구되는 애플리케이션에 사용됩니다. TCP는 유사한 재료 세트로 구성되어 있지만 두 가지 이유로 더 높은 압력과 더 큰 온도 범위에 적합합니다. 첫째, 일부 TCP는 PEEK와 같은 고성능 열가소성 수지 및/또는 탄소 섬유와 같은 고강도 보강재를 사용합니다. 둘째, TCP 계층은 결합됩니다. 동일한 재료로 만든 RTP보다 더 높은 성능 특성을 제공하는 용융 퓨즈 제조 공정을 통해 서로 연결됩니다.

불과 11년 전 Van Onna는 다음과 같이 회상합니다. 아니요 TCP는 심해 응용 프로그램에 배포되었습니다. 그런 다음 2009년에 AOG는 최초의 연안 TCP 다운라인(해저 파이프라인 또는 해저 유정에 주입하기 위해 해저로 유체를 펌핑하는 데 사용됨)을 개발 및 배포했습니다. 이 회사는 2012년에 본격적인 TCP 생산 사이트를 구축했습니다. 2018년까지 AOG는 3개의 생산 라인을 포함하도록 생산 능력을 늘렸을 뿐만 아니라 최대 65˚C/150˚F 및 5개의 애플리케이션을 위한 유리 섬유/HDPE를 포함하는 제조 능력을 갖추었습니다. ksi; 최대 80˚C/180˚F 및 10ksi의 적용을 위한 탄소 섬유/폴리아미드 12; 최대 121˚C/250˚F 및 15ksi의 적용을 위한 탄소 섬유/PVDF.

한편, Magma는 2009년에 설립되어 2012년 m-pipe 배치를 시작하여 2016년 영국 Portsmouth에 생산 현장을 열었습니다. 회사 창립 5주년 기념식에서 CEO Martin Jones는 다음과 같이 말했습니다. 탄소 섬유의 사용이 이제 표준이 된 좋은 선례입니다. 그것은 이제 석유와 가스에서도 일어나고 있습니다. 우리는 현재 모든 주요 사업자와 협력하고 있습니다.”

TCP의 채택 증가는 기존 파이프에 비해 비용을 절감할 수 있는 수많은 이점에서 비롯됩니다. 예를 들어, 재료 비용이 더 높음에도 불구하고 AOG의 최고 성능 탄소 섬유/PVDF를 플로우라인 애플리케이션에 사용하면 금속 플로우라인에 비해 설치 시 비용이 30% 절감되는 것으로 보고되었습니다. 유사하게, Calash(영국 런던)의 단일 라인 오프셋 라이저(SLOR) 애플리케이션에서 m-파이프 대 강철에 대한 상업적 검토에서는 설치 시 비용이 11% 절감되는 것으로 추정했습니다. 이러한 비용 절감은 운송, 준비(예:끝단 피팅이 있는 파이프 종단) 및 설치를 다른 재료로 만든 파이프로 이러한 작업을 수행하는 것보다 훨씬 저렴하게 해주는 여러 TCP 속성 덕분입니다.

복합 재료의 경우와 마찬가지로 첫 번째 속성은 가벼운 것입니다. TCP의 무게는 강관 무게의 10분의 1에 불과하지만 파이프의 가벼운 무게와 유연성의 조합은 다음과 같은 중요한 이점을 제공합니다. 비교적 작은 드럼과 해저 팔레트에 감겨 있어야 합니다. 이 때문에 소형 선박은 장거리 TCP를 운송하고 설치할 수 있습니다. 이는 재래식 중량물 선박의 배치가 비용이 많이 드는 제안인 더 먼 근해 위치(예:서아프리카 연안)에서 물류 및 경제적 이점입니다. TCP의 용융 융해 기능으로 인한 또 다른 비용 절감 이점은 파이프를 종단 처리하고 현장에서 피팅을 설치할 수 있다는 것입니다.

TCP는 고강도, 유연성 및 종단 용이성의 조합을 제공하여 기존 금속 파이프(강하지만 단단함)와 나선형으로 적용된 금속 와이어 및 압출 열가소성 수지(유연하지만 무겁고 매우 현장에서 종료하는 데 비용이 많이 듦). TCP는 외부 조건과 이를 통과하는 유체에 의해 생성된 내부 조건 모두에서 해저 애플리케이션의 까다로운 압력과 온도를 효율적으로 처리할 수 있습니다. TCP의 열가소성 라이너는 낮은 마찰 계수로 인해 높은 유속을 제공합니다. 마지막으로, 에너지 회사가 지하 깊은 곳에서 발견되는 신(즉, 산성) 원유를 더 자주 펌핑하고 있음에도 불구하고 TCP의 다른 두 가지 주요 속성인 부식 및 피로 저항은 TCP의 내구성을 높입니다.

파이프 생산 가속화

급증하는 수요를 충족하기 위해 AOG는 회사의 생산 능력을 5배 증가시키기 위해 설계된 3년 프로그램의 1년을 앞두고 있습니다. Van Onna는 "우리는 모두 생산 능력을 증가시키는 10가지 이상의 개별 조치를 시행하고 있습니다."라고 말합니다.

TCP는 AOG에서 연속 3단계로 생성됩니다. 먼저 열가소성 라이너가 압출됩니다. 다음으로, 현장 통합 기능이 있는 자동 테이프 부설(ATL)은 섬유 강화 열가소성 테이프의 몇 층에서 100개 층에 걸쳐 감습니다. 각 층은 이전 층에 용융 융합됩니다. 마지막으로 파이프는 코팅 압출 다이를 통과합니다. 이것은 일반적인 공압출이 아니라고 Van Onna는 설명합니다. “우리는 외부 복합재 층을 녹이고 라미네이트 위에 코팅을 압력 성형합니다. 그 결과 코팅과 라미네이트 사이에 높은 전단 강도를 갖는 파이프가 생성되어 고객이 어디서든 TCP를 종료할 수 있는 동시에 고강도, 내구성 및 보호 코팅을 유지할 수 있습니다.”

AOG는 용량을 늘리는 확실한 방법인 와인딩 스테이션을 추가하고 있지만 압출 및 와인딩 속도도 증가하고 있습니다. 이 회사는 생산 라인에 독점적인 자동 검사 시스템을 통합하여 생산 속도를 높여도 일관된 특성과 특성을 보장합니다.

마그마의 생산 공정은 AOG와 유사합니다. Magma m-pipe는 약 25%의 탄소 섬유, 25%의 S2 유리 섬유 및 50%의 PEEK로 구성됩니다. Magma는 제조 공정을 "완전 자동화된 로봇 3D 레이저 인쇄 공정"이라고 합니다. 이것은 ATL 공정이 레이저를 사용하여 유리 섬유/PEEK 및 탄소 섬유/PEEK 테이프의 교대 층을 융합하는 PEEK로 만든 매끄러운 구멍 내부 파이프 전구체의 압출로 구성됩니다. Magma는 Victrex(영국 Lancashire)로부터 인수한 PEEK의 피로 능력이 매우 높기 때문에 PEEK를 선택했습니다. Toray Industries(Tokyo, Japan)는 m-pipe에 사용되는 보강재를 공급합니다. Magma는 영국 포츠머스의 내부 생산 라인뿐만 아니라 첫 번째 포츠머스에서도 가동 중인 모바일 국내 제조 모듈(ICMM)을 통해 생산 수요를 충족시키고 있습니다. Magma는 특히 라이저 애플리케이션의 경우 물류 및 재정적으로 현지 생산을 선호하기 때문에 더 많은 ICMM을 배치할 것으로 예상합니다.

곧 상업적 성공

중요한 것은 TCP의 개발은 해저 애플리케이션에서 TCP의 설계 및 자격을 위한 공식 표준의 생성과 함께 이루어졌다는 것입니다. Van Onna는 이 표준에 이르는 길은 고단했지만 결과는 에너지 전문가들 사이에서 제품의 장기 성능과 예상 사용 비용에 대한 큰 확신을 불러일으키는 문서 및 지침이라고 말했습니다. 이러한 확신은 파이프 파손을 단순히 용인할 수 없는 해양 석유 및 가스 생산과 같이 엄격하게 규제되고 면밀히 관찰되는 산업에서 매우 중요합니다. Van Onna는 이 표준이 기본 재료의 자격은 물론 설계 방법은 물론 생산 기술까지 포괄한다고 설명합니다. AOG는 TCP 기본 재료 및 생산 품질이 항공 우주에서 사용되는 것과 같은 오토클레이브 경화 복합 구조의 벤치마크와 동일함을 입증할 수 있었습니다.

Van Onna는 AOG의 적격성 평가 접근 방식은 "모든 기본 재료에 대해 별도의 적격성 평가를 실행하는 것이었습니다. 그런 다음 자격을 갖춘 재료를 사용하여 모든 크기의 파이프를 설계하고 제조합니다.” Van Onna는 자격을 획득하고 TRL 레벨을 통과하여 TCP는 이제 2019년부터 대량의 제품을 생산할 준비가 되어 있다고 믿습니다.