用于离岸防腐蚀包覆系统的磨损指示器系统

摘要

一种金属管，其具有带有上层和下层的至少两层的防腐蚀包覆部，并且其中下层配备为使得在其上的层受损时能够检测光学或电信号，该金属管用于安装到离岸建筑物中或用于制造埋设在水中的管路。由此可以容易地识别防腐蚀包覆部的损伤并且必要时通过远程维护通知。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于金属管的磨损指示器系统，所述金属管是离岸建筑物的一部分并且用防腐蚀系统包覆。

背景技术

建在海岸线前的开阔海域中的固定建筑物称作离岸建筑物。针对这种离岸建筑物的例子是风力设备、钻井平台和灯塔。与多层结构的柔性管不同，合适的管路系统是具有金属构成的实心壁的刚性管。

金属管例如是离岸建筑物的基础结构的一部分。离岸建筑物的基础结构是支承实际功能单元的区域。在风力设备中，基础结构支承包括涡轮机和转子在内的塔架。在钻井平台中，基础结构支承包括上层建筑在内的平台。在灯塔中，基础结构支承塔架（只要存在）以及信号灯。基础结构在水下、在潮间带中、在浮沫带中以及必要时在气雾带（Aerosolzone）中。基础机构包括基础元件，利用基础元件将基础结构锚固在海床中。

在规划建造风力利用设备的过程中，在未来一年中不仅在北海而且在其他海以及内陆湖中规划了许多离岸风力设备。离岸风力设备的机械的整个系统由于部件：涡轮机、转子、塔架和基础结构构成。

为了将这些设备建立在水域底部，在达到距离海岸超过100km的位置处需要特殊的构造，其与岸上区域中的构造极为不同。昂贵的构造的部分区域譬如单堆柱（Monopile）、罩、三脚架、三堆柱（Tripile）受到高静态并且尤其动态以及腐蚀性负荷。根据相应所考察的位置处的位置和水深，应当考虑所谓的50年一遇海浪以及潮位变幅。为此出现强UV辐射、含盐水浪、水沫、气雾、温度变化、机械负荷、贝壳和其他生物的积垢和与此相联系的由动物引起的磨蚀以及由动物和其他海洋生物的乳头溢液引起的化学磨蚀。对于这些构造使用钢管，钢管出于防腐蚀原因可以气密封闭或以混凝土填充。此外，电力线路或者其他供电线路可以穿过钢构造管。

到目前为止，构造所需的金属管设计得比直接所需的壁厚显著更厚（达到25%）并且在此常用的漆，通常基于环氧树脂或聚亚胺酯用于防腐蚀。通常，涂装系统并不提供对机械负荷的特别防护。此外，涂装系统通常通过手工涂覆到很大高度，这导致质量检查是困难的。这种涂覆的质量不能与在工厂中进行的涂覆相比较。

在EP 2 511 430中描述了，以由聚酰胺模塑材料构成的被挤出的层包覆的钢构造管可以使用在离岸建筑物的基础结构中。由此，实现了与目前已知的相关管的情况相比对机械负荷以及对腐蚀或UV辐射的更好防护。包覆部也可以多层地构建。

金属构成的管道目前通常以聚烯烃譬如聚乙烯或聚丙烯包覆（WO 2002/094922、US 2002/0066491、EP-A-0 346 101）。涂覆或包覆主要用于防腐蚀；其通过相应的标准来描述。对于聚烯烃包覆，标准例如是DIN EN 10288或DIN 30678。在聚烯烃包覆的情况下，该层例如借助管挤出或卷曲挤出（Wickelextrusion）来制造。为了增强粘附，在挤出之前可以相继地施加环氧树脂层和粘合剂层。

由DIN EN 10310（德语版本EN 10310:2003）规定的其他现有技术设计为借助聚酰胺粉末涂覆埋入地中和埋入水中的管路的金属管。聚酰胺涂覆通过浸入液浴、喷射或以辊涂方法（Walz（en）auftrag）来施加。由于方法所限，借助粉末涂覆只能将相对薄的层施加到金属上。特别不利的是，对于涂覆而言必须使用由比较低分子聚酰胺构成的粉末，以便保证熔融物在热金属表面上的良好分布。这样获得的涂覆首先用于防腐蚀。此外，也公开了基于环氧树脂或聚亚安酯的热固涂覆。

在管路构造中，对管路涂覆提出了越来越高的技术要求，因为环境条件、埋设条件和工作条件变得越来越富有挑战性。用于防止埋入地中的管路腐蚀的最有效方法之一（尤其在阴极腐蚀防护）是多层镀装。多层镀装由作为第一层的氧化树脂层、作为第二层的共聚体（作为粘合剂）和由聚乙烯或聚丙烯构成的外部聚烯烃层。镀装方法可以应用于小型管直至大型管。然而，在离岸区域和岸上区域中经常对抗机械应力的耐受性提出了附加高要求。为了附加地考虑该问题，WO 2010/094528建议使用金属管道，金属管道以由聚酰胺模塑材料构成的被挤出的层包覆，用于制造埋设在水中的管路。

对这种防腐蚀涂覆的损伤导致要保护的钢构造的腐蚀并且这样会导致建筑物或管道的结构性危险。因此，现有技术一方面（尤其是在离岸建筑物的情况下）是对防腐蚀的有规律地现场检查；而另一方面设计包括安全系数在内的刚构造，安全系数允许由受损的保护层引起的、时间上有限的对缸构造的腐蚀。

例如，因为离岸风能设备不能连续地占用，对风能设备的检查与明显提高的开销相联系；始终需要到达设备。由于气候和海洋的外部影响，达到或视觉检查设备并非始终是可能的，这使检查附加变得困难。

发明内容

因此，本发明的技术问题是开发一种用于防腐蚀包覆系统的磨损指示器系统，磨损指示器系统即使在不按规律占用离岸建筑物时也能够实现防腐蚀的可靠评估。尤其是，由此驶向建筑物要限制到最小值以及也可以降低在设计建筑物时的安全裕度。

该技术问题通过金属管来解决，金属管拥有带有上层和下层的至少两层的防腐蚀包覆部，其中下层配备为使得在在其上的层或数层损伤时可以检测光学或电学信号。

本发明的主题也为这种金属管用于安装于离岸建筑物（离岸建筑物的基础结构）中或用于制造埋设在水中的管路的应用。

在第一可能的实施形式中，下（即朝向金属的）层导电地设计，而朝向水的上层电绝缘地设计。通过对水施加电压可以借助远程维护通过出现的短路检测涂层的损伤。水优选包含溶解的盐的水，例如海水或半咸水。导电层可以对金属隔离。但，导电层可以与金属导电连接，使得金属构造在相同的电势上。

在第二可能的实施形式中，两个对置的层在视觉上形成对照。一般而言，这些层在颜色上区分。例如，如果上层被设置为黄色而下层被设置为红色，则由于出现红色区域可以确定上层的损伤。对比度优选对应于至少对应于为四的灰度等级（根据DIN EN 20105-A02）、特别优选至少对应于为三的灰度等级和尤其优选至少对应于为2/3的灰度等级。测量根据DIN EN ISO 11664-4利用分光测光仪（球体）来进行。

在第三可能的实施形式中，第一实施形式和第二实施形式彼此组合。损伤通过短路的出现而被检测并且通过远程访问来通知；于是可以现场通过视觉比照来快速发现和维修。

附图说明

该原理在图1中予以阐明。

具体实施方式

在图1中示出用混凝土填充的金属管，该金属管用由导电的塑料构成的层并且随后用由电绝缘的塑料材构成的层涂覆。两种塑料材料被不同地着色。电绝缘的外部包覆层在一个部位处受损，使得导电的层与海水出现接触。由此通过电阻测量检测短路。受损的部位借助视觉对照能够发现。

下层的导电布置可以以已知的方式进行，例如通过使用以导电炭黑填充的模塑材料或通过嵌入轴向分布的或缠绕的电导体例如丝线、绞合线或带来进行。

离岸建筑物优选是离岸风能设备、钻井平台或灯塔。

离岸风能设备的基础结构是支承塔架的结构。该基础结构从锚固在海床中的基础元件）在位于水下的结构之上延伸直至放置塔架并且可能处于静止水平面之上的部位。

作为基础结构例如使用如下类型：

单堆柱（Monopile）构造由圆柱体的空心杆构成。单堆柱在许多欧洲离岸风电厂使用在近岸中；对模塑材料适于目前达到大约20米的水深。单堆柱可以简单且快速安装；然而对于建立而言需要重型打桩机。同时，用钻头实施经济安装的试验。

罩是由钢构成的框架构造，该框架构造类似于常见电线杆的构造。在其四个脚处，罩用锚固杆锚固在海床上。罩构造在石油工业中已证明使用在较大水深中。通过框架构造相对于单堆柱可以节约40%到50%的钢。这样，在将该构造使用在较大水深中时的工程造价仅比较小地升高。由于各个部件相对小，所以部件可以减轻并且可以容易运输和安装。

在三脚架的情况下，该结构由三脚架构成，该三脚架由钢形成，在该三脚架上中心地放置有中央管。三脚架的这些脚可以分别安装在一个杆上或安装到多个杆上。为了打桩，在形成的等腰三角形的顶点处布置对中套管。杆彼此间通过水平支柱连接并且通过对角线支撑件连接到中央管上。中央管并不系接到海床中。在此，由于使用具有较小直径的金属管，所以该三脚架可以使用于大于20米的水深。

四脚架是三脚架方案的其中四个非三个支撑件的修改方案。在此情况下，在大水深的情况下实现了提高的基础强度。

三堆柱由三个钢柱构成，三个钢柱锚固在水下。在水上，在钢柱上安放三脚架构造。根据制造数据，三堆柱基座适于25米到50米的水深。

这种构造例如在以下公开资料中予以描述：

- 用于离岸风能设备的基座，Deutsche Energie-Agentur（德国能源机构）GmbH，Stand(州) 12/09

- Florian Biehl，Kollisionssicherheit von Offshore-Windenergieanlagen（离岸风能设备的碰撞安全性）, Stahlbau（钢结构）, 第78(6)卷，第402-409页(2009);

K. Lesny, W. Richwien (编选者), Gründung von Offshore-Windenergieanlagen(离岸风能设备的基础) - Werkzeuge für Planung und Bemessung(用于规划和测量的工具), VGE Verlag Glückauf 2008, ISBN:978-3-86797- 035-8；

- DE 103 10708 A1。

防腐蚀包覆部的上层和下层由聚合材料构成,例如由聚酰胺模塑材料、聚烯烃模塑材料、含氟聚合物模塑材料（例如基于PVDF）、基于热塑性聚亚安酯的模塑材料、交联的聚亚安酯或交联的环氧树脂。

在一个优选的实施形式中，上层由通过挤出施加的聚酰胺模塑材料构成。下层于是同样可以由聚酰胺模塑材料、聚烯烃模塑材料或由其他聚合物材料构成。下层的材料可以包含粘附树脂，例如环氧树脂（例如Araldit®），在此情况下，该层可以直接施加在金属表面上。

通常而言，在金属表面与下层之间存在至少一个另外的层。例如可以是如下层：

- 例如根据WO 03/093374的陶瓷层；

- 例如由环氧树脂（US 5 580 659）或由环氧树脂和聚丙烯酸脂乳胶（WO 00/04106）构成的基于水的混合物构成的打底层，

- 由聚酰胺热熔型粘合剂构成或聚烯烃构成的粘附增强层，该聚酰胺热熔型粘合剂例如可以作为粉末通过喷洒等来施加（EP 1 808 468 A2），聚烯烃带有功能团。作为功能团例如考虑羧基或酸酐基（WO 02/094922）、环氧基或烷氧基（EP-A-0 346 101）。聚烯烃层也可以起泡。聚烯烃优选是聚乙烯或聚丙烯；

- 其他化合粘附增强剂，其要保证在机械应力的情况下复合结构不受聚酰胺层和原料妨碍；

- 织物或垫形式的纺织增强，例如由玻璃纤维或者尼龙纤维（Kevlar）构成。

可能的陶瓷层、打底层、粘附增强层和/或纺织增强根据任何任意方法施加到管上。合适的方法是现有技术。

上层和下层的材料根据已知的方法例如借助管挤出或卷曲挤出来施加。在一个可能的变形方案中，两个层必要时与粘附增强层一起通过多层复合结构的混合挤出来产生和施加。

管挤出和卷曲挤出是经长期经证明的用于管的包覆方法。在钢管手册（第12版第392-409页，Vulkan-Verlag Essen, 1995年）详细描述了该方法。

所施加的层必须至少厚到使得层在施加的条件下可以作为闭合的层产生。优选地，层厚度为至少0.5mm、特别优选为至少1.0mm和尤其优选为至少1.2mm。

通常，已证明的层厚度达到大约8mm、优选达到大约7mm、特别优选达到大约6mm和尤其优选达到大约5mm。然而在需要时，该层也可以选择得更厚，例如达到30mm或更厚。

金属管例如由钢、不锈钢、红铜、铝、铸铁、锌、具有这些金属之一作为组成部分的合金、黄铜、镀锌的钢、镀镉的钢、铝涂覆的金属，具有譬如GALFAN涂覆的钢的金属合金或由任何其他金属构成。管也可以根据现有技术的所有方法来制造，例如作为焊接的或无缝管。相应的制造方法是普遍已知的现有技术。

金属管的外直径优选为至少20mm并且最大8000mm。

单个管以已知的方式在结构上彼此连接例如通过焊接来连接。

本发明的特别优点是，当金属构造本身还未开始被腐蚀时就已被确定和维修。在此情况下，维修总体成本并不过高。