热塑性复合管道 将彻底变革深海作业

访问Airborne Oil & Gas（AOG，荷兰艾默伊登）与Magma Global Ltd.（英国朴茨茅斯）官网新闻页，你会觉得2018年是这两家深海应用热塑性复合管道（TCP）领军制造商的分水岭之年。但别惊讶，2019年关于这新兴复合材料市场的新闻可能超越前年。

AOG 2018里程碑

6月，AOG为南美主要运营商启动碳纤维/聚偏二氟乙烯（PVDF）升降管（连接海底生产系统与海面生产船舶管道）资质认证项目，与海底安装承包商Subsea 7（卢森堡）合作。8月，经为期五年广泛资质认证项目，随全球首个烃类（全井眼）服务试点安装，Petronas（马来西亚吉隆坡）认可AOG玻纤/高密度聚乙烯（HDPE）输流管（连接井口至后续处理设备管道）达到技术成熟度等级6（贝塔原型验证）。“预计2019年达TRL 7[原型系统演示]，”AOG首席商务官Martin Van Onna报告。除成功资质认证与试点项目，AOG商业履历增长，尤以玻纤/HDPE TCP见长。

Magma 2018同样丰收

3月，Tullow Ghana授予Magma合同，为其TEN（Tweneboa、Enyenra、Ntomme）海上油田开发提供2.5公里输流管。5月，与Ocyan（巴西里约热内卢）合作，Magma完成并获第三方验证复合材料多孔混合升降管（CMHR）设计，采用Magma碳纤维/聚醚醚酮（PEEK）m-pipe。Magma与Ocyan竞标巴西深水开发项目。8月，与Equinor（挪威斯塔万格）联合倡议获英国政府资金源Innovate UK 1050万英镑资助，资质认证全Magma方案用于跳管（连接输流线和/或海底设施管道）。11月，能源学会（英国伦敦）授予Magma 2018创新奖，肯定m-pipe解决深水油气生产挑战及可复用能力。

2019年，AOG与Magma有扩产大计以服务蓬勃复合材料市场。“尤其是去年下半年，”Van Onna肯定，“需求增长极快，我们必须极快扩张。”

TCP魅力所在

支撑快速增长的是TCP在深海油气应用中相对简短的部署史。注意TCP区别于增强热塑性管（RTP）——后者1990年代问世。RTP由热塑性内衬缠绕非粘结芳纶或玻纤复合材料、外涂热塑性组成。用于比全粘结TCP更低压力、温度要求不高的应用。虽材料组合相似，TCP因两点适配更高压力、更宽温域：一、部分TCP用更高性能热塑性树脂（如PEEK）和/或更高强度增强（如碳纤维）；二、TCP层间通过熔融制造工艺粘结，同材料下性能超RTP。

仅11年前，Van Onna回顾，无TCP部署于深海。2009年AOG开发部署首个海上TCP下注管（用于向海底泵注流体注入海底管线或井口）。2012年建成全规模TCP生产基地。至2018年，AOG产能扩至三条生产线，制造能力含：玻纤/HDPE用于65°C/150°F、5 ksi应用；碳纤维/聚酰胺12用于80°C/180°F、10 ksi；碳纤维/PVDF用于121°C/250°F、15 ksi。

期间，Magma 2009年成立，2012年开始部署m-pipe，2016年英国朴茨茅斯建厂。五周年庆典上CEO Martin Jones评论：“航空业是碳纤维应用成标准的好先例。现也在油气发生。我们目前与所有主要运营商合作。”

TCP采用加速源于其相较常规管道的多重成本优势。例如，虽材料成本更高，AOG最高性能碳纤维/PVDF输流管应用较金属输流管实现安装成本30%节省。同样，Calash（英国伦敦）商业评估m-pipe对比钢管在单线偏移升降管（SLOR）应用估算安装成本节省11%。节省源于TCP多项特性使运输、准备（如端部接头终止）、安装远比其他材料管道廉价。

如复合材料常见，首要特性是轻量——TCP重量仅钢管十分之一——但轻量与柔性结合造就关键优势：管道可盘绕于相对小卷筒与海底托盘。因此小型船舶即可运输安装长跨度TCP——在偏远海上（如西非海岸）部署常规重型起重船成本高昂时，这是物流与经济福音。TCP熔融能力带来的另一成本优势：管道可现场终止安装端部接头。

TCP兼具高强度、柔性、易终止，集常规金属管（强但刚性）与非粘结层绕金属丝挤出热塑性柔性管（柔但重、现场终止极贵）优势于一体。TCP全胜任高要求海底应用压力温度——无论外部环境还是内部流体工况。TCP热塑性内衬因低摩擦系数提供高流率。最后两大关键属性——耐腐蚀与抗疲劳——使TCP极其耐用，尤其中能公司更频繁输送深地酸性酸性原油。

加速管道生产

为应对加速需求，AOG实施三年计划第一年，目标产能提升5倍。“实施10余项措施全指向增产，”Van Onna说。

AOG分三连续步骤生产TCP。先挤出热塑性内衬。次自动铺带（ATL）原位固化缠绕数层至百层纤维增强热塑性带材，各层熔融粘结前序层。最后通过涂层挤出模。非常规共挤出，Van Onna解释：“熔融外层复合层压制涂层到层压板上。结果获层压板与涂层间高剪切强度，使客户可在任意位置终止我司TCP，同时保持高强度、耐用、保护性涂层。”

AOG增设缠绕工位（增产显性路径），也提升挤出与缠绕速度。集成专有自动检测系统于生产线，确保增速下特性性能一致。

Magma生产工艺似AOG。Magma m-pipe约含25%碳纤维、25% S2玻纤、50% PEEK。Magma称制造工艺为“全自动机器人3D激光打印工艺”。含挤出PEEK光滑内管前驱体，ATL工艺用激光熔融交替缠绕玻纤/PEEK与碳纤维/PEEK带材。Magma选PEEK（自Victrex英国兰开夏采购）因其极高疲劳容限。增强材料由Toray Industries（日本东京）供应。Magma除内部朴茨茅斯产线，还靠移动式在制造模块（ICMM）跟上需求，首个ICMM也在朴茨茅斯运行。Magma预期部署更多ICMM，因公司偏好本地化生产，对升降管应用尤具物流与财务优势。

商业成功在即

重要的是，TCP发展伴随深海应用TCP设计资质认证正式标准诞生。通往标准之路艰辛，Van Onna说，但成果文件与指南让能源专业人士对产品长期性能及预期全寿命成本高度信心。这在高监管、严监管的海上油气生产行业至关重要，管道失效绝不可接受。标准覆盖基材资质、设计方法、生产技术。AOG已证明其TCP基材与生产质量等同航空航天用热压罐固化复合结构基准。

AOG资质认证路径，Van Onna续述：“对所有基材分别资质认证。再用那些合格材料设计制造任意尺寸管道。”获资质认证并攀升TRL等级，TCP现蓄势待发，Van Onna信服2019年起将迎来大规模产品量产。