深水烃(例如油、气体或其混合物)萃取中，从海床以下取出原油或气体， 并通过管路系统转移到水表面。将通过管道流动的油或气体的温度(其通常 在高温(例如60-300℃)下抽提)保持在高于约40℃的温度是非常重要的，以 避免固体材料和水合物沉淀，该沉淀可导致管道堵塞并干扰生产。由于在大 深度处的水温稍微高于结冰温度(例如约4℃)，必须使管道绝缘。此外，如 果为了较好维修或因为影响表面平台的恶劣天气条件以及中断泵送操作，必 须中断油或气流，则重要的是保持管道和管路系统的其它组件(例如采油树 或海底采油树、提升管等)内的剩余原油和气体的温度高于要抽提特定原油 或气体的沉淀温度，以在恢复生产之前，最小化或完全避免清淤和/或冲洗管 路系统的昂贵和生产中断需要。
为此目的，已经进行许多努力，以提供经济有效的水下油气管道系统绝 缘问题的解决办法。特别可以接受的方法是提供包含管中管系统的管道，其 中内管由用作输送管的外管包围，并其中由内管和外管限定的环形空间包含 绝缘材料。例如，美国专利6145547公开了一种管中管组件，其包括在内输 送管周围并被外输送管包住的多微孔材料自持板，其中提供纵向气流的自由 通路。为了改善热绝缘，该组件在减压下保持。美国专利申请公开 2004/0134556A1公开了管状体(例如管中管组件)的绝热系统，其包含至少两 个叠加抽空板(superimposed evacuated panel)，每个单独设置在管中管组件的 内管周围，且其中对该至少两个板中的每个板的用以限定间隙的两个相对边 缘进行设置，使得不相重合，从而消除内管和外管之间的传热用连续通路。
类似地，人们对输送液态烃(例如液化天然气、液化丙烷气)的管道存在 很大兴趣。在这种情况下，需要热绝缘以保持液化天然气的低温(约-163℃)， 以避免由于来自较热环境的热传递导致液体蒸发。
另外，随着油气田变得枯竭，通常采用蒸汽喷射以保持油气田中的油层 压力，从而保持以经济速度进行生产。在该技术中，必须输送蒸汽至生产位 置，其通常远离蒸汽发生位置。因此，要求蒸汽输送管绝热，以防止蒸汽冷 凝。
工厂、HVAC系统、用于公司、市区或大学校园和建筑以及许多其它环 境的蒸汽加热系统中的热流体和低温流体(例如工业气体例如氧气、氮气、 氩气和氢气)的传输也要求绝缘。一些情况下，外管是简单的遮盖物，其包 含材料例如铝包层或聚氯乙烯管。
然而，对管中管组件进行绝缘的现有方法在许多方面仍有不足。当设置 在管中管组件内时、或当端对端放置时，分别在绝缘体中、或同时在相对边 缘之间以及各端之间的保持间隙所必需的预成型绝缘板等允许内管和外管 之间热传递，这降低了绝缘效率并需要更大量的绝缘材料。某些管中管组件 的环形空间内的减压的保持很大程度上取决于真空密封组件的形成，而且， 如果真空环境受到损害，则使组件性能处于危险中。一些绝缘材料例如聚氨 酯泡沫体在使用期限内损失绝缘效率和/或形状。由于有效绝缘能力较小，其 它绝缘材料需要使用较大直径外管，以容纳足够的绝缘材料。因此，需要改 善制备绝缘管中管组件的方法。

本发明提供了一种制备绝缘管中管组件的方法，该方法包括(i)提供包含 下列物质的组件：(a)至少一个内管，(b)位于该至少一个内管周围的外管，以 在该至少一个内管的外表面和外管的内表面之间形成环形空间，和(c)至少一 个包含多孔弹性、体积可压缩材料的容器，其中可压缩材料约束在容器内， 并具有第一体积，其中可压缩材料的第一体积小于该可压缩材料的未受限体 积，其中在环形空间中配置至少一个容器；和(ii)改变该至少一个容器，以减 小对可压缩材料的限制程度，以使可压缩材料的体积增加至大于第一体积的 第二体积，从而形成绝缘管中管组件。
本发明还提供了一种制备绝缘管中管组件的方法，该方法包括(i)提供包 含下列物质的组件：(a)至少一个内管，(b)位于该至少一个内管周围的第一外 管(或其它约束手段)，以在该至少一个内管的外表面和外管的内表面之间形 成环形空间，(c)任选地，位于第一外管周围的至少一个另外的外管，以在第 一外管外表面和另外的外管内表面之间形成环形空间，和(d)至少一个包含多 孔弹性、体积可压缩材料的容器，其中可压缩材料约束在容器内，并具有第 一体积，其中可压缩材料的第一体积小于该可压缩材料的未受限体积，其中 在(至少一个)环形空间中配置该至少一个容器；和(ii)改变该至少一个容器， 以减小对可压缩材料的限制程度，以使可压缩材料的体积增加至大于第一体 积的第二体积，从而形成绝缘管中管中管组件。
本发明还提供了一种绝缘管中管组件，包括(a)至少一个具有外表面的内 管，(b)具有位于该至少一个内管周围的内表面的外管，(c)外管的内表面和该 至少一个内管的外表面之间的环形空间，(d)配置在环形空间中的多孔、弹性 的可压缩材料，和(e)预先设置在环形空间中并预先保持可压缩材料体积小于 环形空间中可压缩材料体积的容器的剩余部分。
本发明还提供了一种绝缘管中管组件，包含(a)至少一个具有外表面的内 管，(b)具有位于该至少一个内管周围的内表面的第一外管或其它约束手段， (c)在外管的内表面和该至少一个内管的外表面之间的环形空间，(d)位于第一 外管周围的至少一个另外的外管，以在第一外管的外表面和另外的外管的内 表面之间形成另外的环形表面，(e)配置在一个或多个环形空间中的多孔弹性 可压缩材料，和(f)预先设置在一个或多个环形空间中的容器的剩余部分，其 预先保持可压缩材料体积小于环形空间中可压缩材料体积。
本发明进一步提供了一种绝缘管中管组件，包含(a)至少一个具有外表面 的内管，(b)具有位于该至少一个内管周围的内表面的外管，(c)在该外管的内 表面和该至少一个内管的外表面之间的环形空间，和(d)配置在环形空间中的 纳孔二氧化硅，其中该纳孔二氧化硅具有80千克/立方米至约140千克/立方 米的密度，并且在约0℃表面和约25℃表面之间测量时，热导率为约 20mW/m·K或更小。
附图说明
图1图解了可用于本发明的密封容器的一个实施方式。
图2图解了位于内部筒形元件周围的两个图1实施方式的密封容器的横 截面图。
图3图解了一种管中管组件，其具有内管5、外管6和两个图1实施方 式的密封容器，该容器包含置于由内管和外管所限定的环形空间内的多孔弹 性体积可压缩材料。
图4图解了在两个密封容器压力均衡后，图3的管中管组件。
图5是可用于本发明的密封容器的形成工艺在开始和结束时的模制装置 的示意性横截面图。
图6图解了管中管组件，其中套管或鞘套用于约束多孔弹性体积可压缩 材料，使得套管和外管之间存在空隙。

本发明提供了制备绝缘管中管组件和系统的方法，以及管中管组件和系 统。
本发明制备绝缘管中管组件的方法包括(i)提供包含下列物质的组件：(a) 至少一个内管，(b)位于该至少一个内管周围的至少一个外管，以在该至少一 个内管的外表面和外管的内表面之间形成环形空间(和任选地，在外管外表 面和另外的外管内表面之间的另外的环形空间)，和(c)至少一个包含多孔弹 性体积可压缩材料的容器，其中该可压缩材料约束在容器内并具有第一体 积，其中可压缩材料的第一体积小于可压缩材料的未受限体积，并且其中该 至少一个容器配置在环形空间中(或使用最终大于一个外管的一个或多个环 形空间)；和(ii)改变该至少一个容器，以降低对可压缩材料的限制程度，以 使可压缩材料的体积增加至大于第一体积的第二体积，从而形成绝缘管中管 组件。
可以通过实践任何合适的步骤顺序，提供包含至少一个内管、至少一个 外管和至少一个容器的组件。例如，设置内管和外管形成环形空间之前，可 以靠近内管的外表面和/或外管内表面设置容器。可选择地，在环形空间内设 置容器之前，可以设置内管和外管，以形成环形空间。根据本发明，其它改 变对于本领域技术人员是显而易见的，可以利用内管和/或外管获得所需内管 和外管设置。
因此，本发明制备绝缘管中管组件的方法包括(i)提供至少一个具有外表 面的内管，(ii)提供至少一个具有位于该至少一个内管(或外管)周围的内表面 的外管，以在内管外表面和外管内表面(和/或外管外表面和另一个外管内表 面)之间形成环形空间，(iii)提供至少一个包含多孔弹性体积可压缩材料的容 器，其中可压缩材料被约束在容器内，并具有第一体积，其中压缩材料的第 一体积小于压缩材料的未受限体积，(iv)设置该至少一个容器，使得它最终 配置在环形空间中，和(v)改变该至少一个容器，以降低对可压缩材料的限制 程度，以使可压缩材料的体积增加至大于第一体积的第二体积，从而形成绝 缘管中管组件，其中可以任何合适的次序进行步骤(i)-(iv)。例如，可以上述 次序进行步骤(i)-(iv)。可选择地，可以如下所述进行步骤(i)-(iv)：(i)提供至 少一个具有外表面的内管，(ii)提供至少一个包含多孔弹性体积可压缩材料的 容器，其中可压缩材料被约束在容器内并具有第一体积，其中可压缩材料的 第一体积小于可压缩材料的未受限体积，(iii)贴近该至少一个内管的外表面 设置该至少一个容器，(iv)提供具有位于该至少一个内管和至少一个容器周 围的内表面的外管，以在该至少一个内管的外表面和外管内表面之间形成环 形空间，其中该至少一个容器最终被配置在环形空间中。此外，可以如下所 述进行步骤(i)-(iv)：(i)提供具有内表面的外管，(ii)提供至少一个包含多孔弹 性体积可压缩材料的容器，其中可压缩材料被约束在容器内并具有第一体 积，其中可压缩材料的第一体积小于可压缩材料的未受限体积，(iii)贴近外 管内表面设置该至少一个容器，(iv)提供至少一个具有位于外管内的外表面 的内管，以在该至少一个内管的外表面和外管内表面之间形成环形空间，其 中该至少一个容器最终被配置在环形空间中。改变上述方法使用另外的外管 对于本领域技术人员是显而易见的。
该绝缘管中管组件通常是绝缘的，以抑制内管和周围环境之间的热能转 移(例如绝热)。可压缩材料可以具有任何合适的热导率，当在约0℃表面和 约25℃表面之间测量时，合乎需要的热导率为约20mW/m·K或更小(例如约 12mW/m·K至约20mW/m·K)。例如可以根据ASTM C518测量热导率。此外， 用以抑制内管和周围环境之间的其它能量形式(例如声能)的转移的绝缘也 在本发明范围内。
内管和外管可以由任何合适的材料制成，并可以由相同或不同材料制 成。为了用于水下油气输送，管道通常由金属或金属合金制成，特别是碳钢、 镍钢或不锈钢。然而，在其它实施方式中，非金属材料也是合适的。合适的 非金属管材料的非限定性实例包括弹性体(包括硅树脂)、热固性聚合物(包括 环氧化物和树脂)、热塑性聚合物(包括聚乙烯、丙烯酸类、聚碳酸酯、聚丙 烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯)、聚合物泡沫体(包括聚氨酯泡沫体)、聚 合物复合材料(包括碳纤维增强聚合物、玻璃纤维、具有玻璃微球体的聚合 物、具有聚合物微球体的聚合物)和陶瓷。一些实施方式中，鞘套、同心缠 绕材料或包层可以用作内管和/或外管。这些可以由上述列举材料、高密度聚 乙烯(HDPE)、铝、钢、镀锌钢或其它合适的材料及其组合制成。鞘套应用将 取决于具体材料性质，非限定性示例包括缠绕、挤出、喷雾、模制或加热收 缩。
一些实施方式中，外管包含施加压力时能够经历弹性形变的柔性材料。 可以施加压力至外管的外表面，例如当该管中管装置浸在水中时。还可以施 加压力至外管的内表面，例如，当可压缩材料从该管中管装置的环形空间向 外管膨胀时。
内管也可以包含柔性材料。当内管和外管包含柔性材料时，该管中管组 件本身将变为柔性的，其有利地允许组件容易展开或盘绕，和/或允许以非线 性布局设置，例如在工厂中等。
至少一个内管和外管的壁厚可以具有任何合适的数值，通常对壁厚进行 选择，以在操作中为管提供足够的强度。内管通常具有提供足够强度的壁厚， 以容纳流体(液体或气体)流动产生的压力，其可以高达140MPa(20,000磅 /平方英寸)。外管可以具有任何强度(例如壁厚)用于预定用途。例如，一 些深海的应用中，外管可以具有基本上足以耐受在高水压下的管变形的壁 厚。在浅水下应用中，或在大气压下使用(例如陆地上)时，外管的壁厚可以 相对薄。其它应用中，外管可以是弹性的，在这样情况下，壁厚取决于特定 材料或外管生产中所使用的材料以及外管受到的压力。如下所述，使用本发 明绝缘材料和方法可以改善内管和外管的机械支撑。这允许使用比目前要求 更薄的内管和外管。
内管和外管可以具有任何合适的长度。长度的选择可能至少部分受生产 技术限制，并受运输方法的限制。外管具有内表面，其设置在具有外表面的 内管周围。可选择地，内管具有外表面，其设置在具有内表面的外管内。可 以用任何合适的技术进行各管道之间的设置。例如，一个管道可以保持静止， 其它管道移动进入位置。当外管包含塑料材料(例如热塑性或热固性聚合物) 时，可以在内管周围挤出外管，以形成外管，同时在内管周围设置外管。在 内管外表面和外管内表面之间、或外管外表面和另外的外管内表面之间的空 隙此处定义为环形空间。在绝缘管中管组件的制备期间或制备后，环形空间 可以处于任何合适的气体压力下。例如，一些实施方式中包括密封容器，并 使至少一个容器中的压力与环形空间压力相等，以增加可压缩材料的体积， 改变该至少一个容器之前，环形空间的气体压力大于至少一个容器内的降低 的气体压力。通常，进行本发明的方法期间和之后，环形空间内的气体压力 处于大气压，尽管一些实施方式中，进行本发明方法后，环形空间中的气体 压力可以低于大气压。其它实施方式中，实践本发明方法期间和/或之后，环 形空间内的气体压力可以高于大气压。
环形空间和至少一个容器可以包含任何合适的气体。通常，该气体是空 气。然而，一些实施方式中，该气体可以是具有低于空气热导率的气体。该 气体的实例包括氩气、氪气、二氧化碳、氢氯碳(hydrochlorocarbon)、氢氟碳、 氢氯氟碳、全氟烃、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及其混合物。
该容器包含多孔弹性体积可压缩材料，其中可压缩材料被约束在容器内 并具有第一体积，其中可压缩材料的第一体积低于可压缩材料的未受限体 积。当改变容器以降低对可压缩材料的限制程度时，可压缩材料将膨胀至大 于第一体积的第二体积。
第一实施方式中，在压力室内设置至少一个容器，并且腔室中压力降到 大气压以下。密封容器至不透气，同时保持腔室中的容器处于减压下。一旦 已经密封容器，从压力室移出该容器，并且容器外部的压力返回到大气状态， 而容器内部压力保持在密封容器期间的减压程度。当然，当密封容器内气体 压力低于大气压时，密封容器和其内容物经受密封容器外部的大气压和密封 容器内的降低的气体压力之间的压力差。密封容器包含多孔弹性体积可压缩 材料。因为容器是柔性的并且可压缩材料具有弹性压缩度，当将外压力(在 这种情况下为大气压)施加至密封容器和可压缩材料时，密封容器和可压缩 材料体积将减少。因此，在该方法实施方式中，在密封容器上的大气压作用 下，可压缩材料以第一体积被约束在密封容器内。
改变至少一个密封容器以使密封容器中压力与环形空间内压力相等时， 可压缩材料将体积膨胀，条件是容器允许可压缩材料膨胀。例如，可以物理 上破坏(例如刺穿或裂解)容器，从而可以压力均衡并膨胀可压缩材料。
在第二实施方式中，可压缩材料以第一体积被约束在至少一个容器内。
也就是说，容器本身约束可压缩材料，没有容器内的压力和容器外部的压力 之间的压力差作用(或，可选择地，除了该压力差作用以外)。该容器可以包 含单一均匀的材料，或容器可以进一步具有至少一个约束手段，其中该约束 手段保持可压缩材料为压缩状态。约束手段可以包围至少部分容器，并可以 包含例如至少一个鞘套或带。鞘套或带可以包含任何合适的材料，并且可以 包含与容器相同或不同的材料。在本发明的该实施方式中，任选用不透气的 封条或其它材料进行容器的密封。
对至少一个容器进行配置，以最终被置于环形空间中。因此，可以在将 外管设置在内管周围后，在环形空间中直接设置容器。在将外管设置在内管 周围之前，可以在相对于内管的位置设置容器，使得在成型时容器在环形空 间中。最后，在将内管设置在外管内之前，可以在相对于外管的位置设置容 器，使得在成型时容器在环形空间中。
例如，可以邻近内管外表面设置容器。如果需要，可以任何合适的方式 保持容器在适当位置。可以借助于至少一个施加至内管外表面、容器的外表 面或两者的紧固件，保持容器在适当位置。可选择地，至少一个紧固件可用 于保持容器邻近内管外表面。如果使用两个或更多容器，可以任何合适的方 式(例如利用至少一个紧固件)相互固定容器。
至少一个紧固件可以是任何合适的紧固件。紧固件的非限定性实例包括 粘合剂组合物、粘合带、带材、夹子、钩-孔眼组件、以及钩-环紧固件。可 以用刷子、辊或通过喷雾，将粘合剂组合物施加至内管外表面和/或容器的外 表面。双面粘合带可以用作紧固件，并可以施加至内管或容器。容器本身可 以包含粘合材料。紧固件可以包含带材，该带材包括弹性带材(例如橡皮或 其它弹性带材)、非弹性的带材(例如金属、聚合物、拉链-捆扎带)、和包括 非弹性部分和弹性部分的带材，其中弹性部分可以包含弹性体或弹簧。当设 置在内管上时，带材可以包含包围容器的鞘套。当然，在设置内管之前，当 朝向外管的内表面设置容器时，具有相同考虑。
随后，可以改变该至少一个容器，以降低对可压缩材料的限制程度，将 可压缩材料的体积增加至大于第一体积的第二体积，从而形成绝缘管中管组 件。在本发明方法的第一实施方式中，改变包括对至少一个容器中的气体压 力与环形空间中的气体压力进行均衡。如上所述，因为容器外部的较高压力 的影响被至少部分并合乎需要地完全抵销，容器内的可压缩材料将膨胀至更 大体积。
在本发明第二实施方式中，改变该至少一个容器，以允许可压缩材料的 体积增加，从而形成绝缘管中管组件。在这方面，改变是指任何允许可压缩 材料膨胀的操作。合适的改变实例包括破坏容器完整性、将无弹性的容器转 变为弹性容器、或除去或改变容器的约束手段。改变容器的合适技术可以与 此处所述的破坏密封容器的技术相同。
改变容器后，可压缩材料将在环形空间内膨胀，优选膨胀至基本上填充 环形空间，并因此在环形空间内提供基本上均匀分布的可压缩材料。随后， 环形空间优选基本上没有任何空隙或间隙，特别是降低系统热性能的空隙或 间隙。
任选地，本发明方法进一步包括密封管中管组件至少一端的步骤。可以 密封管中管组件的全部末端，以充分密封环形空间(同时允许产品在一个或 多个内管内流动)。任何合适方法可用于密封一个或多个管中管组件的末端， 其中许多是本领域公知的。在这方面，还考虑包含在本发明范围内的具有三 个或多个末端的管中管组件，包括例如具有″T″或″Y″构型的管中管构型，其 构型具有三个末端。其它构型，例如″U″膨胀环对于本领域技术人员是显而 易见的。
通常，在实践本发明方法期间，环形空间内的压力基本上为大气压。在 本发明方法的第一方法实施方式中，其中容器包含在减压下处于第一体积的 密封容器，优选密封容器内的降低的气体压力和环形空间内的压力之间的压 力差最大化，因此允许在密封容器内的压力与环形空间内的压力均衡时，可 压缩材料最大膨胀。如果在组件末端密封环形空间，以提供全封闭的环形空 间，优选在密封容器内的压力与环形空间内的压力均衡后，环形空间内的压 力可以降低至大气压以下。在对组件末端进行密封后，环形空间内的压力还 可以保持为大气压或增加至大气压以上。
在改变容器之前，容器的体积小于或等于环形空间的体积。结果，环形 空间允许将容器装入环形空间中，并允许环形空间内的可压缩材料至少膨胀 一些。通常，在改变容器之前的容器体积是环形空间体积的约99％或更小(例 如，约95％或更小、或约90％或更小、或约85％或更小)。优选，在改变容 器之前的容器体积是环形空间体积的约70％或更大(例如，约80％或更大、 或约85％或更大)。通常根据容器的构型和改变容器后可压缩材料仍然压缩 的程度，对容器的体积进行选择。
在约束下可压缩材料的第一体积和可压缩材料的未受限体积之间的差 值表示当可压缩材料密封在容器内时的可压缩材料的压缩量。通常，在约束 下的可压缩材料的第一体积是可压缩材料的未受限体积的约80％或更小(例 如约70％或更小、或约60％或更小、或甚至约50％或更小)。
在改变容器以降低对可压缩材料的限制程度后，可压缩材料合乎需要地 基本上填充环形空间。如上所述，优选可压缩材料将在环形空间内膨胀，并 填充环形空间内的任何空隙，因此在环形空间内提供基本上均匀分布的可压 缩材料。
在一个实施方式中，在改变容器后，可压缩材料基本上具有可压缩材料 的未受限体积，其体积基本上是环形空间的体积。
在另一个实施方式中，在改变容器后，可压缩材料具有未受限体积，其 比环形空间的体积大约1％或更多，优选约10％或更大(例如约20％或更大、 或约30％或更大)。换言之，在改变容器后的环形空间中可压缩材料的第二 体积比可压缩材料的未受限体积至少小约9％(例如，至少约17％、或至少约 23％)。也就是说，在改变容器后，若没有内管和外管对可压缩材料的约束， 可压缩材料可能将环形空间充得太满。由于用可压缩材料填充环形空间内的 空隙而导致的管中管组件的绝缘特征的改善，以及在改变容器后的可压缩材 料在某种程度上的继续压缩(这可改善绝缘性能)，可压缩材料对环形空间 的过度充满是合乎需要的。与环形空间的过度充满有关的残余力有助于将可 压缩材料转移或移动至环形空间内的空隙中，从而改善环形空间内可压缩材 料的分布均匀性。此外，如下所述，残余力优选可以利用可压缩材料，以获 得机械利益，作为在内管和外管之间转移纵向和/或径向力的手段。特别地， 该残余力在内管和可压缩材料之间、和/或在外管和可压缩材料之间形成一定 程度的摩擦，以有助于防止管中管组件内的管道的不希望有的移动。合适的 多孔弹性体积可压缩绝缘材料，特别是优选的可压缩材料例如气凝胶，更具 体地说是Nanogel气凝胶(可从Cabot Corporation，Boston，MA获得)具有 类似弹簧的性能，因此材料中可以存在同时作用于内管和外管两者上的残余 力，特别是如果未受限材料基本上填充(或甚至过度充满)环形空间。当在压 缩条件下，该残余力类似于弹簧施加的力，除了该残余力可以是双或三或甚 至各方向而不是单一方向的材料情况之外。该残余力使得绝缘材料能够在内 管和外管之间或在外管之间形成机械″结合″(通过摩擦)。该结合的强度将取 决于环形空间中的材料量、该材料和管道材料的性质。换言之，填充有压缩 材料的环形空间的百分比越高，未受限材料的填充越大，因此″结合″越强。 而该″结合″传递纵向和/或径向应力，其中，管中管组件在安装中(例如，在 所谓的″卷轴放置(reel-lay)″情况下绕卷轴弯曲，在所谓的″J-放置″情况下，弯 曲物作为组件放置在海底上，在所谓的″S-放置″情况下，弯曲物离开铺管驳 船的后部)以及在使用中(例如，在加热和冷却循环期间，内管的膨胀和伸缩) 受到该应力。在没有″结合″的绝缘系统(例如该系统)的情况下，通常用使 内管和外管保持在一起的隔墙处理纵向应力，并且有时用保持管道大约同心 排列的定中心器(又称为间隔物)处理径向应力。因此本发明的一个优点是绝 缘材料本身有助于应力传递，其允许该管中管设计为使用较薄和/或较少隔墙 和/或间隔物。因为隔墙和间隔物通常由与本发明绝缘性能相比明显较弱的绝 缘体材料制成，在系统长度上的这些隔墙和间隔物的数量和/或宽度的降低将 改善热性能，同时降低费用和复杂性。当与通常用于隔墙和间隔物结构的其 它材料(例如金属、复合材料)相比时，应力传递的程度低。然而，因为绝缘 材料完全填充该实施方式中全部环形空间，可以在整个管道的全部表面积上 分担该力的转移，而不是在被分成相对宽的部分的相对窄的条片内分担该力 的转移。在管中管系统中使用聚氨酯泡沫体是本领域技术人员公知的。一些 聚氨酯泡沫管中管系统粘性结合内管和外管，以允许载荷转移。虽然该方法 可以接受，但是，一旦过度力(excessive force)破坏该粘结结合，纵向载荷转 移(和可能的径向载荷转移)的值受到损失。通过使用机械结合并且没有粘结 结合，并通过其″回弹″性质，本发明回弹至其原始形态，即使在经历将破坏 聚氨酯泡沫系统的粘结结合的压缩类型之后，并从而继续对该系统进行机械 结合。因此本发明的实施方式是绝缘管中管系统，包括内管、外管和其间的 绝缘材料，其中绝缘材料在内管和外管之间提供一个或多个纵向或径向载荷 转移，并且其中绝缘材料没有粘性结合至内管或外管。
在优选实施方式中，(a)容器中可压缩材料的第一体积是可压缩材料的未 受限体积的约70％或更小，(b)容器中可压缩材料的第一体积小于环形空间体 积(例如约99％或更小、或约95％或更小)，(c)在改变容器后，环形空间中可 压缩材料的第二体积大于或等于可压缩材料未受限体积的约1％(优选 10％-33％)且小于可压缩材料的未受限体积。
通常，当管中管组件投入操作时，并且当流体(例如液体或气体)流过内 管时，其中流体的温度不同于外管所受的温度，由于内管和外管上所施加的 温差，取决于流体的温度高于或低于外界温度，内管相对于外管膨胀或收缩。 该内管和外管的不同的膨胀在管道之间产生纵向力。当例如通过连接手段、 焊接或隔墙来将内管和外管连接在一起时，内管相对于外管不均匀膨胀或收 缩而产生的应力(例如纵向力)集中于连接点处(例如，在连接手段、焊接或隔 墙处)或集中于管道中的弱点处，并导致结构变形、结构中产生明显的曲率、 或破坏管道。优选，由于过度充满环形空间，可压缩材料在压缩条件下提供 转移内管和外管之间的纵向力的手段，从而降低对管道之间连接手段或焊接 所施加的应力，此外通过转移径向力容纳组件的″扭曲″(例如直线离差)。合 乎需要地，通过允许外管和内管相互之间的运动偶合，压缩的可压缩材料提 供转移内管和外管之间纵向力的基本手段。除了由内管和外管的不均匀膨胀 或收缩而导致的应力改善以外，优选通过至少部分减少同时固定内管和外管 的需要，从而简化了管中管组件的处理，其中，所述同时固定内管和外管的 需要是用以避免例如当移动组件(例如将组件放入操作中)时，内管和外管之 间的不希望的相互滑动。
容器可以具有任何合适的形状。例如，容器可以具有概略的长方体几何 形状(例如砖块形状)。此外容器可以具有球形或圆柱形。在优选实施方式中， 容器具有伸长的弓形。应当理解，伸长的弓形包括具有由伸长的弓形容器横 截面限定的通常圆形几何形状的曲线，其中由弓形两端和如此限定的半圆形 的中心点限定的角度可以是零至极限360度之间的任何非零值(例如也考虑 圆形伸长的弓形容器)。因此，在一个实施方式中，伸长的弓形容器的弓形 包括在上文中限定的180度(例如″半壳(half shell)″)的角度。在另一个实施方 式中，伸长的弓形容器的弓形包括小于360度的角度(例如约355度或更小)， 其中伸长的弓形容器通常包括″C ″形状，其中容器具有限定其间的间隙的非 邻接的伸长的边缘。
容器还可以具有成形的伸长边缘，以促进边缘的″啮合(mating)″。例如， 一对伸长的啮合边缘可以具有互补形状，使得该啮合几何形状可以是任何合 适的啮合几何形状，包括简单的平行面。啮合边缘可以具有″凸凹 (tongue-in-groove)″构型和其变体。其它合适的几何形状是本领域技术人员显 而易见的。
图1图解了具有伸长弓形的容器的实施方式。该容器的特征为外部半径 13、内部半径14和长度15的容器11，其中包含柔性材料12。
当多个容器用于本发明时，合乎需要的是相对设置容器，使得由容器边 缘限定的间隙不重合，从而在内管和外管之间提供能量转移路径。例如，当 多个伸长的弓形容器用于本发明并且端对端设置，并与内管外表面共延伸 时，由沿着内管一部分设置的容器的相邻伸长边缘限定的间隙合乎需要地相 对于由沿着内管相邻部分设置的容器的相邻伸长边缘限定的间隙交错排列。 类似地，如果在内管和外管之间以径向使用容器的多层，一层容器的边缘相 对于相邻层的容器边缘交错排列。用这样的方式，在改变容器后，任何由于 可压缩材料不完全充填间隙可能产生的沟道，合乎需要地不会以环形空间内 的任何方向延伸超过任何一个容器的长度。
多孔弹性体积可压缩材料可以是任何合适的这种材料。可压缩材料合乎 需要地包含孔隙。孔隙可以是任何合适的尺寸，并且期望为开孔。优选，孔 径将具有约25微米或更小(例如约15微米或更小、或约10微米或更小、或 甚至约1微米或更小)的平均孔隙尺寸(例如平均孔径)。弹性是指可压缩材料 将具有弹性压缩度，其中向大量可压缩材料施加压力将导致可压缩材料占据 的体积减小，且其中释放压力后，可压缩材料的体积将增加，并期望恢复到 基本上与施加压力之前相同的值。
可压缩材料可以包括多孔颗粒，其中多孔颗粒是弹性并且体积可压缩 的，并且可以包括任何数量的多孔颗粒作为可压缩材料的部分总量。在一个 实施方式中，可压缩材料基本上包含非多孔颗粒。在其它实施方式中，可压 缩材料将包含至少一些多孔颗粒(例如约5％或更大)，并且可以基本上或甚至 完全由多孔颗粒(例如约100％)构成。
多孔颗粒可以是任何合适的多孔颗粒。合适的多孔颗粒包括纳孔颗粒， 特别是纳孔二氧化硅颗粒。纳孔二氧化硅颗粒合乎需要地具有约1nm至约 100nm的孔隙尺寸(例如平均孔径)。用本领域公知的方法(例如汞浸入孔隙 度测定法或显微法)测定孔径。纳孔二氧化硅颗粒的非限定性实例包括用溶 胶凝胶法生产的硅石气凝胶、用共热解(co-fuming)法生产的纳孔二氧化硅， 以及通过对具有炭黑的二氧化硅进行共热解，随后进行碳的热解而生产的纳 孔二氧化硅。优选，纳孔二氧化硅颗粒是疏水性的。可以用任何合适的方法 使纳孔二氧化硅颗粒具有疏水性，其中许多方法是本领域公知的。
合乎需要的多孔颗粒是气凝胶颗粒。气凝胶的特征为具有作为分散介质 的空气(例如气体)的凝胶。合适的气凝胶的实例包括硅石气凝胶和有机气凝 胶，优选硅石气凝胶(可从Cabot Corporation，Boston，MA以商品名 ″Nanogel″获得)。
多孔颗粒可以具有任何合适的颗粒尺寸(例如平均粒径)。例如，多孔颗 粒可以具有约1μm至约5mm(例如约5μm至约3mm)的平均颗粒尺寸，其中 颗粒尺寸定义为包含颗粒的最小球体的直径。多孔颗粒可以具有任何合适的 颗粒形状(例如不规则、球形等)。
可压缩材料可以包含非颗粒材料，只要可压缩材料总体上是弹性体积可 压缩的，并任选是多孔的。非颗粒弹性体积可压缩材料的非限定性实例包括 泡沫体、包含纤维的材料、和其复合材料。包含纤维的可压缩材料的非限定 性实例包括包含纤维和气凝胶(例如纤维增强气凝胶)和任选的至少一种粘合 剂的复合材料。纤维可以具有任何合适的结构。例如，纤维可以没有结构(例 如未缔合的纤维)。纤维可以具有基体结构或类似的毡状结构，其可以是图 案化的或不规则和随机的。优选的包含纤维的材料的复合材料包括由气凝胶 和纤维形成的复合材料，其中纤维具有膨松的纤维结构、棉絮(batting)或类 似钢丝绒衬垫的形式。膨松的纤维结构特征为在施加压力时，膨松的纤维结 构体积将减小，并且在除去压力时，膨松的纤维结构的体积将回弹至至少大 于在压力下的体积，并期望回弹至初始的未受限体积。适用于制备膨松纤维 结构的材料的实例包括玻璃纤维、有机聚合纤维、二氧化硅纤维、石英纤维、 有机树脂基纤维、碳纤维等。尽管具有膨松纤维结构的材料本身适用于本发 明方法，但优选具有膨松纤维结构的材料进一步包括第二开孔材料。用于本 发明方法的开孔材料的优选实例是气凝胶。当将第二开孔材料(例如硅石气 凝胶)与具有膨松纤维结构的材料共同使用时，得到的复合材料合乎需要地 是可压缩和弹性的。然而，当与可压缩多孔颗粒共同使用时，对非颗粒可压 缩材料的可压缩和回弹性的要求减低，只要该组合是可压缩和弹性的即可。
优选的非颗粒多孔弹性体积可压缩材料包括覆盖层，该覆盖层含有具有 膨松纤维结构的材料以及分散于其中的硅石气凝胶。
可压缩材料可以进一步包含遮光剂。遮光剂的功能是通过吸收红外波， 防止或最小化内管和外管之间的热能红外传输。合适的遮光剂的非限定性实 例包括炭黑、二氧化钛、硅酸锆及其混合物。虽然可以使用任何合适的遮光 剂负载量，优选遮光剂负载量为1体积％至50体积％。
如上所述，在本发明第一方法实施方式中，容器是密封的，并包含不透 气的材料。不透气的材料可以是任何合适的不透气的材料。通常，选择不透 气的材料以具有足够的空气不渗透性，从而将减小的空气压力保持至少几个 月(例如至少3个月)，并具有足够的机械耐久性，以允许在例如运输和处理 期间、或在管中管组件内的安装期间进行处理，而不发生可能出现的意外破 坏。该不透气的材料合乎需要地是柔性的。在一个实施方式中，不透气的材 料是柔性的，但是基本上是非弹性的。在另一个实施方式中，不透气的材料 可以是弹性的，以允许可压缩材料膨胀，同时保持其完整性。优选，不透气 的材料包括薄膜，该薄膜包含金属、聚合物或共聚物(例如共挤出的尼龙聚 乙烯)、织物及其组合。
在本发明第二方法实施方式中，对容器的要求可以与第一方法实施方式 相同，除了不要求容器是不透气的。在该实施方式中，容器可以被机械压缩。
容器对不透气的材料的构型没有特别限制。对构成容器的材料进行尺寸 化(dimensioned)，以充分密封处于约束下(即具有第一体积)的可压缩材料。 可以对构成容器的材料进行尺寸化，以充分密封具有其第二体积或甚至具有 其未受限体积的可压缩材料。在对可压缩材料进行压缩后，过量的材料可以 随机方式简单覆盖(drape)该容器。材料可以具有褶叠层或折层，使得压缩容 器时，该材料折叠下降，以允许比另外可得到的材料更平滑的外表面，而没 有褶叠层或折层。
容器可以部分或完全被包围或密封在套管内。套管的功能包括但不限于 有助于设置容器、在实践本发明方法期间保护容器不受机械损伤、为管中管 组件提供另外的绝缘性质等。套管可以由任何合适的材料制成。套管材料的 非限定性实例包括铝、钢、镀锌钢、不锈钢、弹性体(包括硅树脂)、热固性 聚合物(包括环氧化物和树脂)、热塑性聚合物(包括聚乙烯、丙烯酸类、聚碳 酸酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯)、聚合物泡沫体(包括聚氨酯 泡沫体)和复合材料(包括碳纤维增强聚合物、玻璃纤维)。在某些实施方式中， 套管包括弹性材料，以容纳改变后的容器的膨胀，而不损伤套管。还可以用 容器密封套管。在该实施方式中，在将构成容器的材料放置在套管周围之前， 将套管设置在可压缩材料周围。因此，本发明包括这样的实施方式，其中管 中管组件包含至少一个具有外表面的内管；具有位于该至少一个内管周围的 内表面的外管；外管内表面和至少一个内管的外表面之间的环形空间；包含 压缩的多孔弹性可压缩材料的至少一种容器，所述容器配置在环形空间中， 其中容器被部分或完全密封在套管内。在对上述实施方式的替换方案中，可 以在容器和可压缩材料之间设置套管。
在图6所图解的另一个实施方式中，套管(或鞘套)61起约束压缩材料21 膨胀的作用，甚至在改变容器时。在该绝缘组件中，优选在套管61外表面 和外管33的内表面之间的环形空间31中存在空隙。该环形空隙31可以填 充有气体例如空气。可以通过利用(各种形式的)隔墙或间隔物62来保持该空 隙空间。存在的空隙空间允许内管和外管相互独立移动，其在某些利用方法 或操作条件中是有利的。
容器可以具有隔热罩。隔热罩的功能是保护容器不受在实践本发明方法 期间可能采用的任何焊接方法所产生的热量的影响。隔热罩可以与套管相 同，或隔热罩可以是单独的，并且不同于套管。隔热罩可以由任何合适的材 料例如金属或热稳定的聚合物制成。在一些实施方式中，隔热罩与容器分开。 在该实施方式中，隔热罩可以自由漂移，或可以用任何合适的方法例如通过 合适的紧固件或焊接，将隔热罩连接至管中管组件的外管的内表面或内管的 外表面。紧固件的非限定性实例包括粘合剂组合物、粘合带、钩-孔眼组件、 以及钩-环紧固件。
容器可以任选具有包含润滑剂的涂层。润滑剂用于便利该管中管装置的 装配，例如，通过便利环形空间内的容器的设置。
在本发明第一方法实施方式中，和任选的本发明第二方法实施方式中， 容器是密封的，并且密封容器在其中具有减压。减压可以是任何小于大气压 的压力。通常，减压是约1kPa或更大(例如约10kPa或更大、或约20kPa或 更大)。优选，减压是约100kPa或更小(例如约75kPa或更小、或约50kPa 或更小)。
进一步用图2、3和4图解本发明。图2图解了包含两个半圆形″半壳″ 容器的实施方式，其中该容器包含位于多孔弹性体积可压缩材料21周围的 柔性材料12。在图3图解的管中管装置内，在由内管32限定的环形空间31 内，共延伸地设置包含可压缩材料21的容器，可压缩材料21密封在容器材 料12内，并且该容器被外管33包围。可以对容器进行填充，直至达到环形 空间的百分之百。在改变容器后，如图4中所图解的，可压缩材料21膨胀 至可以基本上填充由内管32和外管33限定的环形空间的程度。
可以用任何合适的方法制备容器。参考图5说明制备图1所述的作为密 封容器的伸长的弓形容器实施方式的一种特别合适的方法。图5示意性图解 了用于形成包含纳孔二氧化硅颗粒的容器的模制装置的横截面图。模制装置 包含上部模制元件51和下部模制元件52。如图5所示，接触外部模制元件 51的一个表面53和内部模制元件52的一个表面54，设置其中具有可压缩 材料21的不透气柔性材料12的未密封容器。外部模制元件移动距离55，使 得表面53移到位置56，同时通过流体连接57施加真空。然后将密封装置 58施加至流体连接57，并密封流体连接57，其密封方法为：通过在适当的 位置留下密封装置58，或通过对远离密封装置58的流体连接57的一端进行 密封，随后除去密封装置58，以产生伸长的弓形密封容器11。在类似实施 方式中，外部模制元件51可以保持静止，同时内部模制元件52可以移到紧 靠外部模制元件51的位置，或可以同时相对移动外部模制元件51和内部模 制元件52。可选择地，内部模制元件52和外部模制元件51都不移动。
在下文中描述上述方法的其它变体。这些方法和上述方法全部可以在该 管中管组件工艺期间原位实践。
a.使用单点或多点抽气，通过模具在柔性容器中进行抽吸真空填充。将 气密容器置于模具中并连接至真空泵，且容器内的压力降低。一旦容器内部 压力为所需水平，则对容器进行密封，并除去连接。容器的外部和内部之间 的压力差压缩用模具成型的材料。
b.在刚性模具内的柔性容器的压缩。在刚性但是边界可移动的模具中放 置填充有颗粒的容器。使用气体、液体或其它合适的压缩手段，将容器压缩 成所需形状，并气密密封该容器。然后从该机械压缩模具中移出该容器。
c.用柔性模具(例如球囊)压缩柔性容器。在具有柔性边界的模具中放置 填充有颗粒的容器。通过对柔性边界施加压力，将具有颗粒的容器压缩成所 需形状。气体、液体或其它合适的压缩手段可以用于向容器施压。当获得容 器的所需形状时，对容器进行密封，并从模具中移出。
d.用刚性和柔性模具压缩柔性容器。利用方法(b)和(c)的组合，使用同 时具有可移动刚性边界和柔性边界的模具，对容器进行机械压缩。
e.在真空填充后，刚性模具压缩柔性容器。通过如本文所述的真空产生 压缩容器，然后使用刚性模具将容器压缩成所需形状。
f.在真空填充后，柔性压缩柔性容器。通过如本文所述的真空产生压缩 容器，然后柔性边界模具(例如具有球囊的模具)用于施压，以将容器压缩成 最终形状。
g.以刚性和/或柔性模具对柔性容器进行机械压缩，同时真空填充。利 用本文所述的真空产生压缩容器，同时如上述方法(b)、(c)或(d)所述，进行 机械压缩。
h.在另一个实施方式中，可以压缩容器，和/或经由使容器通过驱动辊 系统(其将容器压缩至所需尺寸)以对容器进行成型。在最简单的情况下， 容器具有长方体几何形状(例如砖块形状)。然后使容器通过其间具有间隙的 两个平行圆柱辊之间，其中间隙小于容器的厚度，从而将容器压缩至所需厚 度。容器可以处于大气压或减压下。可选择地，随着容器通过辊之间，容器 内的压力可以减小，使得容器通过辊之间后，容器处于减压下。在其它实施 方式中，可以设置多个辊，以在容器中产生形状。例如，端对端设置且相邻 辊对之间具有60°角度的三对辊可用于将容器成型为接近半圆形形状。其它 实施方式对于本领域技术人员是显而易见的。
i.高压室安装。利用此处描述的真空方法(a)或(b)产生压缩容器，然后 将该容器置于腔室中，然后保持该腔室中压力高于大气压。额外的压力将增 加填充物的压缩程度。
j.压缩半刚性容器。该方法不需要模具。用可压缩材料填充刚性容器， 并使用机械压力机将容器压成所需形状。一旦容器为所需形状，施加机械约 束或气密密封，以将容器固定为该形状。
k.外界空气压力压缩半刚性容器。用可压缩材料填充容器，并在腔室真 空中设置容器。一旦已经抽空腔室，用空气密封来对容器进行密封，并提高 腔室中压力至大气压。容器内部和外部之间的压力差用于压缩容器。可选择 地，将该填充容器连接到真空，并减小容器中的压力。一旦压力为所需水平， 对吸气孔进行密封。
当容器是非密封的(即非气密的)时，可以用任何合适的方法制备容器。 对填充有可压缩材料的容器进行压缩的多种方法是本领域公知的。在一个实 施方式中，通过消除所施加的真空，并通过包括固定在压缩位置的至少一种 周围鞘套或带，以保持可压缩材料为压缩状态，本文所述的用以制备伸长的 弓形密封容器的方法可以适于制备(非)密封容器。
可以用任何适用技术实现容器的改变。在一个实施方式中，容器是密封 的，并具有阀门或密封口，当该阀门或密封口打开时，允许将气体引入容器 中，以使密封容器内的压力和环形空间内的压力均衡，同时保持密封容器的 完整性。
在另一个实施方式中，容器是密封的，并被破坏，以破坏至少部分密封 容器的完整性。可以采用任何合适的方法破坏容器。可以通过加热容器，实 现容器的破坏。可以将容器加热至足以导致构成容器的材料发生相变(例如 熔融转变或玻璃化转变)的温度、或加热至足以导致构成容器的材料分解的 温度。可以利用任何合适的方法实现加热。例如，由于对管中管组件的内管 或外管进行焊接操作，可对容器进行加热。可选择地，或另外，独立于任何 焊接操作，可以将热量施加至管中管组件的内管或外管，并且可以有选择地 施加至内管或外管的任何合适的部分，以在任何预选的位置或沿着管中管组 件引发容器的破坏。
可以通过利用具有任何合适固定频率或具有以预定方式改变频率的激 光束，实现容器的加热。该激光束可以直接撞击容器的至少部分表面，以加 热至少部分容器，并导致容器的破坏。当管中管组件包含多个(例如两个或 更多个)容器时，激光束可以横跨每个容器的至少部分表面进行移动。可选 择地，可使用激光束局部加热限定该环状空间的表面之一的至少部分，其中 该经加热的表面随后加热该容器。可以保持激光源在该环状空间的外面，或 可以设置在该环状空间内或通过该环状空间移动。
可以直接加热容器的表面，以破坏容器。可以将包含具有滑动连接在其 上的加热元件的导向杆或引导线的组件引入管中管装置的环状空间中，其中 该加热元件包含加热装置。合适的加热装置的实例包括但不限于电阻加热元 件、明火和传递热气至容器表面的装置。在使用中，加热元件可以沿着导向 杆从一端至另一端通过环状空间移动，同时接触容器表面，导致其破坏。然 后，任选地可以从用于其它组件的环状空间除去导向杆和加热元件。加热元 件可以恒定或可变的速度移动通过环状空间。可以将加热元件固定到杆或棒 上，并人工或机械地通过环状空间移动，以导致容器的破坏。可选择地，可 以对加热元件进行设置以具有与管中管组件相同或基本上相同的长度，以在 整个环状空间内同时提供热。该实施方式的一个实例是热管，其中利用其中 所含的热流体来加热该管。在使用之前，可以将热流体引入管道中，或可以 利用泵在管道中循环。该经加热的管可以是内管本身，其中经由内管泵出热 流体，以将全部管中管组件加热至足够的温度和足够长的时间，以导致容器 的破坏。
可以利用超声波加热来实现容器的加热。可以将超声波加热设备引入环 状空间中，并用于加热至少部分容器，以影响其破坏。当外管和/或内管包含 金属时，金属管的感应加热可用于加热容器，并影响其破坏。
可以用连接至容器外表面或内表面或结合在构成容器的材料中的电阻 元件来生产容器。电阻元件可以包括线、板或类似构型。当电流通过电阻元 件时，元件将产生导致容器破坏的热量。当电阻元件是线材时，可以在容器 的表面上配置该线材，以预定的图样对容器进行破坏。例如，可以螺旋方式 在容器周围缠绕该线材，以确保在其外表面周围以均匀方式破坏容器。
除了局部加热容器以外，可以通过提高环状空间内的温度，并在适当长 的时间内保持高温来实现容器的破坏，以确保令人满意地破坏容器。例如， 热气流可以通过环状空间，以软化、熔融、或降解该容器。
使用机械法可以实现容器的破坏。例如，可以在管中管组件的环状空间 内设置并任选地移动包含至少一个锐缘的切割组件，以使得至少一个锐缘撕 裂或切割该容器，以实现破坏。该至少一个锐缘可以是其上附着有锐利材料 (例如碎玻璃)的刀、针或钉(spike)、锯条、绳或线材、或上述物质的任意组 合。该切割组件可以滑动连接到导向杆或引导线上，其中导向杆或线材设置 在环状空间内，随后通过沿着导向杆或线材移动该切割组件，以破坏其中的 容器。该切割组件还可附着至导向杆上，可以通过将切割组件和导向杆移动 过环状空间来实现破坏。
容器可以包含用于引导加热组件、或在整个环状空间上的靠近容器表面 的切割组件，以确保容器的破坏。例如，容器可以具有连接到其表面上的导 管或套圈(ferrule)，其中可以插入导向杆。然后，加热或切割组件可以沿着 导向杆滑动，以影响容器的破坏。当采用加热组件进行破坏时，导管可以包 含导热材料(例如金属)，以促进从加热组件传递热量到容器的表面。
当对该装配的管中管组件进行弯曲时，可以通过压缩来使容器机械破 坏。此处描述的管中管组件可以端对端地结合形成管线。实际上，装配的管 线通常缠绕在线轴上，以允许在铺管船上运输长管线。该缠绕方法要求管线 和其各段的弯曲。该弯曲可以导致在外管和内管之间压缩容器，以破坏该容 器。
当对容器进行不透气密封且容器处于低于大气压的降低的气体压力时， 在安装之前，可以一定方式破坏容器，使得在一定时间内出现容器膨胀，其 允许在容器完全膨胀之前完成该管中管组件。例如，在完成该管中管组件之 前，可以将小直径空穴引入容器中。可选择地，可以将破坏用装置(例如阀 门或密封开口)结合进容器本身内，该阀门或开口设计成能允许气体以受控 速度进入容器，以在容器完全膨胀之前，允许足够的时间以完成该管中管组 件。
可以利用化学方法破坏容器。一种方法包括使用这样的装置，其释放溶 剂或化学试剂(该溶剂或化学试剂溶解构成容器的材料或与构成容器的材料 反应)以削弱容器的完整性，从而导致容器的破坏。该装置可以通过粘附或 其它合适的方法附着至容器表面，并可以在组装管中管装置之前、期间或之 后，进行附着。该装置还可以包含反应物(其与构成容器的材料进行放热反 应)、或反应物的混合物(其与容器的材料反应和/或互相反应)，从而为容器 表面提供局部加热，并由此影响其破坏。该装置可以包含爆炸材料(例如雷 管或类似装置)，使得当爆炸时，产生的冲击波使容器机械地破裂，并导致 其破坏。该装置可以包含可燃绳索(例如保险丝)，该绳索可以附着于容器 的内表面或外表面。在起燃时，该可燃绳索将烧穿容器的表面，并破坏该容 器。
在另一个实施方式中，容器未经密封。可以使用如上文所述的用于密封 容器的方法(除了引入气体以均衡密封容器压力的任何要求以外)，进行(未 密封)容器的改变，并进一步包括改变任何约束手段以降低对可压缩材料的 限制程度。该约束手段的改变可以与上文所述的用于密封容器的破坏的约束 手段的改变相同，并且相对于该约束手段的改变对破坏方法所进行的改变对 于本领域技术人员是显而易见的。
本发明方法任选进一步包括另外的步骤。一个任选的另外的步骤包括对 容器和/或约束手段的改变进行检验。用于对容器和/或约束手段的改变进行 检验的合适方法包括但不限于目视法、超声成像技术和X射线成像。可以在 容器和/或约束手段的改变期间实施检验方法，以确保适当的改变，或可以在 改变之后实施检验方法。
另一种任选的另外的步骤包括在改变容器之前，在环状空间中设置另外 的绝缘材料。该另外的绝缘材料可以是任何合适的绝缘材料，并可以包含一 种或多种可以相同或不同的绝缘材料。通常，该另外的绝缘材料包括可压缩 材料。优选，该另外的绝缘材料可以包含一个或多个覆盖层，该覆盖层包含 非颗粒多孔弹性体积可压缩材料。
该另外的绝缘材料可以包含金属薄膜或金属化薄膜。该金属薄膜或金属 化薄膜用于减小通过幅射在内管和外管之间的能量传递。金属薄膜或金属化 薄膜可以是任何合适的这种薄膜。合适的金属薄膜或金属化薄膜的实例包括 铝箔、涂布有铝的基材(该基材包括高分子膜、织物等)。该金属薄膜或金 属化薄膜可以是单独的薄膜，可以结合在绝缘覆盖层内，或可以结合进容器 内，其中金属薄膜或金属化薄膜可以保存在外表面或内表面或容器上。利用 如上文所述的任何合适的紧固件，金属薄膜或金属化薄膜可以固定至环状空 间内的任何表面上，或可以无需任何紧固件而进行放置(例如通过缠绕任何 表面)。当然，构成容器的材料也可以是金属薄膜或金属化薄膜。
除了包含金属薄膜或金属化薄膜，该另外的绝缘材料可以包含任何合适 的薄膜。合适的薄膜的非限定性实例包括聚合和/或纺织薄膜或织物。在这方 面，″薄膜″是指绝缘材料的薄片(例如，由诸如TYVEK材料的高密度聚乙烯 纤维形成的薄膜)，该片材可以具有任何合适的构型，并且可以包含一个或 多个相同或不同的材料层。该薄膜还可以包含复合材料，该复合材料包含夹 在内层和外层(例如GORE-TEX材料或其它聚四氟乙烯材料)之间的渗透 膜。可以任何合适的方式(例如，用于金属薄膜或金属化薄膜的前述方式)， 将薄膜紧固在管中管装置上或结合到管中管装置中。
可以在外管内表面和容器之间或在内管外表面和容器之间设置另外的 绝缘材料。合乎需要地配置该另外的绝缘材料，使得任何边缘相对于容器的 边缘交错排列，以便不在内管和外管之间提供能量转移通道。容器中可以结 合另外的绝缘材料，或容器可以由绝缘材料制成。
可以任何合适的方式在外管内配置内管，并且内管和外管均可以具有任 何合适的横截面形状。例如，内管和外管横截面均可以是圆形。如果管中管 装置包含单个内管，可以在外管内同心配置内管，在内管内不对称地配置内 管，或在内管内自由配置。如果管中管装置包含多个内管，可以在外管内任 何合适的位置类似地设置内管。还可以在外管内配置线材和电缆。
在一些实施方式中，可以在包含已经附着于内管的可压缩材料的容器上 直接构造和/或放置外管。在这些实施方式中，在包含可压缩材料的容器和外 管之间的间隙可以被消除(使得外管内表面和可压缩材料的容器之间存在直 接接触)或几乎消除。这允许可压缩材料处于较高压缩程度，即使在改变容 器(例如破坏密封)之后。在某些情况下，具有较高压缩程度的材料是合乎需 要的，因为它可以改善绝缘层的热和/或机械性能。此外，构造外管的行为可 以起破坏容器的作用。构造该管的具体方法将取决于外管要求的具体材料性 质和构造方法的非限定性实例(包括直接在容器上缠绕、挤出、喷雾、模制 或加热收缩外管)。外管材料的非限定性实例是弹性体(包括硅树脂)、热固性 聚合物(包括环氧化物)、热塑性聚合物(包括聚乙烯、丙烯酸类、聚碳酸酯、 聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯)、聚合物泡沫体(包括聚氨酯泡沫体) 和复合材料(包括碳纤维增强聚合物、玻璃纤维)。在一个上述实施方式中， 绝缘管中管组件包括至少一个具有外表面的内管；包含压缩多孔弹性可压缩 材料的至少一个容器，其中容器连接至内管，和其中已经施加在容器上的外 管，使得外管的内表面和容器的外表面部分或完全直接接触。在施加外管之 前，容器还可以部分或完全被密封在套管内。
另外，尽管此处外管是指单管，管中管装置可以包含多个外管(例如管 中管中管结构)。例如，管中管装置可以包含至少一个配置在第一外管内的 内管，以及在第一外管周围配置的第二外管。可以在由第一外管外表面和第 二外管内表面限定的环形空间中，配置多孔弹性体积可压缩材料或任何合适 的材料或没有材料。更具体地说，考虑这样的实施方式，其中该多孔弹性体 积可压缩材料占据位于内管外表面和第一外管的内表面之间、以及位于第一 外管外表面和第二外管内表面之间等位置的至少一个环形空间。该材料可以 或可以不必被容器约束。值得注意的是，在其中环形空间没有被多孔弹性体 积可压缩材料占据的实施方式中，可以用任何合适的材料(包括但不限于未 压缩多孔弹性体积可压缩材料、包含该材料的覆盖层、气凝胶覆盖层、聚氨 酯泡沫体、玻璃珠、纤维(具有纺织、非纺织、松散的或其它的形式)、颗粒 或非颗粒材料或甚至没有材料填充该环形空间。
任选地，可以提供并设置至少一个间隔物，使得间隔物最终存在于至少 一个环形空间中。间隔物起到在环形空间内设置内管的作用，和/或如果使用 多于一个的外管，间隔物起到在另外的环形空间内设置外管的作用。在实施 方式中，当在适当的位置时，间隔物将具有圆形或椭圆形横截面形状，其具 有至少一个开口，以允许内管和/或外管通过。应当注意到，本发明的绝缘管 中管组件中所使用的间隔物数量小于或可以小于利用其它现有技术方法生 产的管中管组件中所需要的间隔物数量。
间隔物任选地接触内管(或外管)的至少部分外表面和/或至少一个外管 的至少部分内表面。在其中间隔物接触内管外表面和外管内表面两者的实施 方式中，间隔物可以用以将施加在外管外表面上的压力传输至内管(或外管) 的外表面，从而给外管提供增加的结构刚性。当管中管组件用于深海应用时， 这样的实施方式特别有用。
在另一个实施方式中，在容器外部周围设置多个间隔物、隔墙和/或定中 心器，并将这些间隔物、隔墙和/或定中心器用任何合适的方法附着于容器的 外部，其实施方式优选允许消除在环形空间内提供间隔物并设置间隔物的单 独步骤。通过保护容器不受意外破坏、有助于设置管道等，间隔物还可以促 进管中管装置的装配。间隔物可以具有任何合适的构型。例如，间隔物可以 是非邻接肋材或翅片，具有相对于外管和内管纵向排列的伸长的维度 (dimension)。间隔物可以为圆形或半圆形，并至少部分包围该容器。间隔物 可以由任何合适的材料制成，且可以具有任何合适的横截面几何形状(例如 圆形、扁平、三角形等)。优选，间隔物包含绝缘材料。
当将一种以上的间隔物用在目前所使用的管中管结构中时，根据设计要 求设置间隔物。在卷轴放置(reel-lay)系统中，例如通常相隔约2m设置间隔 物。如上所述，在本发明一个实施方式中，由绝缘材料提供的机械力允许使 用比目前所使用的间隔物更少的间隔物，使得可以更大距离放置间隔物(例 如在该卷轴放置实例中)，该更大的间隔距离约2m(例如约4m或更大、或约 6m或更大、或约10m或更大、或甚至约20m或更大)。在另一个实施方式 中，管中管组件可以没有间隔物。因为间隔物通常提供比本发明可压缩材料 更小的绝缘度，与使用更多间隔物相比，有利地，更少间隔物的使用改善了 管中管组件的总体绝缘能力，不使用间隔物得到了最大改善的绝缘能力。
当管中管组件包含至少一个间隔物时，间隔物可以进一步包括使用本文 所述的破坏及改变方法的破坏或改变容器的手段。例如，间隔物可以包括加 热手段、机械手段或化学手段，以在环状空间内放置容器时或在其后任何预 定时间，破坏或改变容器。
本发明进一步提供一种绝缘管中管组件，包括(a)至少一个具有外表面的 内管，(b)具有位于至少一个内管周围的内表面的外管，(c)位于外管的内表面 和至少一个内管的外表面之间的环形空间，(d)配置在环形空间中的多孔弹性 可压缩材料，和(e)预先设置在环形空间中并预先保持可压缩材料体积小于环 形空间中可压缩材料体积的容器的剩余部分。该绝缘管中管组件的各个元件 如前所述。
预先保持可压缩材料的容器的剩余部分(或残余)可以包含改变后的整个 容器或改变后的容器的任何部分。例如，如果改变包括容器的破坏性改变， 例如熔融或不可逆转地降解其至少部分，其后至少部分容器将保持在环形空 间中。
本发明另外提供了一种根据本文所述方法制备的绝缘管中管系统。具体 地说，本发明提供了一种绝缘管中管系统，包括：(a)其中至少一个内管的长 度大于外管长度的两个绝缘管中管组件，并且其中内管的相对端延伸超出外 管的相对端，且其中两个绝缘管中管组件中的一个的内管的一端密封连接到 两个绝缘管中管组件的另一个的内管的一端，使得内管邻接并相互连接用于 流体流过其间，和(b)管状结构形式的套管，该套管具有容纳管中管组件尺寸 的孔，其中套管的一端密封连接到两个绝缘管中管组件中的一个的外管上， 且套管的另一端密封连接到两个绝缘管中管组件的另一个的外管上。该绝缘 管中管系统任选地进一步包括绝缘材料，该绝缘材料配置在两个绝缘管中管 组件的套管和内管之间的空间中。该绝缘管中管组件的各个元件如前所述。
本发明进一步提供了一种绝缘管中管组件，包含(a)至少一个具有外表面 的内管，(b)具有位于该至少一个内管周围的内表面的外管，(c)在外管内表面 和至少一个内管的外表面之间的环形空间，和(d)配置在环形空间中的纳孔二 氧化硅，其中纳孔二氧化硅具有80千克/立方米至约140千克/立方米的密度， 并且在约0℃表面和约25℃表面之间测量时，热导率为约20mW/m·K或更小 (例如约12mW/m·K至约20mW/m·K)。可以用前述方法制备绝缘管中管组件， 且纳孔二氧化硅可以如前所述。例如可以根据ASTM C518测量热导率。
本发明绝缘管中管组件和系统适用于输送任何流体，其中该流体可以处 于不同于周围环境的温度下。对于该应用目的，术语″流体″包括气体和/或液 体。本发明组件和系统特别可用于从抽提的位置向储存或处理设备输送烃 (例如原油和天然气)、以及用于从点到点输送液化天然气。
实施例
该实施例进一步图解说明了本发明，但是当然无论如何不应该认为是限 定其范围。
将四种不同量硅石气凝胶颗粒放入内部体积20×20×1cm的Plexiglas泡 室(cell)内。在样品A(对照物)中，在没有任何压缩的泡室中放置硅石气凝胶 颗粒。在样品B、C和D(本发明)中，在具有增加的压缩量的泡室中放置增 加量的硅石气凝胶颗粒，以在泡室内部体积内装入硅石气凝胶颗粒。
对于每个样品，根据压缩之前的硅石气凝胶颗粒体积(Vb)和压缩后的硅 石气凝胶颗粒体积(Va＝工作泡室体积＝400立方厘米)(即内部泡室体积)，使 用下列公式确定压缩百分率：压缩百分率＝[(Vb-Va)/Vb]×100％。通过对于特 定样品用硅石气凝胶颗粒的重量除以内部泡室体积，计算每个样品的体积密 度。
根据ASTM C518，使用并联热板方案测定每个样品的热导率。在表中 列出每个样品A-D的热导率、压缩百分率和体积密度。
表：热导率对压缩百分率
样品 压缩百分率 体积密度(千克/立方米) 热导率(mW/m·K) A(对照物) 0  86  18.0 B(本发明) 20  103  15.7 C(本发明) 33  113  14.0 D(本发明) 45  124  14.2
根据表中所列的结果明显可见，当气凝胶颗粒的压缩百分率增加到至少 约30-40％的范围时，由块状(bulk)气凝胶颗粒表现出的热导率合乎需要地降 低。特别地，与不处于压缩下的气凝胶颗粒相比，压缩百分率为33％和45％ 的气凝胶颗粒表现出大约22％的热导率降低。
这里引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请、专利，在此引入作 为参考，其参考程度如同单独并具体说明每个参考文献全部内容在此引入作 为参考。
在描述本发明的范围(特别是前述实施方案)中使用术语“一(a)”和“一个 (an)”和“该(the)”和类似的指示物理解为包含单数和复数，除非本文中另 有说明或上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”应 理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文 中数值的范围的列举仅仅用作涉及的单独落在该范围内的每个独立值的简 写方法，除非本文中另有说明，且在说明书中引入每个独立值，就如同其在 这里被单独引用。本文描述的所有方法可以任何适当的顺序进行，除非另有 说明或上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实施例，或示例性语言(例 如，“例如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围提出 限定，除非另有说明。说明书中没有语言应被理解为指示对本发明的实践必 要的任何非特定的要素。
本文中描述的本发明的优选实施方式，包括发明人已知的进行本发明的 最佳方式。通过阅读上述说明书，那些优选实施方式的变化对于本领域的普 通技术人员来说是明显的。本发明人希望技术人员适当的采用这种变化，且 本发明人希望本发明用不同于本文具体描述的方式进行实践。因此，本发明 包括由适用法律允许的在此描述的主题的所有修改和等价物。此外，在其所 有可能变化中的上述要素的任意组合包括在本发明中，除非本文另有说明或 上下文明显矛盾。
本申请要求2005年6月6日提交的美国临时申请60/687,672和2006年 1月21日提交的美国专利申请11/337,050的优先权。