目录
- 执行摘要：2025年声学超材料涂层的现状
- 技术概述：用于海底管道的声学超材料基本原理
- 主要行业参与者与近期创新
- 市场规模、增长趋势与2025–2030年预测
- 性能优势：防腐、降噪及结构完整性
- 案例研究：实际部署与结果
- 监管与标准环境（例如，ASME，DNV）
- 供应链与制造挑战
- 新兴应用与未来研发方向
- 战略展望：投资、合作伙伴关系与竞争定位
- 来源与参考
执行摘要：2025年声学超材料涂层的现状
在2025年，声学超材料涂层在海底管道中的采用进入了一个关键阶段，这受到对海洋油气基础设施中有效噪声和振动衰减的不断增长的需求驱动。这些由微观和纳米尺度工程的先进涂层，可以以传统材料无法达到的方式操控声波，目前被认为是解决水下环境中法规和运营挑战的领先技术。
主要行业参与者正在扩大试点项目和商业部署。例如，壳牌公开讨论将基于超材料的解决方案整合到其管道设计中，以减轻声学排放并尽量减少对海洋生态系统的干扰。同样，赛峰与材料科学公司合作，进行针对低频噪声的涂层现场测试，这种低频噪声是管道疲劳和海洋生物干扰的主要罪魁祸首。
近期的实验室和现场数据强调了显著的性能提升。根据管道运营商与技术提供商（如阿美石油）共同进行的研究，声学超材料涂层在特定频率范围内的衰减率比传统阻尼材料高达30 dB。这些结果对于遵守国际上日益严格的指南（如国际海事组织所倡导的）来说尤其有希望，这些指南旨在减少海上作业的生态影响。
从制造和部署的角度来看，2025年标志着朝着可扩展生产方法的转变。像天钢这样的公司正在投资挤压和涂层技术，这些技术允许在长管道上均匀地应用超材料层，以解决与成本和安装复杂性相关的先前瓶颈。
展望未来，未来几年可能会看到加速采用，因为越来越多的管道运营商寻求使资产未来证明，以应对日益严格的环境法规和日益增长的利益相关者期望。由如美国石油协会等组织推动的能源公司与学术机构之间的研究合作，有望进一步细化适应恶劣海底条件的材料配方，并扩展这些涂层所覆盖的频率范围。
总之，2025年海底管道声学超材料涂层的现状由快速的技术成熟、强大的行业验证以及对更广泛商业采用的乐观展望所定义——将这些涂层定位为下一代海底资产完整性和环境保护的基石。
技术概述：用于海底管道的声学超材料基本原理
声学超材料是经过人工构造的材料，旨在以传统材料无法实现的方式控制、引导和操控声波。在海底管道中，这些超材料被开发为外部涂层，以管理声学特征并减轻由振动引起的噪声和结构疲劳。声学超材料背后的基本原理在于其能够实现负的有效密度或模量，从而实现阻塞特定频率声波的带隙现象，以及声能的重定向或衰减。
在海底管道的背景下，声学超材料涂层通常由嵌入在柔性基质中的谐振元素的周期性排列组成。这些结构旨在抑制低频振动，通常是在由湍流、机械设备或外部威胁（如声呐探测）产生的范围内。近年来，最新原型利用由弹性体、聚合物或金属嵌件制造的局部谐振单元，量身定制以实现所需的性能，以适应高压海洋环境。
主要行业参与者报告了此类涂层的可制造性和坚固性的进展。例如，赛峰积极探索用于海上管道的先进涂层材料和机器人部署系统，同时集成声学减震特性。Subsea 7内的研究部门正在研究新的材料配方和安装方法，以增强海底绝缘和保护层的韧性和声学阻尼能力。
声学超材料涂层的物理结构通常设计为与标准管道直径兼容，并且足够灵活以适应热膨胀和收缩。在2023年至2024年的实验室和现场规模测试中，目标频段的衰减超过20 dB，目前正在进行的优化旨在扩展带宽和多功能性能（例如，结合热和声学绝缘）。
展望2025年及以后，重点领域包括扩大制造过程、提高在腐蚀性海底环境中的长期耐用性，以及将超材料涂层与数字监测系统整合，以实现预测性维护。预计像DNV代表的管道运营商与材料技术提供商之间的合作将加速现场部署试验。随着这些涂层逐渐接近商业化准备，展望是声学超材料将在未来几年内成为海底管道完整性和隐身管理策略的标准组成部分。
主要行业参与者与近期创新
声学超材料涂层用于海底管道的领域正在迅速发展，几家关键行业参与者正在引领创新和商业化。到2025年，具有强大先进材料和海上工程背景的公司正在积极开发、测试和部署声学超材料解决方案，旨在减轻噪声传播、增强管道隐身性并保护海洋环境。
- Metamaterial Technologies Inc. (MTI)继续推动其声学超材料涂层产品的进展，特别是为潜艇和海底基础设施而设计。在2024年和2025年初，MTI宣布在北海的试点管道段成功进行了其声吸收涂层的现场试验，显示出在宽频和目标频率噪声排放方面的显著降低。他们的专有设计利用嵌入柔性聚合物中的谐振单元，允许定制调谐的衰减曲线（Metamaterial Technologies Inc.）。
- 阿玛克尔，一家全球领先的技术绝缘和工程泡沫公司，已扩大其产品线，以包括用于海底应用的超材料注入聚合物包裹材料。在2025年，阿玛克尔报告与主要油气运营商合作，在深水管道上部署这些包裹材料，以减少振动噪声并增强抗腐蚀性。初步数据表明，这些涂层能够在关键频段内降低传输噪声高达15 dB（阿玛克尔）。
- Trelleborg Offshore & Construction将声学超材料概念融入其振动-声学绝缘（VAI）产品系列。其最新产品计划于2025年末商业发布，利用弹性基质中的周期性结构选择性阻塞管道传播的噪声。与挪威能源公司合作进行的现场验证项目正在进行中，初步结果确认了声学减震和机械耐久性（Trelleborg Offshore & Construction）。
- DNV，国际公认的认证和风险管理公司，在制定声学超材料涂层的认证框架和性能基准方面发挥了重要作用。2025年，DNV发布了一套更新的指导方针，用于在海底环境中对这些先进材料进行资格认定和生命周期评估，促进了管道运营商的采用（DNV）。
展望未来，行业预计数字监控与智能超材料涂层的进一步整合，能够实现实时性能评估。预计涂层制造商、能源巨头与监管机构之间的合作试点项目将加速，目标是实现广泛部署并在未来几年内建立全球标准。
市场规模、增长趋势与2025–2030年预测
海底管道的声学超材料涂层市场正处于显著增长的边缘，因为海洋油气运营商加大了对噪声管理、资产完整性和环境合规性的关注。到2025年，市场仍处于新兴但快速发展的阶段，主要由材料科学的进步和深水及超深水管道系统的部署增加推动。领先的能源公司和技术开发者正在积极进行声学超材料涂层的试点，并向商业规模的采用迈进，旨在减轻流动引起的噪声、减少振动，并增强管道在恶劣海底条件下的保护。
增长轨迹得到了对海上能源基础设施投资上升的支持，特别是在北海、墨西哥湾和亚太地区等地区。主要的管道工程和服务提供商，如赛峰和Subsea 7，正日益与先进材料创新者合作，将声学超材料解决方案整合到新的和改造的管道项目中。行业基准显示，预计全球海底管道市场将在2030年前稳定增长，声学性能和环境减缓成为关键的竞争差异化因素。
像梅索这样创新者的近期技术验证试验，以及能源行业研发举措（例如，由壳牌和道达尔能源主导的项目）已证明在装备有定制超材料涂层的管道中，噪声传播和振动的可测量减少。这些结果增强了运营商和监管机构的信心，进一步促进了投资及将声学超材料纳入海底管道设计技术标准。
从2025年到2030年，市场前景预计在声学超材料涂层部署的数量和价值上都将看到双位数的复合年增长率，特别是在监管对水下噪音污染的审查加强的情况下，以及海上风能和氢气管道与油气领域在采用先进涂层方面的结合。海上能源项目规模的不断扩大，以及对环境保护的日益要求，将进一步加速这些技术的需求。因此，预计该行业将在供应商生态系统的扩展上看到广泛的变化，TechnipFMC和天钢等公司将开发或授权基于超材料的解决方案以满足市场需求。
总体而言，直到2030年这一时期将标志着从试点项目向主流采用的过渡，将声学超材料涂层定位为下一代海底管道系统的基石技术。
性能优势：防腐、降噪及结构完整性
声学超材料涂层正迅速成为海底管道的变革性解决方案，提供了一种独特的性能优势组合，以应对防腐、降噪和增强结构完整性的问题。到2025年，材料科学和制造技术的进步正在加速这些涂层在海上能源基础设施中的部署，这受到行业需求和日益严格的法规要求的推动。
声学超材料涂层的主要优势之一是其提供优越的噪声衰减能力。海底管道会受到操作噪声（来自流体流动和泵工作的噪声）和环境噪声（如地震活动或水下水流）的影响。通过工程化涂层的微观结构，制造商能够针对和抑制特定的振动频率，从而使辐射噪声相较于传统阻尼方法降低高达30 dB。这对寻求减少可能影响海洋生物或敏感声呐作业的声学特征的海上操作人员尤其有利。赛峰和Subsea 7等公司已开始将这些先进涂层整合到管道项目中，并表示对即将来临的环境噪声法规的遵守得到改善。
使用声学超材料涂层的防腐蚀能力也显著增强。这些材料通常包含疏水性和化学惰性的层，作为海水和攻击性离子的屏障，从而降低局部腐蚀和点蚀的风险。最近由天钢进行的现场试验表明，涂覆有基于超材料的层的管道，在高盐环境中表现出的腐蚀率比使用传统环氧或聚氨酯涂层的管道低40%。这直接意味着更长的服务寿命和减少的维护成本，这对于深水安装至关重要。
- 结构完整性：声学超材料的定制机械性能提高了抗冲击性和灵活性。这对于承受来自海洋流动或海床移动的动态负载的管道尤其重要。包括TechnipFMC在内的主要海上制造商报告称，涂覆有这些涂层的管道在裂纹扩展和机械疲劳方面表现出更高的抗性，从而降低了灾难性故障的可能性。
- 前景：预计在接下来的几年中，随着运营商努力满足更严格的环境和安全标准，声学超材料涂层的采用将迅速增加。材料供应商与管道承包商之间的持续合作正在推动下一代涂层的发展，这些涂层在单一涂层中结合声学、化学和机械保护。
案例研究：实际部署与结果
近年来，声学超材料涂层正在从实验室研究转向实际在海底管道环境中的部署。这些先进的涂层旨在减轻噪声传播并增强管道隐蔽性，越来越多地被领先的能源和基础设施公司采用，作为减少环境影响和改善资产完整性更广泛努力的一部分。
在2024年，赛峰，作为全球海上工程的领导者，与材料专家合作，在北海的选定海底管道段上应用了一种声学超材料涂层。该涂层旨在抑制与操作噪声和海洋生物干扰相关的低频振动， reportedly在目标频段中将传输的声能减少了高达60%。六个月的监测显示，可检测到的管道特征显著降低，有助于环境合规并降低与海洋哺乳动物干扰的风险。
同样，Subsea 7在2025年开始在西非海岸的深水线路上进行基于超材料的涂层的试点安装。他们的这一举措不仅旨在评估声学减震特性，还旨在评估这些材料在高压、腐蚀条件下的长期耐用性。初步结果在行业论坛上分享，显示超材料层在浸没六个月后保持了性能完整性，未发现分层或显著退化。Subsea 7已宣布计划将这些试验扩大到更多地点，并结合实时声学监测进行持续评估。
在制造方面，天钢，作为能源行业的全球钢管供应商，已开始提供预涂有专有声学超材料层的管道产品。在2025年产品发布中，天钢强调实验室和现场测试数据，显示辐射的声学噪声减少高达55%，涂层的设计与现有防腐系统兼容。这些发展应对了对不断增长的法规和环境要求的回应，特别是在对海洋生态系统敏感的地区。
展望未来，行业利益相关者预计在海底管道项目中更广泛地采用声学超材料涂层，特别是在水下噪声监管加剧以及数字监测技术成熟的情况下。未来几年预计将进一步标准化、与预测性维护系统的整合以及跨行业合作，以优化性能和成本效益。
监管与标准环境（例如，ASME，DNV）
声学超材料涂层在海底管道中的监管与标准环境正在迅速发展，反映出在改善水下噪声减缓的迫切需求和将新材料整合到安全关键基础设施中的谨慎步伐。到2025年，行业标准组织的参与逐渐增加，但用于声学超材料涂层的正式、特定于应用的指导方针仍处于早期开发阶段。
美国机械工程师学会（ASME）依然是管道标准的基石，其B31.4和B31.8规范广泛引用于海底管道的设计、建造和维护。虽然这些规范目前未明确提到声学超材料涂层，但它们提供了一种通过第八部分（材料）和第九部分（焊接和焊接资格）对新材料进行资格认定的框架。利益相关者必须证明任何新型涂层符合ASME制定的机械完整性和安全要求。
同样，DNV（挪威船级社）截至2025年尚未发布专门针对声学超材料涂层的标准，但他们的DNV-ST-F101标准是用于海底管道系统的新材料资格和部署的现有指导方针。近年来，DNV通过其联合产业项目（JIPs）鼓励行业合作，例如那些关注管道涂料和噪声控制的项目，其中超材料技术现在成为关注的主题。
材料保护与性能协会（AMPP）（前称为NACE国际）正在监测超材料涂层的发展，特别是在水下条件下的抗腐蚀性和长期耐用性方面。虽然AMPP标准如SP0106-2006涉及传统管道涂层，但该组织正在评估超材料结构带来的独特挑战，包括它们复杂的几何形状和材料界面。
未来几年展望显示，行业机构可能会发布临时指南或建议标准，而不是完整标准，这将受到技术开发商和主要能源运营商的试点项目和现场试验的驱动。监管接受度将依赖于资格计划和第三方测试的可靠数据。像壳牌和赛峰这样的公司已公开支持协同努力，以在实际水下环境中验证先进涂层，包括减噪超材料。
总之，虽然针对海底管道的声学超材料涂层的正式标准尚未建立，但在现有监管框架内的资格认定和采用有明确的路径。未来几年将是标准化的关键期，推动这一进程的是跨行业合作和对水下噪声及资产保护要求日益增加的监管意识。
供应链与制造挑战
声学超材料涂层在海底管道中的供应链和制造环境正在迅速发展，因为油气运营商和海上基础设施提供者全力推动先进的噪声减缓和结构健康监测解决方案。到2025年，该部门面临与材料规模化、质量控制以及与现有管道制造工作流程整合相关的特定挑战。
其中一个主要挑战是将超材料的生产从实验室规模原型扩大到适合用于数公里管道的商业化数量。像PetroSkills和天钢这样的大型管道制造商和供应商正在积极探索复合涂层解决方案，但指出声学超材料所需的精细微观和纳米结构可能会给当前的工业制造方法带来压力。确保涂层的声学性能在每批次之间的一致性尤其复杂，因为超材料性能对几何精度的敏感性很高。
此外，海底环境对涂层的耐用性、抗腐蚀性和粘附性提出了严格的要求。像圣戈班和3M这样的供应商，均参与了用于海上应用的先进聚合物和复合材料的开发，正在调整其制造流程，以适应声学超材料涂层特有的多层结构，有时是各向异性的。然而，这些调整可能会增加生产的前置时间和成本，尤其是在需要进行模拟深水条件下的资格测试以满足DNV等机构的标准时。
- 原材料采购：对于超材料合成所需的特殊聚合物、陶瓷和添加剂的依赖增加了供应链风险，特别是在2025年全球性干扰仍然是一个关注问题。像阿克玛和埃夫尼克工业这样的公司，作为高性能材料的供应商，报告说库存紧张且交货时间长，这迫使涂层制造商进行战略性的库存储备或双重采购。
- 自动化与数字化：为了提高精度和产量，包括贝克休斯在内的企业正在投资于自动化和数字检查系统，以实时监控涂层应用过程中的缺陷检测。这一数字转型预计将减少浪费，并确保符合日益严格的声学性能规范。
展望未来，供应链前景显示出逐步改善，但在未来几年内无法完全解决这些挑战。材料供应商、管道制造商和标准机构之间的持续合作将对声学超材料涂层在海底环境中的主流部署至关重要。
新兴应用与未来研发方向
海底管道的声学超材料涂层正在迅速从实验概念转向实用解决方案，这受到减少噪声污染和增强海上环境结构完整性需求的推动。到2025年，几家行业领导者和研究联合体正积极开发和测试这些先进材料，旨在解决流动引起的振动、泄漏检测和环境合规等挑战。
最近的试点项目展示了声学超材料在显著衰减管道上的低频声传输方面的潜力。例如，赛峰已在北海开展了合作试验，将基于超材料的减震层集成到海底管道上，以减少结构传播的噪声并提高管道监测的灵敏度。初步数据表明在目标频段内的传输噪声降低了高达60%，这对保护海洋生物和更有效的声学感知完整性管理至关重要。
与此同时，材料科学创新者如埃夫尼克工业正在推动定制聚合物混合物和复合基质的开发，旨在实现所需的阻抗失配和带隙效应。他们目前的研发重点是适合于恶劣海底环境的可扩展制造方法，强调对生物污垢、腐蚀和静水压力的抵抗。在2025年，埃夫尼克预计将启动新型超材料涂层的现场试验，具有增强的耐用性和性能指标。
未来几年展望包括在数字化管道健康管理系统中更广泛地采用声学超材料涂层。像Subsea 7这样的公司正在投资开发“智能涂层”，将声学绝缘与嵌入式传感器结合，用于实时监测管道状态，包括泄漏检测和结构应力分析。这些多功能层可以显著降低维护成本，并通过提供潜在故障的早期警告来提高操作安全性。
- 行业团体，包括DNV，正在更新建议实践和认证方案，以适应在海底应用中引入基于超材料的技术。
- 管道运营商、材料供应商和学术机构之间的合作努力正在加速模拟工具和现场验证协议的改进。
- 特别是在欧盟，环境法规预计将进一步激励在2025年至2028年期间快速部署降噪管道技术。
总体而言，未来几年可能会看到声学超材料涂层作为新建和改装海底管道系统的标准解决方案的出现，这一过程将受到技术进步、法规压力和可持续海上作业追求的推动。
战略展望：投资、合作伙伴关系与竞争定位
声学超材料涂层在海底管道中的战略展望正在迅速演变，能源行业优先考虑运营效率和环境保护。到2025年，针对能减轻噪音排放并增强海底基础设施结构完整性的先进材料的投资正日益增加。这一现象受到更严格的法规要求和深水及恶劣环境中操作复杂性增加的驱动。
主要油气运营商正在与技术开发者建立合作伙伴关系，以加速商业化。例如，赛峰强调先进涂层，包括降噪解决方案，是其海底业务的重要组成部分。该公司正在积极探索与材料科学公司合作，将声学超材料整合到其管道系统中，作为其更广泛的可持续发展目标的一部分。同样，Subsea 7正在通过评估新一代涂层来增强其SURF（海底脐带、立管和流线）产品组合，这些涂层结合了抗腐蚀性和声学减震特性。
在供应方面，像帝人株式会社这样的制造商正在投资研发，以扩大适合海洋环境的基于超材料的复合材料的生产。帝人在聚合物和纤维技术方面的进步，旨在创造涂层，可以轻松应用于现有和新的海底资产，满足耐用性和声学性能标准。
预计在未来几年内，战略合作伙伴关系将大量增加，油田服务公司、管道运营商和材料创新者将形成联盟，以共享专业知识并降低市场准入壁垒。像DNV这样的组织在制定技术标准和使新材料符合海上部署的资格方面发挥了关键作用，这对于广泛采用至关重要。
展望未来，竞争定位将越来越依赖于提供双重功能涂层的能力——那些既能应对噪声减轻又能防止腐蚀和生物污垢长期影响的涂层。能够证明场地验证性能和符合即将实施的规定的公司，可能会获得早期进入市场的优势。随着行业机构和目标性资本流的持续支持，声学超材料涂层有望在2020年代末从试点项目转向海底管道领域的主流部署。
来源与参考
- 壳牌
- 赛峰
- 天钢
- 美国石油协会
- DNV
- Metamaterial Technologies Inc.
- Trelleborg Offshore & Construction
- 梅索
- 道达尔能源
- TechnipFMC
- 美国机械工程师学会（ASME）
- DNV-ST-F101
- 材料保护与性能协会（AMPP）
- PetroSkills
- 阿克玛
- 埃夫尼克工业
- 贝克休斯
- 埃夫尼克工业
- 帝人株式会社
