CN102449260A - 热传输死脚 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传输流体的海底系统，其中，所述海底系统包括具有传送流体流的流动路径的第一部分和具有设置用于传送流体的流动路径的至少一个第二部分。第二部分临时从海底系统的第一部分的流动路径封闭。来自于在海底系统的第一部分中传输的流体的热量通过热传导结构传递给第二部分，所述热传导结构在海底系统的第一部分和第二部分之间建立接触，以防止在海底系统的第二部分中形成水合物。

Description

热传输死脚
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的用于传输流体的海底系统。
背景技术
在诸如生产系统的海底系统中，在流体通常流动的系统部分从系统其余部分封闭或隔离时，可能发生问题。系统的封闭部分通常称为“死脚”。“死脚”可以由海底系统的任何部件构成，但是通常可以是管道部件。所有死脚都是系统中的可能有问题区域，因为它们可能被其中的水合物阻塞，因而在需要时不可用，该情况可导致功能、时间和金钱的损失，且可能给人们和环境提供危险情况。
主过程和隔离阀之间的管道元件可能经受与死脚有关的问题。同样还适用于再循环线路，所述再循环线路将泵的出口连接到泵的入口，从而确保泵在最小流量极限值以上操作。对于长的时间段，这种线路可能封闭。
死脚可以从过程隔离且放气，但是通常仅仅设置阀以防止流体进入系统的封闭部分。流体（例如，过程流体）的一部分可能流过死脚。如果死脚封闭长的时间段，那么可能发生一些热过程流体进入死脚的情况，其中，流体冷却且随着时间的经过，水合物和/或蜡可形成且阻塞线路。捕获在死脚中的流体还可以形成蜡和水合物。通常，在发生系统的流体路径的任何类型的阻塞（例如存在堵塞法兰（blind flange，或盖板））时，可形成死脚。
基于上述形成水合物的问题，已经需要保护海底系统以防形成水合物。根据现有技术的方案，围绕可能的死脚设置绝热件以防止形成水合物。此外，根据现有技术的方案，死脚可以被加热（借助于主动外部热源）且死脚的容积被隔离且被减压或抑制。或者，使得死脚的长度尽可能短。
发明内容
本发明的目的在于通过防止形成水合物、蜡等而提供解决死脚问题的方案。所述方案根据权利要求限定的本发明提供。本发明的进一步实施例在从属权利要求中限定。
本发明的原理在于：当海底系统正常操作时，保持死脚中的温度高于临界温度。所提出的方案是被动的，不需要任何调节且基于过程可用的能量。
根据独立权利要求，本发明涉及一种用于传输流体的海底系统。所述海底系统包括具有传送流体流的流动路径的第一部分和具有设置用于传送流体的流动路径的至少一个第二部分。第二部分的流动路径临时从第一部分的流动路径封闭。为了防止在海底系统的第二部分中形成水合物，来自于在海底系统的第一部分中传输的流体的热量或能量通过热传导结构传递给第二部分，所述热传导结构在海底系统的第一部分和第二部分之间建立接触。在海底系统的第一部分中流动的流体可以是在海底系统中传输的任何流体。第二部分能够以上述各种方式从海底系统的第一部分封闭。
根据本发明的第一实施例，所述热传导结构沿海底系统的第一部分和第二部分中的至少一部分的流动路径延伸。通过该设置，在海底系统的两部分之间建立接触，且热量跟随流动路径从海底系统的部分传递，其中，流体流向系统的封闭第二部分，其中，存在形成水合物的风险。海底系统的第一部分和第二部分可以按顺序成直线设置。于是，可以在轴向方向发生热传递。例如，在由管道元件制成时，两个部分能以成角度关系设置，其中，沿第二部分的一部分在轴向方向发生热传递。在热传导结构和第一部分之间建立接触区域。接触区域可以具有轴向延伸范围，所述轴向延伸范围可限于第一部分的轴向延伸部分的一部分或者与第一部分的轴向延伸部分相对应。当第二部分（可能的死脚）是管道元件时，沿管道元件的轴向传导的增加对于防止形成水合物具有特别的效果，于是，沿该管道元件轴向延伸的热传递结构的一部分的设置显著地有助于保持管道元件（死脚）内的温度高于水合物形成温度。
根据本发明的一个方面，海底系统的第一部分和/或第二部分中的至少一个包括至少一个管道元件。多个管道元件可连接以形成管线或管道，可选地，一个管道元件可限定管道。在一个方面，与海底系统的第二部分接触的热传导结构的部分可具有与海底系统的第二部分的轴向延伸范围基本上相对应的轴向延伸范围，以在海底系统的部分的第二部分中实现令人满意的轴向传导。热传导结构和海底系统的第一部分之间的接触可具有沿海底系统的轴向延伸范围的轴向延伸范围，或者可限于较小接触区域。
在海底系统的第一部分包括管线且海底系统的第二部分也包括管道的情况下，热传导结构可以跟随管线和管道的长度/轴向方向的至少一部分。于是，热传导结构可具有与管线/管道的轴向延伸范围的至少一部分相对应的轴向延伸范围。可选地，热传导结构可以轴向地跟随管道（第二部分），同时与管线（第一部分）建立有限接触区域。热传导结构的与管道接触的部分可具有与管道相对应的轴向延伸范围。通过增加横靠管道的轴向热传递，将减少沿死脚的温度下降。因而，在死脚中保持较高温度。
热传导结构将由具有令人满意的传导系数的材料制成。因而，轴向传导或热传递的充分增加和热损失的减少可使得死脚中的最小温度高于预定临界值。
在本发明的第二实施例中，海底系统的第一部分和第二部分以基本上平行的关系设置。热传导结构沿海底系统的第一部分和第二部分的长度的至少一部分设置在海底系统的第一部分和第二部分之间。
在第三实施例中，海底系统的第一部分和第二部分以基本上平行的关系设置，且热传导结构包括将海底系统的第一部分和第二部分以基本上横向设置连接的多个热传导元件。
如上所述，海底系统的第一部分和第二部分中的至少一个包括提供流体流动路径的至少一个管道元件。热传导结构可以环绕管道元件设置且可以设置成与管道元件接触。此外，热传导结构可以具有与海底系统的第一部分和第二部分的轴向延伸范围的至少一部分相对应的轴向延伸范围和/或与海底系统的第一部分和第二部分的周向延伸范围的至少一部分相对应的周向延伸范围。在一个方面，热传导结构构成环绕管道元件的外部管道元件。
热传导结构可以应用于内部管道元件以形成夹层结构以便增加传导性。这可以通过例如HIP（热等静压）或烧结过程完成，以在管道壁的表面上设置良好传导性材料。如果由于腐蚀而需要，高传导性材料可以在两种材料之间“烘焙”，从而由管道材料完全封闭。实际材料可以是例如铝（ca 200W/mK）、铜（ca 400W/mK）或各种高传导性合金。应当可实现300W/mK或更高的复合物有效传导系数。
其它可选方案可以使用传导材料的两个部段（上半部和下半部）且将其围绕管道夹持。热管可用于通过使用重力和自循环的自循环而传输能量或者循环流体。
如上所述，在本发明的一个方面，海底系统的第一部分可包括管线，海底系统的第二部分包括管道。于是，热传导结构可环绕管线和管道的至少一部分设置。可选地，热传导结构构成所述管线和管道，于是，同一个元件满足传输流体和从海底系统的第一部分传递热量到第二部分的功能。可选地，热传导结构可设置在管线和管道内侧，将管线和管道的至少一部分连接，用于在海底系统的两部分之间传递热量。热传导结构可以例如与管道/管线同轴设置。本领域技术人员将认识到，本发明的第三实施例可以与以下设置中的一个或多个结合；将热传导结构定位在管道/管线内侧的设置，设置热传导结构使得其构成所述管线/管道以及设置热传导结构环绕所述管道/管线。
海底系统的至少一部分可以设置有外部绝热结构。绝热系统将根据各个实施例实现。绝热件可以是常规绝热材料或使用真空（保温瓶）等。
在一个方面，海底系统包括用于生产烃的系统，流体流包括过程流体。
在另一方面，海底系统可包括流体线路和阀装置，所述阀装置设置成将海底系统的第二部分从海底系统的第一部分封闭。
在使用的另一方面，海底系统包括具有泵的流体线路，其中，海底系统的第二部分包括将流体再循环到泵入口的线路。
附图说明
本发明的示例在下文参考附图描述，其中：
图1示出了海底管道系统的布局的示例。
图2示出了本发明的第一实施例。
图3示出了本发明的第一实施例的示例。
图4示出了本发明的第二实施例。
图5示出了本发明的第三实施例。
图6示出了本发明的第四实施例。
图7示出了本发明的第五实施例。
具体实施方式
图1示出了海底管道系统1的布局的示例，海底管道系统1提供用于传送流体的流动路径。海底管道系统1包括第一部分（在该示例中显示为管线2）和第二部分（从管线2分支的管道3、4）。这些支路设置有诸如阀3a、4b的装置，用于暂时封闭通过管道3、4的流体流。当没有流体流经管道3、4时，在海底系统的该部分中存在形成水合物的风险。被封闭流体流的管道3、4定义为死脚。
为了避免形成水合物，海底管道系统1设置成使得热量从管线2传递到封闭的管道3、4。该热传递通过在管线2和管道3、4之间建立接触的热传导结构实现。
在图2中，示出了本发明的第一实施例的示例。根据该实施例，管线2和管道3、4的截面类似，且与图2所示的截面相对应。管线2和管道3、4包括内部管道元件5，例如具有用于传送流体的流动路径的钢管。由具有比内部管道元件5相对更好传导特征的材料形成的外部管道元件6环绕内部管道元件5，且构成热传导结构。外部管道元件6具有沿内部管道元件5的延伸范围，且在跟随流动路径的方向从管线2延伸到管道3、4，从而确保在管线2中传输的流体积聚的热量传递给管道3、4，以防止形成水合物。为了进一步减少到周围环境的热损失，海底系统1可能设置有外部绝热结构7。
图3示出了本发明的第一实施例的示例。管线2的一部分，其中，内部管道元件传送流体流，由外部管道元件6环绕，用于将热量从管线2传递给管道支路3、4。外部管道元件6沿管道支路3、4的内部管道元件延伸，从而在跟随流体路径的方向将热量从管线2传递给管道支路3、4。热桥8示出了借助于构成外部管道元件6的热传导结构从管线2到管道3、4的热传递区域。图3中还示出了外部绝热结构7。
图4示出了本发明的第二实施例的截面，其中，传送流体的管线2以与管道3、4平行的关系设置。热量从管线传递给管道，以便避免形成水合物。管线2和管道3、4的设置用覆盖管线2和管道3、4两者的绝热结构7的实施例环绕。热传导结构由填充在管线2和管道3、4之间的间隙中的热传导元件8提供，从而确保管线和可能的死脚管道3、4之间的令人满意的热传递。
图5示出了本发明的第三实施例的截面。在此，管线2和管道3、4还以平行关系设置。热传导结构由在平行管道和管线之间横向定向的热传导杆9提供，从而确保热量沿管道的轴向延伸范围传递。海底系统设置有绝热结构7。
图6示出了本发明的第四实施例的截面，其中，管道元件15本身具有高热传导特征，从而设计成构成热传导结构。从而，海底系统的第一和第二部分之间的轴向热传导将通过管道元件15实现，不需要附加热传导结构。绝热结构7环绕管道元件。
在一些情况下，本发明可以设置成使得热传导结构由管道元件15和设置在管道元件内侧或外侧的附加热传导元件的组合构成，其中，这两个元件的热传导特征被选择以设置用于避免在海底系统的第二部分中形成水合物所需的总热传递。
图7示出了本发明的第五实施例的截面，其中，热传导结构由设置在管道元件25内侧的热传导元件18构成。热传导元件18可以形成为杆或管形元件或任何其它元件，优选为细长的，具有在海底系统的流体路径方向的延伸范围且能够在海底系统的第一和第二部分之间提供连接。

Claims (13)

1.一种传输流体的海底系统，其中，所述海底系统包括具有传送流体流的流动路径的第一部分和具有设置用于传送流体的流动路径的至少一个第二部分，所述第二部分临时从海底系统的第一部分的流动路径封闭，其中，来自于在海底系统的第一部分中传输的流体的热量通过热传导结构传递给第二部分，所述热传导结构在海底系统的第一部分和第二部分之间建立接触，以防止在海底系统的第二部分中形成水合物。
2.根据权利要求1所述的海底系统，其特征在于，海底系统的第一部分和第二部分中的至少一个包括至少一个管道元件。
3.根据权利要求1或2所述的海底系统，其特征在于，所述热传导结构沿海底系统的第一部分和第二部分中的至少一部分的流动路径延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的海底系统，其特征在于，所述热传导结构环绕所述至少一个管道元件设置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的海底系统，其特征在于，所述热传导结构构成所述至少一个管道元件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的海底系统，其特征在于，所述热传导结构设置在所述至少一个管道元件内侧。
7.根据前述权利要求中任一项所述的海底系统，其特征在于，海底系统的第一部分和第二部分以基本上平行的关系设置。
8.根据权利要求7所述的海底系统，其特征在于，所述热传导结构包括将海底系统的第一部分和第二部分以基本上横向设置连接的多个热传导元件。
9.根据前述权利要求所述的海底系统，其特征在于，海底系统的第一部分包括管线，海底系统的第二部分包括管道。
10.根据前述权利要求所述的海底系统，其特征在于，海底系统的至少一部分设置有外部绝热结构。
11.根据前述权利要求所述的海底系统，其特征在于，海底系统包括用于生产烃的系统，流体流包括过程流体。
12.根据前述权利要求1－11所述的海底系统，其特征在于，海底系统包括流体线路，阀装置设置成将海底系统的第二部分从海底系统的第一部分封闭。
13.根据前述权利要求1－11所述的海底系统，其特征在于，海底系统包括具有泵的流体线路，其中，海底系统的第二部分包括将流体再循环到泵入口的线路。
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