CN102575503B - 用于海底的运行工具的增压器系统 - Google Patents

Abstract

一种系统，其使可潜水设施的屏障器流体增压，从而在所述系统的潜入期间维持所述可潜水设施周围的环境压力和所述可潜水设施内部的屏障器流体压力之间的压力差，其中所述压力差在预定压力差范围内是适合的。所述系统包括预装填装置和增压器，其适于以启动压力开始工作。所述预装填装置在所述系统潜水期间适于提供预定压力差范围内的压力差，直到环境压力等于所述增压器的启动压力，而在所述系统进一步潜入期间，当环境压力等于所述增压器的启动压力时，所述增压器适于提供预定压力差范围内的压力差。

Description

用于海底的运行工具的增压器系统

技术领域

本发明涉及一种系统，其通常在海底，当可潜水设施被安装时的下降期间，和当可潜水设施从其水下安装位置恢复时的上升期间，该系统用于增压可潜水设施的屏障器流体。本发明还包括一种方法，其用于在安装和恢复期间增压屏障器流体，本发明还包括系统的使用方法。

背景技术

可潜水设施可以是海底泵、海底压缩机或控制盒或其他设备，在它的内部中具有组件，其需要防止环境压力和水浸入。这样的设备经常布置有屏障器流体装置，其包括密封装置和屏障器流体，其用于密封海底设施的内部。

当海底泵被安装的时候，至关紧要的是屏障器流体压力高于环境压力，从而消除任何水浸入的危险。屏障器流体的压力需要被控制并被调节，以确保它比环境压力高，从而防止水浸入。可潜水设施的内部则在不同的安装深度中被保护而且还在潜水期间和恢复期间，环境压力根据水深变化。通过在屏障器流体中提供超压，在可潜水设施周围的环境压力和屏障器流体压力之间获得压力差。另一方面，在泵内的动态密封件和O型环能够抵抗周围压力的多大压力差上存在限制。实际上，现今使用最大200barg。压力差的大小因此是预定并可根据使用的领域而变化。

根据现有技术解决方案，屏障器流体装置已经被连接到蓄水池，以补偿由于环境压力和温度导致的屏障器流体的体积变化。当可潜水设施位于深水的时候，例如在1600m至3000m之间，蓄水池在环境压力和屏障器流体之间不足以提供必要的压力差。

发明内容

当需要海底设施安装在深水位置时，本发明的目的在于提供一个解决方案，其能够在下降、上升和安装位置期间，将环境压力和屏障器流体的压力之间的压力差保持在可接受水平。

如独立权利要求所限定的根据本发明的系统满足了此要求，并且本发明的实施例在从属权利要求中限定。

根据本发明提供了一种系统，其增压可潜水设施的屏障器流体以维持在可潜水设施周围的环境压力和可潜水设施内部的屏障器流体压力之间的压力差，特别是在系统的潜入期间，其中压力差在可潜水设施周围的环境压力和可潜水设施内部的屏障器流体压力之间的预定压力差范围内是适合的。由系统所提供的压力差取决于环境压力，并且当环境压力增加时，压力差也增加。

被系统递送的压力差由于环境压力将发生一定程度的变化，但是系统尺寸设计成压力差适合在系统可接受的预定压力范围内，既在安装的位置也在潜入和恢复过程期间。

系统包括预装填装置和至少一个增压器。为了增压器开始工作和在屏障器流体中提供所需超压，环境压力需要具有某种大小。系统需要在环境压力处于匹配增压器的具体启动压力的大小之前潜入某种深度。当环境压力等于增压器的启动压力的时候，至少一个增压器使用环境压力来提供压力差，其在预定压力差范围内是适合的。增压器与环境压力成比例地工作，并且当环境压力增加或减小的时候，从增压器递送的压力按比例增加或减小。

当系统的启动时的环境压力比增压器的启动压力处于更低水平时，例如将可潜水设施引入水中和以初始水深潜水的时候，预装填装置补偿任何温度变化并提供预定压力差直到增压器的启动压力被到达，例如当海底设施已经被潜入到某种深度的时候。当增压器的启动压力被满足的时候，至少一个增压器提供预定压力差。

系统可以布置成使得预装填装置和至少一个增压器连续工作或可以布置成使得仅预装填装置或至少一个增压器被用于增压屏障器流体。预装填装置和至少一个增压器的连续使用和预装填装置或至少一个增压器的使用取决于水深（系统在其中应用并且程序也在其中实施）。当系统从水面潜入时预装填装置将在初始阶段注意屏障器流体的增压以及在此后注意至少一个增压器的增压。当系统用于受限制的水深的时候，预装填装置仅可以被需要用于屏障器流体的增加。当系统用于携带海底设施的时候，海底设施的屏障器流体将由于减小的环境压力和增加的温度而在上升期间膨胀。增压器因此在之前准备以便当屏障器流体膨胀时能够接收屏障器流体，从而避免屏障器流体中的过度超压。在恢复操作期间，增压器在上升到表面期间仅可以被需要用于屏障器流体的增压。不过，系统优选地设有至少一个阀，其可以被打开，使得如果必要的话，屏障器流体也可以流回蓄水池。

预装填装置可以包括至少一个蓄水池。在一个实施例中，两个蓄水池被包括在系统中。本领域技术人员将理解，预装填的蓄水池也能够被其他装置替换，例如内部螺旋弹簧或伸展的风箱补偿器。

内部螺旋弹簧或伸展的风箱补偿器的主要的挑战在于要有用于运动间隔的足够的力。当设备由于温度变化被降低进入海中的时候，运动的大小可处于它的最大值。在一个实施例中，与增压器结合的一个或多个蓄水池的使用在初始安装阶段中是特别有利的，这是由于用于蓄水池预装填的很多协调可能。

增压器可以由双动作活塞构成，该双动作活塞具有大于1的面积比，例如大约1.3的面积比。在一个实施例中，增压器包括至少一个缸体单元，其容纳活塞，其中第一活塞区域的大小比第二活塞区域的大小更大。第一活塞区域暴露于系统周围的环境压力，第二活塞区域直接或间接地与屏障器流体接触。用作到增压器的输入的环境压力的水平通过第一及第二活塞区域的布置而增加，因而增压屏障器流体。

一个或多个增压器可以被包括在系统中。在一个实施例中，两个增压器被包括在系统中，其确保当使系统从安装位置到水面时在恢复过程中提供足够的膨胀。在操作构思中适合的是包括用于增压器的冗余。

至少一个增压器和预装填装置与可潜水设施的屏障器流体装置流体连通。当一个或多个增压器递送预定压力差给屏障器流体的时候，止回阀被提供用来把预装填装置与屏障器流体装置的流体连通隔离。

本发明还包括一种方法，当系统潜入水中时，该方法增压流体屏障器装置。在第一初始深度间隔内的系统潜水期间，预装填装置提供预定压力差，当进一步将系统潜入安装位置时，增压器提供预定压力差。当系统潜入比第一初始深度间隔更深的地方时，止回阀隔离预装填装置。

进一步，本发明涉及一种方法，当使可潜水设施从安装位置到水面时，该方法增压可潜水设施的流体屏障器装置，其中预定压力差由增压器提供。

附图说明

其中本发明实施例的例子将参考图说明，其中：

图1显示现有解决方案的例子。

图2显示本发明实施例的例子。

图3显示包括在本发明中的增压器的例子。

具体实施方式

图1描绘流体屏障器填充系统1，其被连接到在此显示为海底泵3的可潜水设施的流体屏障器系统2。屏障器填充系统1在这里布置有预装填装置，其在此显示为两个蓄水池5，其布置用于供给流体到流体屏障器系统，以确保在海底泵3周围的环境压力和屏障器流体之间的压力差被维持。屏障器填充系统1具有用于填充屏障器油的填充点4，并且填充管线布置有用于填充屏障器流体的阀4a。阀4a和阀4b定位于过滤器4c的每个侧面。当替换过滤器4c时，流体流被阀4a、4b控制。出口阀6a的打开和关闭控制从流体屏障器填充系统1到流体屏障器系统2的流体输送。流体屏障器系统2和海底泵3的其余组件在这里不详细地解释，因为这些组件被认为是与本发明不那么相关的现有技术部分。

因为仅在以受限深度间隔应用时蓄水池的装置才充分工作，在图2展示了屏障器增压系统10，其能够在蓄水池的工作范围外提供必要的压力差。由系统产生的压力差在所有时间都处于系统可接受的预定压力差范围内。

在图2所示的实施例中的系统10包括两个蓄水池5和与蓄水池5平行布置的两个增压器8。图2中的阀4a、4b、6b具有与图1所述相同的功能。增压器利用周围环境压力来在面对周围水压的活塞表面和与屏障器流体接触的活塞表面之间的面积比，以产生在屏障器流体中的超压。为了能够在屏障器流体中产生超压，环境压力需要处于某个水平以使增压器8开始。因此在可潜水设施潜入水中或可潜水设施的位置被限制在初始深度间隔的期间，当屏障器增压系统10位于初始深度间隔时，增压器8不能在屏障器流体中产生超压。在此初始深度间隔，预定压力差通过供给到屏障器流体装置的流体提供，所述流体由预装填的蓄水池5供给到屏障器流体装置。

为了确保满足增压器的工作条件，可以为系统提供刚性。刚性系统可以由包括在屏障器增压系统10中的止回阀7提供，以隔离蓄水池并防止从蓄水池5供给的流体流回蓄水池5。

系统10周围的温度影响屏障器流体的温度，以便当周围的温度降低时，屏障器流体的温度降低。通常在系统潜入水中之前，屏障器流体被增压以设置屏障器压力。当系统潜入比潜入之前系统周围的温度更低的水中时，温度变化引起屏障器流体体积的减小。体积损失将被预装填的蓄水池考虑到，该蓄水池再填充屏障器流体装置，并且蓄水池由于温度变化将补偿压力损失。由于压力增加，体积损失也将被蓄水池考虑到。但是与由降温引起的体积损失相比，这种体积损失是次要的。当系统被安装和在操作中时，因为系统消耗屏障器流体并且由于由温度变化引起的体积减小，屏障器流体有损失，并且系统因此需要被再填充。增压器因此是优选地设计成有足够的额外能力来提供屏障器流体在系统的安装以后在一定的时间段内替换消耗的屏障器流体。这样的时间段通常可以在50-60小时的范围之内。

当系统被安装的时候，优选地，用于再填充屏障器流体的损失的装置被连接到系统。这样的用于再填充屏障器流体的损失的装置当系统被安装和在操作中的时候，可以包括连接到系统的缆线。

当系统10从环境潜入具有相对较暖温度的水中时，温度的增加将引起屏障器流体的体积膨胀。蓄水池将通过预装填累积起到适合于处理温度增加和环境压力增加的压力而准备满足该体积膨胀。

温度变化的大小将取决于设备的下降速度、初始温度和海水温度曲线。

当屏障器增压系统10到达与增压器8开始工作所需的环境压力相对应的深度的时候，即环境压力已经到达增压器8的启动压力，增压器8处理温度变化的作用并且增加屏障器流体上的压力。压力差在每个增压器8上的活塞面积上产生，以产生屏障器流体中的超压。当增压器8开始工作的时候，止回阀7确保蓄水池停止递送流体到屏障器流体装置。用于隔离蓄水池的附加阀11被提供用于系统的初始运行并且用于增压流体压力。

当系统10将从安装的位置被恢复的时候，系统暴露于温度的变化，其小于系统在安装期间的温度变化。系统10被连接到可潜水设施，即在安装位置的海底泵3，附加阀11用于再填充流体到蓄水池。在泵3上升到表面期间，增压器8为屏障器流体提供超压。

通常，在泵3从水中升起之前，屏障器流体流出，从而避免周围温度的作用。流出可以例如通过打开阀9，绕过止回阀7，通过传输流体到蓄水池5释放系统而进行。在本发明的一个实施例中，系统尺寸设计成具有以下能力：即使当从水中升起时系统没有流出，不会达到屏障器流体的危险压力水平。

图3显示增压器8的实施例的例子。P1示出环境压力从系统周围的作用于双动作活塞14的第一区域。双动作活塞14的第二区域13比第一区域12更小，因此提供到屏障器流体的压力P2大于环境压力P1。由增压器8产生的压力是环境压力和面积比的函数。面积比的大小设定成在所有时间里屏障器流体的压力和环境压力之间的压力差大于预定水平。

图3中的双动作活塞14的面积比大小设计成约1.3，但是如果面积比与1.3不同，增压器也将充分地工作，只要包括在系统中的增压器能够增压屏障器流体，以便产生的压力差被保持在预定压力差范围内。

当然，增压器8在上升和下降期间将以相反的顺序工作。双动作活塞14在下降期间将在方向上从第一端止动部15运动到第二端止动部16，在上升期间将在方向上从第二端止动部16运动到第一端止动部15。在上升期间双动作活塞14在系统10连接到海底泵3之前必须被放置在第二端止动部16处的端位置中。

Claims (10)

1.一种系统，其使可潜水设施的屏障器流体增压，从而在所述系统的潜入期间维持所述可潜水设施周围的环境压力和所述可潜水设施内部的屏障器流体压力之间的压力差，其中所述压力差在预定压力差范围内是适合的，所述系统包括预装填装置，

其特征在于，所述系统还包括增压器，所述增压器适于以启动压力开始工作，并且其特征还在于所述预装填装置在所述系统潜水时适于提供所述压力差，直到环境压力等于所述增压器的启动压力，并且其特征还在于在所述系统进一步下降期间，当环境压力等于所述增压器的启动压力时，所述增压器适于提供所述压力差，并且其特征还在于所述增压器与环境压力成比例地工作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预装填装置包括至少一个蓄水池。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述增压器包括至少一个缸体单元，所述缸体单元容纳活塞，其中第一活塞区域的大小比第二活塞区域的大小更大。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一活塞区域暴露于环境压力，所述第二活塞区域与所述屏障器流体接触。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，止回阀被提供用来隔离所述预装填装置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述可潜水设施是海底泵、海底压缩机或其他设备，其通过屏障器流体的增压来保护。

7.一种用于使可潜水设施的屏障器流体增压的方法，所述方法使用根据权利要求1至6中任一项所述的系统，

其特征在于在第一初始深度间隔内的系统潜水期间，让预装填装置提供预定压力差，并且在将系统进一步潜入安装位置期间，让增压器提供预定压力差。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当系统潜入比第一初始深度间隔更深的地方时，利用止回阀隔离预装填装置。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法，其特征在于，当使可潜水设施从安装位置到水面时，让增压器提供预定压力差。

10.一种根据权利要求1至6中任一项所述的系统的使用方法，所述系统用于在海底泵或海底压缩机的潜水期间提供预定压力差范围内的压力差。