CN103221768A

CN103221768A - 用于离岸结构的吸水立管组件、生产液化烃流的方法和生产气态烃流的方法

Info

Publication number: CN103221768A
Application number: CN2011800553860A
Authority: CN
Inventors: M·埃夫蒂米乌; G·L·凯珀; H·T·范德梅伊登
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2013-07-24
Also published as: BR112013010590B1; GB2497708A; BR112013010590A2; AU2011331212A1; AU2011331212B2; KR101891067B1; KR20130122641A; WO2012066040A1; GB201306583D0; NO20130715A1; DK201370327A; NO346206B1

Abstract

本发明描述了一种可从离岸结构（102）悬挂下来的吸水立管组件（105）。所述吸水立管组件包括沿长度方向延伸的至少一根第一管状导管（106）。第一管状导管的远侧部包括吸水部段（109）。所述吸水部段包括管状部段，所述管状部段具有围绕长度方向环绕的侧壁，并且在长度方向上限定出带有孔的流动通道，所述孔具有第一横截面面积。所述侧壁被穿孔有多个通孔（405），所述多个通孔形成多个吸水开口。由所述多个通孔所限定的总面积大于所述第一横截面面积。

Description

用于离岸结构的吸水立管组件、生产液化烃流的方法和生产气态烃流的方法

技术领域

本发明涉及一种从离岸结构悬挂下来的吸水立管组件，和/或涉及一种离岸结构，根据前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件从该离岸结构悬挂下来。在另一方面，本发明涉及一种利用这种吸水立管组件来生产液化烃流的方法和/或一种利用这种吸水立管组件来生产气态烃流的方法。

背景技术

WO2010/085302公开了一种海上系统，该海上系统包括在海表面上或海表面中的浮式液化天然气（FLNG）设备。FLNG设备可能冷却并液化天然气以形成液化天然气（LNG），或者可替代地加热和汽化LNG。从FLNG设备悬挂下来的水立管组件在一深度处吸入冷水并且将冷水向上输送到FLNG设备。水立管组件包括管状结构，所述管状结构向下伸入到海洋中并且与多个间隔件连接在一起。冷水被在一深度处在远端部处吸入，并且被进一步向上输送到FLNG设备。过滤器可以可选地设置在管状结构的各底部上，这有助于防止土壤、海洋生物（例如，海草、海藻、鱼等）等进入管状结构。

WO2010/085302中所述的水立管组件的缺点是：水在管状结构中的流动速度受到限制。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种可从离岸结构悬挂下来的吸水立管组件，所述吸水立管组件包括沿长度方向延伸的至少一根第一管状导管，而且在长度方向上看去还包括：包括悬挂装置的近侧部，随后的是连接部，随后的是包括吸水部段的远侧部，所述连接部与近侧部和远侧部流体连通，其中，所述吸水部段包括管状部段，所述管状部段具有围绕长度方向环绕的侧壁，并且在长度方向上限定出带有孔的流动通道，所述孔具有第一横截面面积A₁，所述侧壁被穿孔有多个通孔，所述多个通孔形成多个吸水开口，每个通孔限定出通到流动通道中的横向进入路径，以允许被横向引导的水流进入所述流动通道中，其中，由所述多个通孔所限定的总面积大于所述第一横截面面积。

这样的吸水立管组件可从离岸结构悬挂下来，从而形成悬挂有这用吸水立管组件的离岸结构。

在另一方面，本发明提供了一种利用这种吸水立管组件来生产液化烃流的方法以及一种利用这种吸水立管组件来生产气态烃流的方法。

生产液化烃流的方法包括：

-将含气态烃的进料流供给到离岸结构;

-由含气态烃的进料流的至少一部分形成液化烃流，其至少包括从含气态烃的进料流的所述至少一部分中提取热量;

-将水经由吸水立管组件供应到离岸结构;

-将从含气态烃的进料流的所述至少一部分中移出的至少一部分热量添加到经由所述吸水立管组件供应的水的至少一部分中;

-随后处理水的所述至少一部分。

生产气态烃流的方法包括：

-在离岸结构上提供液化烃流;

-由液化烃流的至少一部分形成气态烃流，其包括将热量添加到所述液化烃流的所述至少一部分中;

-将水经由吸水立管组件供应到离岸结构;

-从经由吸水立管组件供应的水的至少一部分中抽取至少一部分热量，用于添加到所述液化烃流中的所述至少一部分中;

-随后处理水的所述至少一部分。

附图说明

现在将参考所附的非限制性附图通过举例来进一步说明本发明，其中：

图1示意性地示出了设有吸水立管组件的浮式液化天然气设备，该吸水立管组件包括多根管状导管;

图2示意性地示出了在图1所示的截平面2处的吸水立管组件的剖视图;

图3示意性地示出了在图1所示的截平面3处的吸水立管组件的剖视图;

图3A示意性地示出了根据本发明的另一实施例在图1所示的截平面3处的吸水立管组件的剖视图;

图4示意性地示出了其中一根管状导管的远侧部和一部分连接部的示例;

图5示意性地示出了图4中所示的远侧部的仰视图;和

图6示意性地示出了吸水立管组件的透视图，显示出当完全悬挂时多根管状导管的各部分。

具体实施方式

出于描述的目的，单个附图标记将被分配给一条管线以及该管线所承载的流。相同的附图标记指示相似的部件、流或管线。

本公开描述了一种可从离岸结构悬挂下来的吸水立管组件，其中吸水部段包括管状部段，所述管状部段具有绕长度方向环绕的侧壁，并且在长度方向上限定出带有孔的流动通道，所述孔具有第一横截面面积A₁，所述侧壁被穿孔有多个通孔，每个通孔限定出通到流动通道中的横向进入路径，以允许被横向引导的水流进入所述流动通道中。

这允许由多个通孔所限定的总面积大于第一横截面面积。

此外，远侧部处的直径可保持相对小，因为通孔可以分布在沿侧壁的相对长的长度上。由此，便于通过使管状导管在其长度方向上滑动而容易缩回该管状导管。

优选地，所述通孔围绕侧壁分布在大部分圆周上。由于通孔可在径向方向的范围内进入，以最高速度流动的冷水的体积与沿长度方向的方向吸入水相比较低。此外，如果通孔不仅沿吸水部段的长度分布而且还在圆周上分布，则降低由于通孔堵塞而导致的输送到近侧部的水完全中断的风险。

优选地，第一管状导管由至少一根第二管状导管补充，根据如上所述的用于第一管状导管的相同或等同的特征，所述第二管状导管也包括：包括悬挂装置的近侧部，随后是连接部，随后是包括吸水部段的远侧部。通过提供至少两根管状导管，如果两根管状导管之一在其远端部处被阻塞而不能吸入水，则仍可能实现将水从吸水立管组件的远侧部供应到吸水立管组件的近侧部。

明显地，第一管状导管和第二管状导管可以被包括在一束中。该束可包括两根以上的管状导管，例如8或9根管状导管，其布置成矩形横截面图案，在四个角部的每一个处至少具有一根管状导管且在各组两个角部之间具有一根管状导管。可替代地，管状导管可布置成同心图案和/或圆形图案。通过增加管状导管的数量，可进一步降低发生堵塞的操作风险。

在法国专利公开文献No.FR2029224中描述了一种用于在海上吸水的码头结构。管状码头从海上延伸到岸上。在码头的远端部处的两个支柱都浸没到水中并延伸到海底，以支承码头。这些支柱是空心的，并且在它们的浸没部分中设有穿孔。水借助于支柱内的泵从海上通过搁置有码头的相同空心支柱吸入，并通过管状码头输送到岸上。由于码头搁置在支柱上，空心支柱不能从码头悬挂下来。

图1示出了在本发明的实施例中可实施的海上系统100的示例。在这个示例中，海上系统100包括在海表面104上/中的离岸结构102，在此以浮式结构的形式表示。作为一个示例，离岸结构102可包括浮式液化天然气（FLNG）设备。FLNG设备可冷却和液化天然气，或者可替代地加热和汽化LNG。

吸水立管组件105以完全悬挂状态从离岸结构102悬挂下来。吸水立管组件105可用于将水从海洋带到设备中。吸水立管组件105包括由至少一根第一管状导管106A和第二管状导管106B构成的束106。这些管状导管可在一深度处吸入冷水140并且将冷水向上输送到离岸结构102。冷水可被输入到热交换器，以将热量添加到在离岸结构102上进行的工艺中或者将热量从在离岸结构102上进行的工艺中移出。来自热交换器出口的已加热或已冷却的海水在海表面处被排放回到海洋中，或者可替代地利用排放系统被输送回到一深度处。

第一管状导管106A和第二管状导管106B沿长度方向大致并排地延伸。在长度方向上看去，每根管状导管具有：近侧部107，随后的连接部108，随后的远侧部109。在完全悬挂下来时，管状导管的各远侧部一起形成吸水立管组件的远侧部分。优选地，吸水立管组件的远侧部分没有悬吊到海底103。通过举例的方式，吸水立管组件的远侧部分悬吊在离海表面104约130米到170米之间的深度D处，尽管吸水立管组件也可以采用其他深度。

近侧部107包括悬挂装置，管状导管通过该悬挂装置从离岸结构102悬挂下来。由于海洋涌流，管状结构106可从竖直偏转高达约40度左右（未示出）。为了适应这样的偏转，管状结构106可通过回转接头、球窝接头、立管悬吊件或其他可枢转或可铰接的连接件从离岸结构悬挂下来。特别参考美国专利7,318,387，它描述了一个特别适合的立管悬吊件构造，涉及灵活的载荷传递元件和用于传输水的软管。

远侧部109包括吸水部段，下面在本文中参考图4和5来说明它的一个示例。远侧部109在第一远端部与连接部108之间延伸。连接部流体连通至近侧部107和远侧部109。在图1中可以看出，与所述第二管状导管106B相比，第一管状导管106A的远侧部109的至少一部分在长度方向上更远地延伸。

到目前为止已经描述了仅仅两根管状导管106A和106B，但是，束106可以包括更大数量的管状导管。根据一个特定实施例，图2示出了一种对于九根管状导管（106A到106I）的示例性方法或配置，该九根管状导管以3×3的矩形阵列布置。该图是沿着图1的截平面2剖切穿过多根管状导管的剖视图。该阵列沿着周边有八个管状结构以及在中心处有1个管状结构。在中心处的管状导管106E可用作用于间隔件的结构性支承结构。在中心处的管状导管106E可能会或可能不会将水传输到表面（例如，可能会或可能不会用作吸水立管）。

在一个特定实施例中，沿着周边的八根管状导管可以具有尺寸为d的外直径。结构性管状导管，在该示例为中心管状导管106E，可具有尺寸小于d的外直径。沿着周边的八个管状结构可等距地间隔开大约一个外直径d的距离。因此，在本例中，管状导管（106A到106I）定位成具有大约2d栅格间距的正方形栅格模式。

再次参照图1，为了形成束106，第一管状导管106A和第二管状导管106B借助于与管状导管的相应连接部108协作的至少一个间隔件（110A;110B，110C）在横向上彼此连接。借助于这样的间隔件，所述管状导管被物理关联或连接在一起。在一个实施例中，可以提供足够间隔件以防止管状结构彼此撞击。

图3示出了用于根据一个特定实施例的以3×3的矩形阵列布置的九根管状导管（106A至106I）的示例性间隔件110A。该图是沿着图1的截平面3剖切穿过间隔件110A和多根管状导管的剖视图。间隔件均可包括一种或多种多个相互连接的引导套306A至306D和306F至306I，管状导管106A至106D和106F至106I中的相应管状导管设置成穿过所述引导套。杆307形成所述相互连接。杆307中的至少一个固定地连接到中心管状导管106E。在一个可替代的实施例中，中心管状导管106E也通过一引导套，在这种情况下，间隔件110A应由替代装置支持，所述替代装置诸如是连接到离岸结构102上的棒、丝、链。

引导套与设置在其中的管状导管滑动地接合。每个引导套306可以限定出一孔口301，所述孔口允许细长的管状导管之一自由地穿过它，并且优选地允许所述细长的管状导管绕着水平轴线进行有限的转动。水平轴线是位于间隔件110A的对称平面中的轴线，该对称平面垂直于通过该孔口301的长度方向。

间隔件110A可沿着长度方向相对于第一管状导管106A和第二管状导管106B滑动地平移。这样，第一管状导管和第二管状导管例如在需要更换一根管状导管时从一个间隔件110A缩回。

图3A显示了一个可替代的实施例，其中，根据一个实施例，九个管状结构布置成同心阵列。在这种情况下，同心阵列是圆形的。可替代地，阵列可以是椭圆形的、卵形的、星形的、三角形的等。另外，如图3中所示的将间隔件的引导套306相互连接起来的杆307由框架或由设有孔的实体替代，代表引导套306或者能够保持引导套。这也可以应用于矩形阵列或其他的束图案。

图4示出了管状导管106A之一的下端部的一个示例的详细视图，该管状导管包括其远侧部109以及包括连接部108的一部分。引导筒408可围绕连接部108的一部分装配以与间隔件110之一接合。这样的引导筒408可以由与连接部108不同的材料构成。优选地，该材料与连接部108的材料和/或引导套内侧的材料相比是不太硬的材料，以确保它比连接部108和/或引导套更快地磨损。连接部可包括通过连接器409连接成柱的多根管。引导筒的内直径适当地贴合装配到管状连接部的外直径。引导筒的壁厚适合在1.5英寸至3英寸之间，这取决于外直径（较大的直径通常对应于较厚的壁厚）。

远侧部109中的吸水部段403设有沿吸水部段403分布的吸水开口405。在各实施例中，连接部108没有吸水开口。优选地，吸水部段403包括一管状部段，该管状部段具有围绕长度轴线L环绕的侧壁404。由此在长度方向L上限定出一具有孔402的流动通道，所述孔具有第一横截面面积A₁。吸水开口405被设置成穿过侧壁404的多个通孔。每个通孔限定出了进入流动通道中的横向进入端口，并且在操作过程中允许被横向引导的冷水140从海洋流到流动通道中。

适当地，通过多个通孔405的流动区域所限定出的总入口面积大于第一横截面面积A₁。由此实现了恰好在吸水部段403外部从海洋吸入的冷水140的吸入速度可保持在最大允许速度（在一个示例中，最大允许吸入速度为0.5米/秒）以下，而管状导管内部的水流动速度可保持超过最大允许吸入速度。在优选的实施例中，总入口面积大于5倍的A₁。适当地，总入口面积小于50倍的A₁，优选小于10倍的A₁。

在一个特定的示例中，吸水部段403的管状部段由钢等级为X70的碳钢制成或由其等效物制成。它可以具有大约42英寸的外直径和大约1.5英寸的厚度。通孔405可钻通侧壁404。优选地，每个通孔405的直径小于10厘米，以防止大的海洋生物进入。优选地，每个通孔405的直径大于1厘米，以避免由于相对小的颗粒积聚而堵塞，以及避免大的水压差。在一个示例中，通孔405的直径被选择为大约5厘米。

另外，远侧部109可在远端部401处包括管鞋件410，以提供圆形末端。在各实施例中，管鞋件410可装配到远侧部109的侧壁404。它可包括从吸水部段向下突出的、长度方向在其平面内的平面状件411。管鞋件410可进一步包括挡板412，该挡板垂直于长度方向L延伸，以避免在吸水部段403的下部管状端部处吸入水。如果期望的话，挡板412可以设置有一个或多个较小的通孔115，以便于有限的水进入流动通道402中。这些通孔115可具有与侧壁404中的通孔405相同或相似的尺寸。平面状件411可以具有向下突出的半圆形或半卵形的外轮廓。

如在逆着长度方向提供了远端部401的仰视图的图5中所示，也可以设置第二平面状件421和第三平面状件431。平面状件411与第二平面状件421和第三平面状件431一起可以形成相交排列方式，其中各平面件从由平面状件汇合处的相交线所限定的中心轴线CA沿径向向外伸出。如果期望的话，也可以设置更多个平面状件，所述更多个平面状件优选地也从中心轴线径向延伸。

图6示意性地示出了吸水立管组件105的远侧部分的透视图，显示出交错布置的远侧部109。这个示例显示出由八根管状导管构成的束，所述管状导管包括第一管状导管106A和第二管状导管106B。所示出的所有八个管状元件的各部分为均具有相同部件的相同设计。间隔件110固定地连接到中心支撑杆606。中心支撑杆606沿长度方向向下突出，并固定地支撑辅助间隔件610的辅助对应部分。间隔件110包括八个引导套603，但在其它实施例中可以安装更少的引导套。辅助间隔件包括具有与八个引导套603设计相同的通过臂607互连的四个辅助引导套613。

在这个特定的示例中，每一个引导套603包括：面向第一管状导管106A和第二管状导管106B的近侧部的上部部分604和面向第一管状导管106A的远侧部109的下部部分605。下部部分605是圆柱形的，并且包围第一管状元件106A。管状元件106A可选地设有如上所述的引导筒408。上部部分604是漏斗形的，并且具有比圆筒形的下部部分605宽的开口。辅助引导套613具有类似的上部部分614和下部部分615。本设计优选与在远端部处设有提供圆形末端的管鞋件相结合，便于管状导管已被缩回之后重新插入管状导管。

在图6的示例中，八根管状导管中的包括第一管状导管106A的四根管状导管的远侧部109比剩余的包括第二管状导管106B的四根管状导管在长度方向L上更远地延伸。因此，如果第一管状导管的远侧部109在第一管状导管的第一远端部401与连接部之间延伸一长度L1，而第二管状导管的远侧部在第二管状导管的第二远端部601与连接部之间延伸一长度L₂，那么第一远端部401与所述第二远端部601相比在长度方向上至少更远地延伸的量为L₁。因此，第一管状导管106A的远侧部109具有在横向方向（在垂直于长度方向的平面中）不与第二管状导管106B的任何部分重叠的至少一部分。

从远端部401到最下部柱连接器409的总长度可以在从5米到20米的范围内。在一个示例中，该长度为大约14米。在一个示例中，吸水部段403的长度为8.5米，而可选的引导筒408的长度为大约3.4米。

应当指出的是，在本示例中，与从引导套缩回所有管状导管以进行检查、更换或维修相对的是，将所有的管状导管完全悬挂下来以用于吸水操作。

为了向离岸结构102提供足够的冷却水，在一个实施例中，束中的每一根管状导管可能不必在任何一时间进行操作。因此，管状导管中的一根或多根可能用作冗余的吸水立管。

如果期望的话，另外的过滤器可以可选地联接到各远侧部109。

如果期望的话，多于一个的所述吸水立管组件可从单个离岸结构悬挂下来。

任何数量的或全部的所述管状导管可设置有涡激振动抑制装置。例如在WO2010/085302中描述的各示例。

如上所述的吸水立管组件可被用来向在离岸结构上进行的任何工艺供应工艺水。

在一个特定的示例中，它可用在一种生产液化烃流的方法中，该方法包括：

-将含气态烃的进料流供给到离岸结构;

-由含气态烃的进料流的至少一部分形成液化烃流，其包括至少从含气态烃的进料流的所述至少一部分中提取热量;

-将水经由吸水立管组件供应到离岸结构;

-随后处理水的所述至少一部分。

液化烃流的众所周知的示例是液化天然气流。在本领域中可获得各种合适的装置和管线，以用于从含气态烃的进料流（特别是天然气流）提取热量以及用于进行常常与生产液化烃流联合进行的其它处理步骤（诸如从进料流中去除不想要的污染物和组分），在此不需要进行进一步解释。

在另一个特定示例中，吸水立管组件可用在生产气态烃流的方法中，该方法包括：

-在离岸结构上提供液化烃流;

-将水经由吸水立管组件供应到离岸结构;

-随后处理水的所述至少一部分。

在本领域可获得各种合适的装置和管线，以用于再气化或汽化先前液化的烃流并且将热量添加到这样的液化烃流中，在此不需要进行进一步解释。

本领域技术人员将理解的是，在不偏离所附权利要求书的范围的情况下，可以按许多多种方式实施本发明。

Claims

1.一种从离岸结构悬挂下来的吸水立管组件，所述吸水立管组件包括沿长度方向延伸的至少一根第一管状导管，而且在长度方向上看去还包括：包括悬挂装置的近侧部，随后的是连接部，随后的是包括吸水部段的远侧部，所述连接部与近侧部和远侧部流体连通，其中，所述吸水部段包括管状部段，所述管状部段具有围绕长度方向环绕的侧壁，并且在长度方向上限定出带有孔的流动通道，所述孔具有第一横截面面积A₁，所述侧壁被穿孔有多个通孔，所述多个通孔形成多个吸水开口，每个通孔限定出通到流动通道中的横向进入路径，以允许被横向引导的水流进入所述流动通道中，其中，由所述多个通孔所限定的总面积大于所述第一横截面面积。

2.如权利要求1所述的吸水立管组件，其中，所述通孔沿着所述吸水部段分布，所述连接部没有吸水开口。

3.如权利要求1或2所述的吸水立管组件，其中，所述通孔在长度方向上、沿着所述吸水部段、在至少5m的长度上分布。

4.根据权利要求3所述的吸水立管组件，其中，所述通孔在长度方向上、沿着所述吸水部段、在小于20m的长度上分布。

5.如前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件，其中，所述通孔在围绕侧壁的大部分圆周上分布。

6.如前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件，其中，总入口面积大于5倍的第一横截面面积A₁和/或小于50倍的第一横截面面积A₁。

7.如前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件，其中，每个通孔的直径小于10cm。

8.如前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件，其中，每个通孔的直径大于1cm。

9.如前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件，其中，第一管状导管连同至少一根第二管状导管被包括成一束，所述至少一根第二管状导管与第一管状导管沿长度方向大致并排伸展，所述第二管状导管也包括：包括悬挂装置的近侧部，随后的是连接部，随后的是远侧部，其中，所述第一管状导管和第二管状导管借助于与相应的连接部协作的至少一个间隔件而彼此横向连接起来。

10.如权利要求9所述的吸水立管组件，其中，所述至少一个间隔件能沿着长度方向相对于第一管状导管和第二管状导管滑动地平移，由此，第一管状导管和第二管状导管能从所述至少一个间隔件缩回。

11.如权利要求10所述的吸水立管组件，其中，所述间隔件包括与所述第一管状导管滑动地接合的引导套，所述引导套包括面向第一管状导管和第二管状导管的近侧部的上部部分和面向第一管状导管和第二管状导管的远侧部的下部部分，其中，所述下部部分是圆筒形的，环绕第一管状导管，所述上部部分是漏斗形的，具有比圆筒形的下部部分宽的开口。

12.如前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件，其中，所述远侧部在远端部处包括提供圆形末端的管鞋件。

13.一种离岸结构，根据前述权利要求中任一项所述的吸水立管组件从该离岸结构悬挂下来。

14.一种生产液化烃流的方法，包括：

-将含气态烃的进料流供给到离岸结构;

-将水经由从离岸结构悬挂下来的根据权利要求1-12中任一项所述的吸水立管组件供应到离岸结构;

-随后处理水的所述至少一部分。

15.一种生产气态烃流的方法，包括：

-在离岸结构上提供液化烃流;

-将水经由根据权利要求1-12中任一项所述的吸水立管组件供应到离岸结构;

-随后处理水的所述至少一部分。