CN214170488U - 海底组件和海底传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海底组件和海底传感器。该海底组件包括壳体(120)，该壳体具有用于与过程流体承载部件的凸缘对接的凸缘接口(121)，其中该壳体(120)被配置成使得螺栓头或螺母(150)与该凸缘接口(121)间隔开，以使得该海底组件的该壳体在该凸缘接口(121)处的尺寸不受螺栓头或螺母紧固工具所需的空间影响，该螺栓头或螺母在被安装到该过程流体承载部件时在该海底组件上施加紧固力。

Description

海底组件和海底传感器

技术领域

本实用新型涉及一种海底组件和一种海底传感器，以及一种用于将海底设备附接到过程流体承载部件的方法。

背景技术

海底传感器(诸如温度传感器或压力传感器)是任何海底加工设施的主要部件。海底传感器可以例如被安装到管道区段，过程流体(诸如气体、液体或可以包括气态、液态和固态成分的多相流体) 流过该管道区段。在一些应用中，过程流体压力可能会很高，例如超过1000bar或1400bar。虽然对于抽取过程流体的过程而言以高准确度测量那些高压是重要的，但同样重要的是，确保在任何情况下都没有过程流体泄漏到海水中。

通过严格的安装要求(诸如例如在标准ISO 10423或API 6A中所描述的安装要求)来确保在任何情况下都没有过程流体泄漏到海水中。基本上，为传感器提供了具有通孔的安装凸缘，该传感器通过螺栓或螺钉或类似的固定装置而被安装到管道区段的对应凸缘，该对应凸缘具有螺纹孔或通孔。

国际专利申请WO2016/119943(图1和图2)和WO2017/084769 (图2和图3)公开了这种常规传感器安装凸缘，这种常规传感器安装凸缘具有4个或8个(或任何其他数目的)通孔。凸缘可以是海底传感器壳体的整体部分，或可以被焊接到该海底传感器壳体，或可以被形状适配到传感器组件上。

这些传统凸缘的一个缺点是，横穿凸缘的实际传感器布置的尺寸(例如直径)受到被描述为凸缘的通孔的圆形或n边形的尺寸的限制，并且由将凸缘固定在适当位置的螺栓头或螺母的尺寸进一步减小，并且由螺栓头或螺母周围的、用以在其中附接和操作扭矩拧紧工具所需的空间又进一步减小。为了符合上述标准，必须使用双头螺栓和重六角螺母。使用如下内六角螺钉不符合标准，这些内六角螺钉所需的用于螺钉头以及对应扭矩拧紧工具的空间较小。

这些限制因素的结果例如可以在WO2017/084769的图2中看到，其中凸缘/壳体布置210的外直径在凸缘和壳体相遇的地方被减小，使得在六角螺母周围存在空间，以应用诸如薄型液压扳手的扭矩拧紧工具。该减小的外直径确定了海底传感器220及其电子装置可用的最大内部尺寸，要注意的是，壳体的壁部具有相当大的最小厚度，以及该壁部是过程流体与海水之间的第二屏障，并且因此，需要能够承受较高的过程流体压力和甚至更高的测试压力(1.5或2.5倍工作压力)。

特别是对于小型传感器配件(诸如采用BX 150垫圈接口的传感器配件)，传感器壳体的壁部内部可能没有足够的空间容置高级电子装置，诸如双压力和/或温度传感器所需的高级电子装置。

因此，本实用新型的目的是提供一种海底组件和海底传感器，该海底组件和海底传感器可以根据海底标准(诸如ISO 10423或API 6A)的需要而使用双头螺栓和重螺母被安装，并且该海底组件和海底传感器使得海底传感器和/或海底传感器的电子装置的最大尺寸能够更大。

实用新型内容

本实用新型涉及一种海底组件，包括一个壳体，该壳体具有用于与一个过程流体承载部件的一个凸缘对接的一个凸缘接口，该壳体被配置成使得多个螺栓头或多个螺母与该凸缘接口间隔开，以使得该海底组件的该壳体在该凸缘接口处的多个尺寸不受一个螺栓头或螺母紧固工具所需的空间影响，该多个螺栓头或多个螺母在被安装到该过程流体承载部件时在该海底组件上施加一个紧固力。

在一些实施例中，该凸缘接口被设置在该壳体的一个第一端处，并且其中该多个螺栓头或多个螺母被设置在该壳体的与该壳体的该第一端相对的一个第二端处，该多个螺栓头或多个螺母在被安装到该过程流体承载部件时在该海底组件上施加该紧固力。

在一些实施例中，该壳体包括用于容纳多个螺栓的多个通孔，该多个螺栓用于将该海底组件紧固至该过程流体承载部件的该凸缘。

在一些实施例中，该多个通孔从该壳体的该第二端延伸至该壳体的该第一端。

在一些实施例中，该多个通孔从该壳体的该第二端延伸至与该壳体的该第一端间隔开的一个壳体区段。

在一些实施例中，该壳体包括一个凸缘，该凸缘与该壳体一体形成或被适配到该壳体，以用于容纳用于将该海底组件紧固至该过程流体承载部件的该凸缘的多个螺栓，其中该凸缘与用于与该过程流体承载部件的该凸缘对接的该凸缘接口间隔开。

在一些实施例中，该凸缘被适配到该壳体并且由不同于该壳体的一种金属或合金制成。

在一些实施例中，被配置成容纳四个双头螺栓和多个重六角螺母，以用于在被安装到该过程流体承载部件时在该海底组件上施加该紧固力。

在一些实施例中，被配置成与一个BX 150垫圈接口机械兼容。

本实用新型涉及一种海底传感器，包括根据上文所述的一个海底组件和被布置在该海底组件的该第一端处的一个传感器元件，使得该传感器被至少部分地暴露于该过程流体承载部件内部普遍存在的一种过程压力。

在一些实施例中，该传感器元件包括一个压力传感器元件或一个温度传感器元件中的至少一个。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种海底组件，该海底组件包括壳体，该壳体具有用于与过程流体承载部件的凸缘对接的凸缘接口，其中壳体被配置成使得螺栓头或螺母与凸缘接口间隔开，以使得海底组件的壳体在凸缘接口处的尺寸不受螺栓头或螺母紧固工具所需的空间影响，这些螺栓头或螺母在被安装到过程流体承载部件时在海底组件上施加紧固力。

在该上下文中，与凸缘接口间隔开意味着螺栓头或螺母被定位在距凸缘接口一定距离处，该距离至少为壳体的长度的30％。

换句话说，不同于在壳体的第一端处提供常规安装凸缘，根据本实用新型，安装凸缘的两个关键功能被分开。第一功能是与过程流体承载部件的凸缘对接的功能，过程流体承载部件可以包括形状适配的压力和/或液体密封接口，该形状适配的压力和/或液体密封接口包括垫圈等。第二功能是施加安装压力或紧固力的功能，以便使传感器组件牢固地附接到过程流体承载部件的凸缘，要注意的是，海底环境中的安装压力可能很大，以便牢固地维持该对接功能。通过配置壳体使得施加紧固力的螺栓头或螺母与凸缘接口间隔开，所述第二功能与所述第一功能在空间上被分开，从而不需要在凸缘接口附近为紧固工具提供额外空间。因此，紧固工具所需的额外空间可以被设置在沿着壳体的长度的更方便的位置中，例如在壳体的与凸缘接口相对的一端处。

在本实用新型的实施例中，紧固功能通过壳体被实现，该壳体包括用于容纳螺栓的通孔，这些螺栓用于将海底组件紧固至过程流体承载部件的凸缘。通孔可以例如沿着壳体的整个长度从壳体的第二端延伸到壳体的第一端。在其他实施例中，通孔仅沿着壳体的一部分延伸，例如从壳体的第二端延伸到与壳体的第一端间隔开的壳体区段。

在其他实施例中，通过与壳体一体形成或被适配到壳体的凸缘，来实现该紧固功能，该凸缘用于容纳用于将海底组件紧固至过程流体承载部件的凸缘的螺栓，其中凸缘与凸缘接口间隔开，该凸缘接口用于与过程流体承载部件的凸缘对接。凸缘可以由与壳体相同或不同的金属或合金制成。同样，在该上下文中，与凸缘接口间隔开意味着凸缘被定位在距凸缘接口一定距离处，该距离至少为壳体的长度的30％。

海底组件可以有利地被配置成容纳四个双头螺栓和重六角螺母，以用于在被安装到过程流体承载部件时在海底组件上施加紧固力。在其他实施例中，取决于过程流体承载部件的凸缘，可以提供多于四个的螺栓，该凸缘在许多情况下将是海底组件需要与之兼容的标准凸缘。优选地，海底组件(特别地，包括凸缘接口和螺栓孔布置)被配置成与BX 150垫圈接口机械兼容。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种海底传感器，该海底传感器包括如上文所描述的海底组件和传感器元件，该传感器元件被布置在海底组件的第一端处，使得传感器被至少部分地暴露于过程流体承载部件内部普遍存在的过程压力。

海底传感器可以包括压力传感器元件或温度传感器元件中的至少一个。在许多实施例中，海底传感器将包括多个传感器元件。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种用于将海底设备附接到过程流体承载部件的方法，该过程流体承载部件具有凸缘，该方法包括将海底设备的凸缘接口适配到凸缘，并且用至少两个螺栓将海底设备固定到过程流体承载部件，其中在海底设备上施加紧固力的螺栓头或螺母与海底设备的凸缘接口间隔开，使得海底设备的壳体在凸缘接口处的尺寸不受螺栓头或螺母紧固工具所需的空间影响。

除了上文讨论的优点之外，本实用新型提供的优点是，可以采用符合标准的双头螺栓和重六角螺母，而同时壳体布置的外部尺寸 (诸如壳体布置的外直径)在凸缘接口处无需如在现有技术中一样被减小，这是因为不需要提供用于应用扭矩拧紧工具的空间。壳体尺寸仅受到设置在过程流体承载部件的凸缘中的螺栓孔几何形状的限制。

本实用新型的另一优点在于，可以采用长螺栓，以用于将海底组件附接到过程流体承载部件的凸缘。长螺栓比短螺栓更耐应力，这例如是因为由紧固力导致的长螺栓的伸长比短螺栓是更容易预测的。

本实用新型的一些实施例的又一个优点是，凸缘不需要如典型的现有技术组件中所要求一样被焊接到壳体。相反，壳体可以由单块金属形成，从而允许更便宜和更快的生产。

本实用新型的又一个优点在于，与流体承载部件的接触表面比现有技术的带凸缘的布置的接触表面小得多，从而减少了从潜在的热过程流体到传感器组件及传感器组件的电子电路系统的热传递，因此传感器组件的电子电路系统被暴露于较少的热应力。本实用新型的又一个优点(尤其是当螺母被布置在壳体的第二端处时)在于，长螺栓和重六角螺母提供了对(多个)安装力的改进控制，并且因此可以采用四个螺栓，否则在此处可能需要八个螺栓。

附图说明

图1示出了现有技术海底组件的局部透视图。

图2示出了根据本实用新型的海底组件的透视示意图。

具体实施方式

参考图1，示出了如例如在WO2017/084769中详细描述的、现有技术海底组件10的局部透视图。

传感器组件10包括海底传感器11和安装凸缘12。传感器组件还可以包括用于提供传感器与其他部件的电连接性的连接组件(未示出)。

传感器组件10可以通过安装凸缘12被联接到海底出油管线 (flow line)或海底采油树(未示出)的凸缘，将在该海底出油管线或海底采油树中检测和监测流体的压力和/或温度。

安装凸缘12被附接到(例如焊接)到传感器组件10的壳体13 或与该壳体一体形成。安装凸缘12包括总共四个通孔15(其中的三个被示出)，以用于容纳用于将安装凸缘12固定到过程流体承载部件的凸缘的螺栓。

壳体13的直径在区域14处被减小，以便在传感器组件10被安装到过程流体承载部件的凸缘时，提供用于将扭矩拧紧工具附接到螺栓头或螺母的空间，这些螺栓头或螺母将安装凸缘12固定在适当位置。

现在参考图2，示出了根据本实用新型的海底组件100的透视示意图。

海底组件100包括海底传感器110和壳体120。壳体在其第一端处具有凸缘接口121，在传感器组件被安装到过程承载部件(未示出) 时，该凸缘接口在壳体与过程流体承载部件的凸缘之间提供不透流体的连接。应注意的是，凸缘接口不提供用于将传感器组件紧固至过程流体承载部件的凸缘的构件。还应注意的是，壳体120(被示出为包括从第一端延伸的基本柱形部分122)的尺寸仅受紧固螺栓140 的几何形状限制，这些紧固螺栓的几何形状进而通过过程流体承载部件的凸缘中的螺栓孔的几何形状而被确定。详细地，柱形壳体部分122与紧固螺栓140中的每一个之间的距离可能很小，例如几毫米，或者，螺栓140和壳体部分122甚至可以接触，这是因为在螺栓140与壳体部分122之间既不需要适配螺栓头，也不需要适配螺母，更不需要适配拧紧工具，从而与如图1中所示出的传统带凸缘布置相比，使得在壳体部分122内部能够具有更多空间。

第二壳体部分123被设置为从柱形壳体部分122进一步延伸，该第二壳体部分基本上是具有正方形横截面和圆角纵向边缘的长方体。正方形的边长大于柱形壳体部分122的直径，并被选择成使得：用于容纳螺栓140的通孔124可以被设置在长方体壳体部分123中。区域125被设置在壳体120的第二端处，该区域足够使螺栓头或螺母150在壳体120上牢固地施加紧固力。

通过基本锥形壳体部分126，提供基本柱形壳体部分122与基本长方体壳体部分123之间的形状变化，该基本锥形壳体部分从基本柱形壳体部分122延伸，并且在直径方面朝着基本长方体壳体部分 123增加。锥形壳体部分126的主要功能是将被螺栓140和螺栓头或螺母150施加的力和(特别地)紧固力从基本长方体壳体部分123 向基本柱形壳体部分122传递，并从那里向凸缘接口121传递，要注意的是，该紧固力需要使得凸缘接口被牢固地压到过程流体承载部件的凸缘，该过程流体承载部件可能承载极端压力的流体，例如超过1000bar或1400bar的流体。锥形壳体部分126避免了在基本长方体壳体部分123将直接与基本柱形壳体部分122合并时会发生的力传递的不连续性，从而避免了壳体120中的应力。

海底传感器110可以是双输出海底传感器，该双输出海底传感器提供由两个传感器元件进行的至少两次测量。在实施例中，传感器110可以包括用于两次独立压力测量的两个压力传感器元件。在其他实施例中，传感器110可以包括用于两次独立温度测量的两个温度传感器元件。在其他的实施例中，传感器110可以包括两个压力传感器元件和两个温度传感器元件，以用于过程流体的压力和温度两者的冗余测量。

经处理的或未处理的传感器读数被壳体120内部的电路系统(未示出)输出和处理。作为本实用新型的关键益处，对于过程流体承载部件的凸缘的任何给定几何形状，壳体120内部可用的内部空间大于现有技术壳体13内部可用的内部空间，这是因为壳体120的外部尺寸的限制较少。从而，多个传感器元件和相关联电路系统可以被容置在壳体内部，并且/或者壳体的纵向延伸可以更小。另外，增加的空间允许更大的线圈，并且因此跨与感应式穿透器连接的内部压力屏障允许更好的传输性能，如在已公开的欧洲专利申请EP3269921中和在2018年1月16日由同一申请人提交的共同待审的欧洲专利申请18151895.2、18151885.3、18151877.0、18151854.9 中所公开。

在本实用新型的实施例中，提供至少一个适配器161，使得可以附接海底电缆(未示出)。对于冗余配置，可以提供第二适配器162。第一适配器161和第二适配器162被示出成被螺栓连接到基本长方体壳体部分123，并且可以被配置成容纳海底电缆的对应标准连接器，这些海底电缆提供传感器功率和单向或双向数据通信。

如上文所提及，在优选实施例中，用于容纳紧固螺栓140的通孔124被设置在长方体壳体部分123中，并且平坦表面125被设置在壳体120的与第一端相对的第二端处，以用于接收通过螺栓头或螺母150被施加在壳体120上的紧固力。平坦表面125是优选的，因为它能够提供工具接近螺栓头或螺母150的最佳方式。当然，可以在壳体120的第二端处采用其他表面形状，诸如具有用于容纳螺栓头或螺母150的凹部的表面，只要壳体的第二端提供足够用于安装和扭矩紧固螺栓和/或螺母的空间即可。

应当注意的是，在本实用新型的其他实施例中，螺栓头或螺母 150的接触区域可以在距壳体120的第二端一定距离处，并且例如可以被设置在壳体120的纵向延伸的中间附近。

还应注意的是，壳体部分的所描述形状(基本柱形、基本锥形、具有圆角纵向边缘的基本长方体)是示例性的，并且虽然在材料消耗方面是最佳的，但这些形状可以被适用于承受相关力的任何其他形状所代替。特别地，壳体120可以缺少基本柱形部分和基本锥形部分，并且可以沿着壳体120的整个纵向延伸具有基本长方体形状 (具有或不具有圆角边缘)，在这种情况下，螺栓孔124沿着壳体的整个长度延伸，其中螺栓140在壳体内部延展。

在其他的实施例中，紧固力可以通过凸缘被施加到壳体，该凸缘在第二端处或在距第二端一定距离处(例如在壳体120的纵向延伸的中间附近)与壳体120一体地形成，或者被附接到该壳体。

虽然本文中公开了特定实施例，但是在不偏离本实用新型的范围的情况下可以做出各种改变和修改。本实施例在所有方面中应被视为说明性而非限制性，且在随附权利要求书的含义和等效范围内出现的所有改变都旨在被包括于本文中。

Claims (11)

1.一种海底组件，包括一个壳体(120)，所述壳体具有用于与一个过程流体承载部件的一个凸缘对接的一个凸缘接口(121)，

其特征在于，

所述壳体(120)被配置成使得多个螺栓头或多个螺母(150)与所述凸缘接口(121)间隔开，以使得所述海底组件的所述壳体在所述凸缘接口(121)处的多个尺寸不受一个螺栓头或螺母紧固工具所需的空间影响，所述多个螺栓头或多个螺母在被安装到所述过程流体承载部件时在所述海底组件上施加一个紧固力。

2.根据权利要求1所述的海底组件，其特征在于，所述凸缘接口(121)被设置在所述壳体(120)的一个第一端处，并且其中所述多个螺栓头或多个螺母(150)被设置在所述壳体的与所述壳体的所述第一端相对的一个第二端处，所述多个螺栓头或多个螺母在被安装到所述过程流体承载部件时在所述海底组件上施加所述紧固力。

3.根据权利要求2所述的海底组件，其特征在于，所述壳体(120)包括用于容纳多个螺栓(140)的多个通孔(124)，所述多个螺栓用于将所述海底组件紧固至所述过程流体承载部件的所述凸缘。

4.根据权利要求3所述的海底组件，其特征在于，所述多个通孔(124)从所述壳体(120)的所述第二端延伸至所述壳体(120)的所述第一端。

5.根据权利要求3所述的海底组件，其特征在于，所述多个通孔(124)从所述壳体(120)的所述第二端延伸至与所述壳体(120)的所述第一端间隔开的一个壳体区段(126)。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的海底组件，其特征在于，所述壳体(120)包括一个凸缘，所述凸缘与所述壳体一体形成或被适配到所述壳体，以用于容纳用于将所述海底组件紧固至所述过程流体承载部件的所述凸缘的多个螺栓(140)，其中所述凸缘与用于与所述过程流体承载部件的所述凸缘对接的所述凸缘接口(121)间隔开。

7.根据权利要求6所述的海底组件，其特征在于，所述凸缘被适配到所述壳体(120)并且由不同于所述壳体的一种金属或合金制成。

8.根据权利要求1或2中任一项所述的海底组件，其特征在于，被配置成容纳四个双头螺栓(140)和多个重六角螺母(150)，以用于在被安装到所述过程流体承载部件时在所述海底组件上施加所述紧固力。

9.根据权利要求1或2中任一项所述的海底组件，其特征在于，被配置成与一个BX 150垫圈接口机械兼容。

10.一种海底传感器，其特征在于，包括根据前述权利要求中任一项所述的一个海底组件和被布置在所述海底组件的一个第一端处的一个传感器元件(110)，使得所述传感器(110)被至少部分地暴露于所述过程流体承载部件内部普遍存在的一种过程压力。

11.根据权利要求10所述的海底传感器，其特征在于，所述传感器元件(110)包括一个压力传感器元件或一个温度传感器元件中的至少一个。

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