DE102010013908A1

DE102010013908A1 - Armatur zur Förderung von fossilen Brennstoffen mit einem Sicherheitsblock

Info

Publication number: DE102010013908A1
Application number: DE102010013908A
Authority: DE
Inventors: Richard Tauber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-06

Abstract

Offenbart wird ein Sicherheitsblock einer fossile Brennstoffe fördernden Armatur mit zumindest zwei Sicherheitsventilen, die an zumindest einen Schließmechanismus der Armatur hydraulisch und/oder pneumatisch gekoppelt sind und von denen zumindest eines temperaturabhängig und zumindest ein anderes druckabhängig schaltbar ist, um im Fall einer Temperaturänderung außerhalb eines voreingestellten Temperaturbereichs und/oder einer Druckänderung außerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs eine Notschließung der Armatur auszulösen. Erfindungsgemäß ist der Sicherheitsblock mit der Armatur in körperlichem Kontakt, um einen Wärmeübergang von der Armatur auf den Sicherheitsblock zu ermöglichen und damit ein Einfrieren der Sicherheitsblock internen Ventile zu vermeiden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine vorzugsweise fossile Brennstoffe fördernde Armatur, eine hydraulische/pneumatische Steuereinrichtung sowie einen Sicherheitsblock einer solchen Armatur mit zumindest zwei Sicherheitsventilen, die an zumindest einen Schließmechanismus vorzugsweise der Armatur hydraulisch und/oder pneumatisch gekoppelt ist, um die Armatur in einem Stör- oder Notfall zu schließen.
Die Förderung insbesondere fossiler Brennstoffe erfolgt in jüngster Vergangenheit unter immer extremeren Bedingungen entweder tief unterhalb des Meeresspiegels oder in der polaren Kälte nordamerikanischer oder russischer Eissteppen. Trotz dieser Extrembedingungen werden an die Sicherheit der Förderanlagen letztlich auch unter umwelttechnischen Gesichtspunkten hohe Anforderungen gestellt. So existieren neue, allgemein gültige Sicherheitsbestimmungen, wonach unter anderem Leckageverluste (entspricht einem typischen Störfall) zu vermeiden sind und in Notfällen, wie beispielsweise Bränden oder explosionsartigen Überdrücken ein sogenanntes ”Notaus” selbsttätig erfolgen soll. In allen Fällen soll prinzipiell eine Förderung des fossilen Energieträgers gestoppt werden.
Zur Förderung von fossilen Brennstoffen wie beispielsweise Erdgas oder Erdöl sind in der Regel unterschiedlich lange Pipelines im Einsatz, die über sogenannte Fontänenarmaturen an ein in ein Bohrloch ragendes Förderrohr angeschlossen sind. In dem Förderrohr und/oder in der Armatur sind Sicherheitsventile angeordnet, die in einem Stör- oder Notfall geschlossen werden können. Das Schließen solcher Sicherheitsventile erfolgt derzeit entweder manuell über ein Handrad oder elektrisch vorzugsweise ferngesteuert. Hierfür sind die Ventile mit elektrischen Aktoren ausgerüstet, die über eine Stromquelle mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass solche Ventile unter den eingangs genannten Extrembedingungen häufig versagen und daher die derzeit geltenden Sicherheitsanforderungen nicht erfüllt werden können.
Daher liegt der Erfindung die grundsätzliche Aufgabe zugrunde, eine Stör- und/oder Notfall-Sicherung für in der fossile Energieträger fördernden Industrie einsetzbare Armaturen oder Pipelines bereit zu stellen, die eine höhere Betriebssicherheit auch unter extremen Einsatzbedingungen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische/pneumatische Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Grundsätzlich schlägt die Erfindung u. a. einen Sicherheitsblock vorzugsweise für die Gas- oder Ölfördertechnik vor, der weiter vorzugsweise mit 2 oder 3 Sicherheitsventilen (Hydraulikventilen) bestückt ist. Diese Ventile besitzen im Wesentlichen eine Druckschaltfunktion und/oder eine Temperaturschaltfunktion, um Betriebszustände z. B. an einer Fontänenarmatur oder einer Pipeline zu überwachen und die Fontänenarmatur oder die Pipeline ohne Zuhilfenahme elektrischer Energie, also rein hydraulisch und/oder pneumatisch zu schließen. Um die Funktionsfähigkeit der Ventile auch unter extremen Bedingungen insbesondere Kälte zu gewährleisten, sind diese derart an die Armatur/Pipeline mechanisch gekoppelt, dass ein Wärmeübergang zwischen der Armatur/Pipeline und den Sicherheitsventilen stattfindet, um diese zu temperieren. Hierfür macht man sich den Umstand zu Nutze, dass das soeben geförderte Erdgas oder Erdöl mit konstant erhöhter Temperatur aus der Tiefe kommt, die zum Erwärmen des Sicherheitsblocks und der darin enthaltenen Ventile genutzt werden kann.
Im Konkreteren hat der erfindungsgemäße Sicherheitsblock einer fossile Brennstoffe fördernden Armatur/Pipeline zumindest zwei Sicherheitsventile, die an zumindest einen Schließmechanismus der/s Armatur/Pipeline/Förderrohrs hydraulisch und/oder pneumatisch gekoppelt sind. Von diesen Ventilen ist zumindest eines temperaturabhängig und zumindest ein anderes druckabhängig schaltbar, um im Fall einer Temperaturänderung außerhalb eines voreingestellten Temperaturbereichs und/oder einer Druckänderung außerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs eine Notschließung der/s Armatur/Pipeline/Förderrohrs auszulösen. Damit arbeitet der erfindungsgemäße Sicherheitsblock selbsttätig, d. h. unabhängig manueller oder ferngesteuerter Betätigung und eignet sich so zumindest grundsätzlich zur Erfüllung aktueller Sicherheitsbestimmungen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Sicherheitsblock thermisch, vorzugsweise mittels einer mechanischen Verbindung mit der Armatur/Pipeline gekoppelt, so dass ein Wärmeaustausch zwischen der Armatur/Pipeline und dem Sicherheitsblock stattfindet. Das (gegenüber der Umgebung) temperaturerhöhte Erdgas/Erdöl gibt dabei einen Teil seiner mitgeführten Wärmeenergie in den Sicherheitsblock ab, sodass die darin befindlichen Ventile und Hydraulik/Pneumatikfluide permanent temperiert werden. Auf diese Weise können die Sicherheitsventile auch in großer Kälte nicht einfrieren und behalten so ihre Funktionsfähigkeit.
Um diesen Effekt zu verbessern, kann eine Einhausung zur thermischen Isolation zumindest des Sicherheitsblocks von der Umgebungstemperatur vorgesehen sein, sodass die in den Sicherheitsblock abgegebene Wärmemenge nicht sofort in das umgebende Medium verloren geht. Dabei sei darauf hingewiesen, dass das Betriebsfluid des Sicherheitsblocks zum Betätigen des Schließmechanismus kälteresistent sein sollte und beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit auf Silikonbasis (z. B. PMS 20 KG) ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beschäftigt sich mit dem Anfahren des Fördervorgangs, also mit einer Förderphase, in der noch kein Wärme transportierender fossiler Energieträger in der Armatur/Pipeline vorhanden ist. In diesem Fall kann nämlich der Sicherheitsblock zumindest temporär einfrieren und somit für diese Zeitspanne seine Funktion verlieren oder es besteht die Möglichkeit, dass der Sicherheitsblock nach einem Notaus den Schließmechanismus nicht mehr öffnet. Um dies zu vermeiden, kann eine Hilfsheizeinrichtung vorgesehen sein, die bei Absinken der Steuerblocktemperatur unterhalb eines einstellbaren Werts vorzugsweise elektrisch betrieben wird, um den Steuerblock oberhalb des einstellbaren Temperaturwerts zu halten. Da dieser Fall nur sehr selten auftreten dürfte, kann die Hilfsheizeinrichtung auch aus einem Einwege-Heizelement bestehen beispielsweise in Form einer Heizpackung, die mit zwei chemischen Substanzen gefüllt ist, die bei Mischen eine exotherme Reaktion auslösen. Der Mischvorgang könnte dabei beispielsweise bei einem Schalten eines der Sicherheitsventile für ”Notaus” oder durch einen mit einer Nadel oder dergleichen versehenem Thermostat erfolgen.
Grundsätzlich können Betriebsstörungen im Bohrloch, in der Armatur selbst oder in der nachgeschalteten Pipeline auftreten. Als Betriebsstörungen oder Notfälle kommen im Wesentlichen Leckagen, Verstopfungen, Explosionen und Brände in Frage. Um diese unterschiedlichen Situationen zu beherrschen, sind genaue Kenntnisse über deren solche Auswirkungen erforderlich, die auch ohne elektrisch arbeitende Sensoren erfassbar sind. Leckagen führen zu Druckverlusten, Verstopfungen und Explosionen hingegen zu Druckerhöhungen. Brände haben partielle Temperaturanstiege zur Folge, die an ausgewählten Stellen in der Förderanlage frühzeitig abgreifbar sind, ohne dass unmittelbar mit einer Zerstörung des entsprechenden Wärmesensors gerechnet werden muss.
Hiervon abgeleitet sind neben dem temperaturabhängig geschalteten Sicherheitsventil vorzugsweise zwei druckabhängig geschaltete Sicherheitsventile im Sicherheitsblock vorgesehen, von denen das Eine mit einem Förderdruck stromauf der Armatur regelbeaufschlagt ist und das Andere mit einem Pipelinedruck stromab der Armatur regelbeaufschlagt ist. Weiter vorzugsweise ist das Förderdruck beaufschlagte Sicherheitsventil auf einen Maximaldruckwert eingestellt, wobei das Sicherheitsventil bei Überschreiten dieses Maximaldruckwerts (beispielsweise bei Verstopfen oder Explosion) ein Schließen der Armatur bewirkt. Das Pipelinedruck beaufschlagte Sicherheitsventil ist hingegen vorzugsweise auf einen Minimaldruckwert eingestellt, wobei das Sicherheitsventil bei Unterschreiten dieses Minimaldruckwerts (beispielsweise bei einer Leckage) ein Schließen der Armatur bewirkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung soll die hydraulische/pneumatische Einrichtung möglichst autark mit Betriebsenergie versorgt werden, sodass eine störanfällige externe Energieversorgung beispielsweise in Form elektrischer Energie überflüssig wird. Um dies zu ermöglichen, kann beispielsweise ein hydraulischer Energiespeicher in Form eines vorgeladenen Druckmittelspeichers angeordnet sein, der die hydraulische/pneumatische Einrichtung mit Druckenergie versorgt. Derartige Speicher halten jedoch nur einer begrenzten Maximaldruckbelastung stand, der in der Regel deutlich niedriger ist als der zur Betätigung des Schließmechanismus erforderliche Druck. Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die hydraulische/pneumatische Steuerung zur Betätigung des Schließmechanismus mit zumindest einem Druckübersetzer auszurüsten, der den relativ niedrigen Versorgungsdruck beispielsweise aus einem Druckspeicher in einen höheren Betätigungsdruck für den Schließmechanismus wandelt.
Vorzugsweise sind mehrere Druckübersetzer parallel zueinander an die Druckmittelquelle angeschlossen, die sequentiell angesteuert werden können, um so die Druckbelastung auf den Schließmechanismus schrittweise zu erhöhen oder zu verringern und/oder die langfristige Verfügbarkeit durch Redundanz zu erhöhen.
Vorteilhaft hierbei ist es, jedem Druckübersetzer ein Steuerventil vor- oder nachzuschalten, dessen Steuerseite mit dem Steuerdruck des Sicherheitsblocks beaufschlagbar ist, in dessen Abhängigkeit das jeweilige Steuerventil in eine Offenstellung (im Fall einer Vorschaltung) oder Schließstellung (im Fall einer Nachschaltung) bringbar ist, in der es einen Druckaufbau innerhalb des Druckübersetzers zulässt oder verhindert.
Um ein Öffnen des Schließmechanismus zu bewirken, auch dann, wenn vom Sicherheitsblock (noch) kein entsprechender Steuerdruck generiert ist, beispielsweise beim Anfahren der Armatur oder im Fall eines Testlaufs, muss es möglich sein, einen solchen Steuerdruck künstlich/manuell zu simulieren. Daher ist es gemäß einem Aspekt der Erfindung vorgesehen, an eine Steuerdruckleitung zur Verbindung des zumindest einen dem jeweiligen Druckübersetzer unmittelbar vor- oder nachgeschalteten Steuerventil und dem Sicherheitsblock ein manuell schaltbares Ventil, vorzugsweise ein Schaltventil, anzuschließen, über das die Druckenergiequelle unmittelbar an die Steuerdruckseite des Steuerventils des jeweiligen Druckübersetzers anschließbar ist. Auf diese Weise kann ein Steuerdruck quasi manuell erzeugt werden, um eine Druckaufbau innerhalb des entsprechenden Druckübersetzers zu erzeugen und damit ein Öffnen des Schließmechanismus unter Umgehung des Sicherheitsblocks zu bewirken.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
1 zeigt beispielhaft eine Fontänenarmatur an einem Bohrloch zur Förderung fossiler Energieträger, an der ein Sicherheitsblock gemäß der Erfindung unmittelbar montiert ist,
2 zeigt eine Steuer- und Versorgungshydraulik beispielsweise für eine Bohrlocharmatur gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 zeigt eine Steuer- und Versorgungshydraulik beispielsweise für eine Bohrlocharmatur gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
4 zeigt eine Anzahl von Varianten für Sicherheitsventil-Anordnungen in einem Sicherheitsblock gemäß der Erfindung.
Wie prinzipiell aus der 1 zu ersehen ist, besteht eine Bohrlocharmatur 1 zur Förderung eines flüssigen/gasförmigen fossilen Energieträgers aus einem Förderrohr 2, das in ein Bohrloch eingesetzt ist und einer Fontänenarmatur 4, die an ein aus dem Bohrloch ragendes Endstück des Förderrohrs 2 angeflanscht ist. Die Fontänenarmatur 4 hat eine Mehrzahl von christbaumartig angeordneten Zweiganschlüssen 6, die über manuell entsperrbare Ventilschieber 8 mit der Fontänenarmatur 4 fluidverbindbar sind und an denen Pipelinerohre 10 für den Weitertransport des geförderten fossilen Energieträgers wahlweise angeschlossen sind.
An einer solchen Fontänenarmatur 4 und/oder im Förderrohr ist in der Regel ein in der 1 nicht weiter dargestellter vorzugsweise hydraulisch betätigbarer Schließmechanismus beispielsweise in Form eines Schiebers oder einer Klappe vorgesehen, der in einem normalen Förderbetrieb der gesamten Förderanlage (einschließlich Förderrohr, Armatur und Pipeline) in einer Offenposition gehalten ist und in einem Stör- oder Notfall geschlossen wird, um den Förderbetrieb zu unterbrechen. Die Steuerung und Betätigung des Schließmechanismus erfolgt vorzugsweise hydraulisch und/oder pneumatisch mittels einer an der Fontänenarmatur 4 unmittelbar angeordneten Steuereinrichtung 12, wie sie nachfolgend anhand der 2 und 3 beschrieben wird.
Wie bereits in der vorstehenden Beschreibungseinleitung angedeutet ist, findet heutzutage Erdöl- und Ergasförderung in Gegenden mit extremen Umweltbedingungen statt. Ein sich hieraus ergebendes Problem ist die Sicherstellung der Funktionsfähigkeit von Steuer- und/oder Regeleinrichtungen auch bei großer Kälte und bei Ausfall einer externen Energiezufuhr wie elektrischem Strom. D. h., die Steuer- und/oder Regeleinrichtungen sollten prinzipiell autark arbeiten, wobei auch die Vereisungsproblematik durch Einsatz von Energie vor Ort gelöst werden sollte.
Die in den 2 und 3 dargestellte Steuereinrichtung 12 im Gesamten, zumindest jedoch ein zu dieser Steuereinrichtung 12 zählender Sicherheitsblock 14 ist daher erfindungsgemäß unmittelbar an der Fontänenarmatur 4, dem aus dem Bohrloch ragenden Förderrohr 2 oder dem unmittelbar an die Fontänenarmatur 4 angrenzenden Pipelineabschnitt 10 angeordnet, derart, dass ein Wärmeenergieaustausch zwischen diesen beiden Baugruppen stattfinden kann. Da das soeben geförderte Erdgas oder Erdöl, welches aus der Erde in die Fontänenarmatur 4 und anschließend in die Pipeline 10 ausströmt, das ganze Jahr über in etwa die gleiche Temperatur hat, können Temperaturschwankungen der unmittelbar an der Armatur 4 montierten Steuereinrichtung 12 gegenüber der Umgebungstemperatur deutlich vermindert und ein Vereisen der Steuerelemente verhindert werden. Unterstützt wird dieser Effekt dadurch, dass die Steuereinrichtung, zumindest jedoch der Sicherheitsblock 14 in einem vorzugsweise wärmeisolierten, nicht weiter dargestellten Gehäuse (beispielsweise ein Edelstahlkasten) eingehaust ist, der die Steuerelemente vor Wind- und Wassereinflüssen schützt und gleichzeitig die Wärmeabgabe an die Umgebung reduziert. Zusätzlich wird im Fall einer hydraulisch/pneumatisch arbeitenden Steuereinrichtung 12 ein kälteunempfindliches Hydraulikfluid vorzugsweise auf Silikonbasis eingesetzt.
Gemäß der 2 hat eine solche hydraulisch/pneumatisch arbeitende Steuereinrichtung 12 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung grundsätzlich einen Bedienblock 16 und den Sicherheitsblock 14. Im Konkreten ist sowohl der Bedien- als auch der Sicherheitsblock 14, 16 an zumindest eine nicht weiter dargestellte hydraulische Energiequelle P1/P2, beispielsweise zumindest einen vorgeladenen Druckspeicher angeschlossen, der über eine Filtereinrichtung (Feinfilter) 18 mit einer Eingangsleitung 20 des Bedienblocks 16 und des Sicherheitsblocks 14 verbunden ist. Die Eingangsleitung 20 des Bedienblocks 16 mündet in ein manuell/elektrisch betätigbares Steuerventil, vorzugsweise ein Schaltventil 22 zur Aktivierung eines sogenannten Druckübersetzers 24. Zwischen dem hydraulisch gesteuerten Schaltventil 22 (nachfolgend als Druckübersetzerventil bezeichnet) und dem Feinfilter 18 ist zumindest ein ebenfalls manuell/elektrisch betätigbares Abschaltventil 26 (vorzugsweise in Form eines federvorgespannten 2-Stellungs/3-Wegeventils) in die Eingangsleitung 20 zwischengeschaltet, mittels dem manuell oder elektrisch die hydraulische Energiequelle unter Sperren der Eingangsleitung 20 mit einem Druckmitteltank (nicht im Einzelnen gezeigt) verbindbar ist. Das Druckübersetzerventil 24 ist vorliegend als ein federvorgespanntes 2-Stellungs/3-Wegeventil ausgebildet, das in Konstruktionslage den Druckübersetzer 24 mit dem Druckmitteltank verbindet. Der Druckübersetzer 24 ist dabei eine Kolben/Zylinder-Anordnung mit einer Kolbenkammer als eine von der Energiequelle beaufschlagbare ND-Kammer und einer Stangenkammer als eine mit dem Schließmechanismus verbundene/verbindbare HD-Kammer.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass beispielsweise der Schließmechanismus aufgrund geringer zur Verfügung stehender Querschnittsflächen mit sehr hohen Drücken (500–1000 bar) gesteuert wird. In diesem Fall ist der Schließmechanismus in der 2 als eine Kolben/Zylinder-Einheit 28 dargestellt, deren Kolben gegen eine Feder in Offenstellung gehalten wird, solange dieser sehr hohe (HD-)Betätigungsdruck ansteht. Um diesen hohen Betätigungsdruck zu erzeugen, ist der vorstehend beschriebene Druckübersetzer 24 zwischen dem Schließmechanismus 28 und der Energiequelle vorgesehen.
Gemäß dem in der 2 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nur ein Druckübersetzer 24 angeordnet, der das benötigte Fluidvolumen zum Betätigen des Schließmechanismus 28 in einem einzigen Hub oder Teilhub liefern kann. Hierfür ist der Zylinder des Druckübersetzers 24 in Schließrichtung des Schließmechanismus 28 mittels einer Feder vorgespannt, die für einen vollständigen und raschen (Betätigungs-)Druckabbau in der HD-Kammer beim Abschalten der Steuereinrichtung 12 sorgt.
Zur Steuerung des Druckübersetzers 24 bzw. dessen Zylinders sind gemäß der 2 zwei Logikventile 30, 32 vorgesehen. Im Konkreten ist parallel zum vorstehend beschriebenen Druckübersetzerventil 22 ein weiteres federvorgespanntes 2-Stellungs/3-Wege-Schaltventil 34 in die Eingangsleitung des Bedienblocks 16 zwischengeschaltet, das mit einem Leistungseingang des ersten Logikventils 30 verbunden ist und in Konstruktionslage das erste Logikventil 30 unter Trennen von der hydraulischen Energiequelle mit dem Druckmitteltank verbindet. Ein Leistungsausgang des ersten Logikventils 30 ist sowohl mit der HD-Kammer des Druckübersetzers 24 als auch mit einem Leistungseingang des zweiten Logikventils 32 verbunden, dessen Leistungsausgang mit dem Schließmechanismus 28 verbunden ist. Beide Logikventile 30, 32 sind in Konstruktionslage so geschaltet, dass der Schließmechanismus 28 mit dem Druckmitteltank verbunden ist, d. h. sich in Schließposition befindet.
Das erste Logikventil 30 ist an einer Steuerseite hingegen mit einem (Vor-)Steuerdruck beaufschlagbar, der vom Sicherheitsblock 14 abgegeben wird und wodurch das erste Logikventil 30 den Schließmechanismus 28 vom Druckmitteltank permanent getrennt hält. D. h., dass solange der (Vor-)Steuerdruck des Sicherheitsblocks 14 an dem ersten Logikventil 30 anliegt, solange verbleibt der Schließmechanismus 28 in seiner Offenposition, es sei denn, das Druckübersetzerventil 22 wird manuell oder elektrisch aus seiner Konstruktionslage in die zweite Stellung geschaltet, in der es die ND-Kammer des Druckübersetzers 24 mit dem Druckmitteltank verbindet.
Der Sicherheitsblock 14 gemäß der 2 weist vorliegend 3 Sicherheitsventile 36, 38, 40 auf, die parallel zueinander angeordnet sind und deren Leistungseingänge jeweils an vorzugsweise die eine Druckmittelquelle angeschlossen sind. Im Konkreten ist das gemäß 2 linke Sicherheitsventil 36 ein temperaturabhängig betätigtes Schaltventil mit einem Thermostat, dessen thermische Flüssigkeit eine Steuerseite dieses Sicherheitsventils 36 beaufschlagt, um bei einem bestimmten Temperaturanstieg den Ventilkolben dieses Ventils 36 aus seiner Konstruktionslage zu verschieben. Dabei verbindet das temperaturabhängig schaltbare Ventil 36 in Konstruktionslage die hydraulische Energiequelle mit dem ersten Logikventil 30 (bzw. dessen Steuerseite) und verbindet bei einem Temperaturanstieg das erste Logikventil 30 (d. h. dessen Steuerseite) mit dem Druckmitteltank.
Das gemäß 2 mittlere Sicherheitsventil 38 ist ein druckabhängig betätigtes Schaltventil, das ebenfalls an das erste Logikventil 30 (dessen Steuerseite) angeschlossen ist und in Konstruktionslage das erste Logikventil 30 mit dem Druckmitteltank verbindet. Eine Steuerseite dieses Sicherheitsventils 38 ist beispielsweise mit der Pipeline 10 verbunden und wird von dem darin herrschenden Druck aus der Konstruktionslage heraus in eine Sperrstellung geschaltet, in der das erste Logikventil 30 vom Druckmitteltank getrennt ist. Dieses Ventil 38 ist folglich auf einen Minimal-(pipeline-)druck eingestellt und reagiert somit auf einen Druckverlust in der Pipeline 10 beispielsweise infolge einer Leckage.
Das gemäß der 2 rechte Sicherheitsventil 40 ist ebenfalls ein druckabhängig betätigtes Schaltventil, das auch an das erste Logikventil 30 (d. h. dessen Steuerseite) angeschlossen ist und in Konstruktionslage das erste Logikventil 30 vom Druckmitteltank trennt. Eine Steuerseite dieses Sicherheitsventils 40 ist beispielsweise mit der Fontänenarmatur 4 oder dem Förderrohr 2 verbunden und verbindet bei einem Überdruck beispielsweise in der Pipeline das erste Logikventil 30 mit dem Druckmitteltank. Dieses Ventil 40 ist daher auf einen Maximaldruck eingestellt und reagiert somit auf einen Überdruck (Druckzunahme) in der Pipeline 10, der Fontänenarmatur 4 oder dem Förderrohr 2.
Neben den vorstehend beschriebenen Grundbetätigungs- und Sicherheitsfunktionen kann die hydraulisch/pneumatische Steuereinrichtung 12 gemäß der 2 auch mit verschiedenen optionalen Funktionselementen einzeln oder in Kombination ausgestattet sein.
Gemäß der dort dargestellten Optionen 2 und 3 kann in einer Steuerdruckleitung 42 zwischen dem ersten Logikventil 30 bzw. dessen Steuerseite und dem Sicherheitsblock 14 ein manuell/elektrisch betätigbares Schaltventil (Sperrventil) 44 zwischengefügt sein, das in Konstruktionslage die Steuerdruckleitung 42 offen hält und in Sperrstellung geschaltet werden kann. Diesem manuell/elektrisch betätigbaren Sperrventil 44 ist eine Abzweigleitung 46 von der Steuerdruckleitung 42 nachgeordnet, in die ein weiteres manuell/elektrisch betätigbares Simulationsdruckventil 48 gleichen Aufbaus eingesetzt ist, das in Konstruktionslage die Abzweigleitung 46 sperrt und in Offenstellung geschaltet werden kann. Diese Abzweigleitung 46 ist dabei mit der Druckmittelquelle verbunden/verbindbar, sodass bei entsprechendem Betätigen der beiden Sperrventile 44, 48 ein simulierter Steuerdruck an das erste Logikventil 30 anlegbar und somit der Schließmechanismus 28 auch in Ermangelung eines Steuerdrucks vom Sicherheitsblock 14 in Offenposition verfahrbar ist.
Alternativ zu der Option 2 und 3 ist es gemäß der Option 2 und 4 vorgesehen, in die Steuerdruckleitung 42 zwischen Sicherheitsblock 14 und erstem Logikventil 30 zwei gegensätzlich sich öffnende, federvorgespannte Rückschlagventile 50 einzusetzen, die über manuell betätigbare Schaltventile 52, 54 (Rückschlagventil-Betätigungsventile) jeweils in Offenposition schaltbar sind.
Im Konkreten sind die zwei Rückschlagventile 50 so eingebaut, dass sich das eine, dem Sicherheitsblock 14 zugewandte Rückschlagventil in Richtung Sicherheitsblock 14 selbsttätig öffnet und das andere, dem ersten Logikventil 30 bzw. dessen Steuerseite zugewandte Rückschlagventil selbsttätig in Richtung Logikventil 30 öffnet. An beiden Rückschlagventilen 50 ist eine Zwangsöffnungsleitung 56 angeschlossen, die mit der Druckmittelquelle verbunden sind und in die jeweils zwei seriell angeordnete Schaltventile 52, 54 zwischengeschaltet sind, die sämtlich in Konstruktionslage sich in Offenposition befinden – also die Rückschlagventile 50 geöffnet halten.
Um demzufolge den Schließmechanismus 28 auch bei Nichtvorliegen eines Steuerdrucks vom Sicherheitsblock 14 zu öffnen, werden die beiden Rückschlagventile 50 durch entsprechendes Betätigen der vier Schaltventile 52, 54 geschlossen und das Schaltventil (Simulationsdruckventil) 48 in der Abzweigleitung 46 geöffnet. Das Ergebnis ist das Gleiche, wie zuvor anhand der Option 2 und 3 beschrieben, d. h. das erste Logikventil 30 wird geschlossen und somit ist der Schließmechanismus 28 auch in Ermangelung eines Steuerdrucks vom Sicherheitsblock 14 in Offenposition verführbar.
Im Nachfolgenden wird eine zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der 3 näher beschrieben.
Gemäß der 3 hat die hydraulisch/pneumatisch arbeitende Steuereinrichtung 12 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ebenfalls den einen Bedienblock 16 und den einen Sicherheitsblock 14, die an zumindest die eine hydraulische Energiequelle P1/P2, beispielsweise einen vorgeladenen Druckspeicher angeschlossen sind, der über die Filtereinrichtung (Feinfilter) 18 mit der Eingangsleitung 20 des Bedienblocks 16 und des Steuer- bzw. Sicherheitsblocks 14 verbunden ist. Die Eingangsleitung 20 des Bedienblocks 16/Sicherheitsblocks 14 mündet in das in diesem Ausführungsbeispiel hydraulisch (vor-)gesteuertes Schaltventil (Steuerventil) 22 zur Betätigung des Druckübersetzers 24. Zwischen dem hydraulisch gesteuerten Schaltventil 22 (nachfolgend auch als das Druckübersetzerventil bezeichnet) und dem Feinfilter 18 ist ebenfalls das manuell/elektrisch betätigbare Abschaltventil 26 (vorzugsweise in Form zweier seriell geschalteter, federvorgespannten 2-Stellungs/3-Wegeventile) in die Eingangsleitung 20 zwischengeschaltet, mittels denen manuell und/oder elektrisch die hydraulische Energiequelle unter Sperren der Eingangsleitung 20 mit dem Druckmitteltank verbindbar ist. Das Druckübersetzerventil 22 ist vorliegend als ein federvorgespanntes 2-Stellungs/3-Wegeventil ausgebildet, das in Konstruktionslage den zugehörigen Druckübersetzer 24 mit dem Druckmitteltank verbindet.
Der Druckübersetzer 24 ist auch beim zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Kolben/Zylinder-Anordnung mit einer Kolbenkammer als eine von der Energiequelle beaufschlagbare ND-Kammer und einer Stangenkammer als eine mit dem Schließmechanismus verbundene/verbindbare HD-Kammer.
Gemäß dem in der 3 dargestellten zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ebenfalls mindestens ein Druckübersetzer 24 vorgesehen, der das benötigte Fluidvolumen zum Betätigen des Schließmechanismus vorzugsweise in mehreren Hüben liefern kann. Im Konkreten sind in diesem Fall jedoch eine Mehrzahl von Druckübersetzern 24 parallel zueinander angeordnet, wie dies nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Zur Steuerung des jeweiligen Druckübersetzers 24 bzw. dessen Zylinders ist gemäß der 3 zwischen dem Druckübersetzerventil 22 und dem Druckübersetzer 24 ein weiteres, hydraulisch gesteuertes Schaltventil 58 zwischengefügt, mittels welchem der Druckübersetzer 24 wahlweise mit der Druckmittelquelle oder dem Druckmitteltank verbindbar ist, um den Druckübersetzer 24 auf diese Weise fein zu steuern.
Das Druckübersetzerventil 22 ist an einer Steuerseite mit einem (Vor-)Steuerdruck beaufschlagbar, der vom Sicherheitsblock 14 abgegeben wird und wodurch der Druckübersetzer 24 permanent in einer solche Position gehalten wird, in der der Schließmechanismus 28 seine Offenstellung annimmt. D. h., dass solange der (Vor-)Steuerdruck des Sicherheitsblocks 14 an dem Druckübersetzerventil 22 bzw. dessen Steuerseite anliegt, solange kann der Schließmechanismus 28 in seiner Offenposition verbleiben.
Der Sicherheitsblock 14 gemäß der 3 weist vorliegend in Übereinstimmung mit dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung drei Sicherheitsventile 36, 38, 40 auf, die parallel zueinander angeordnet sind und deren Leistungseingänge jeweils an vorzugsweise die eine Druckmittelquelle angeschlossen sind.
Im Konkreten ist das gemäß 3 linke Sicherheitsventil 36 das temperaturabhängig betätigte Schaltventil mit einem Thermostat, dessen thermische Flüssigkeit eine Steuerseite dieses Sicherheitsventils 36 beaufschlagt, um bei einem bestimmten Temperaturanstieg den Ventilkolben dieses Ventils 36 aus seiner Konstruktionslage zu verschieben. Dabei verbindet das temperaturabhängig schaltbare Ventil 36 in Konstruktionslage die hydraulische Energiequelle mit dem Druckübersetzerventil 22 (bzw. dessen Steuerseite) und verbindet bei einem Temperaturanstieg das Druckübersetzerventil 22 (und damit die Kolbenkammer des Druckübersetzers 24) mit dem Druckmitteltank.
Das gemäß 3 mittlere Sicherheitsventil 38 ist jenes druckabhängig betätigte Schaltventil, das ebenfalls an das Druckübersetzerventil 22 bzw. dessen Steuerseite angeschlossen ist und in Konstruktionslage das Druckübersetzerventil 22, d. h. dessen Steuerseite mit dem Druckmitteltank verbindet. Eine Steuerseite dieses Sicherheitsventils 38 ist beispielsweise mit der Pipeline 10 verbunden und wird von dem darin herrschenden Druck aus der Konstruktionslage heraus in eine Sperrstellung geschaltet, in der das Druckübersetzerventil 22 vom Druckmitteltank getrennt ist. Dieses Ventil 38 ist also auf einen Minimal-(pipeline-)druck eingestellt und reagiert somit auf einen Druckverlust in der Pipeline 10 beispielsweise in Folge einer Leckage.
Das gemäß der 3 rechte Sicherheitsventil 40 ist ebenfalls ein druckabhängig betätigtes Schaltventil, das an das Druckübersetzerventil 22 bzw. dessen Steuerseite angeschlossen ist und in Konstruktionslage das Druckübersetzerventil 22 vom Druckmitteltank trennt. Eine Steuerseite dieses Sicherheitsventils 40 ist beispielsweise mit der Fontänenarmatur 4 oder dem Förderrohr 2 verbunden und verbindet bei einem Überdruck beispielsweise in der Pipeline das Druckübersetzerventil 22 (und damit die Kolbenkammer des Druckübersetzers 24) mit dem Druckmitteltank. Dieses Ventil 40 ist auf einen Maximaldruck eingestellt und reagiert somit auf einen Überdruck (Druckzunahme) in der Pipeline 10, der Fontänenarmatur 4 oder dem Förderrohr 2.
Neben den vorstehend beschriebenen Grundbetätigungs- und Sicherheitsfunktionen kann die hydraulisch/pneumatische Steuereinrichtung 12 gemäß der 3 auch mit verschiedenen optionalen Funktionselementen einzeln oder in Kombination ausgestattet sein, wie sie vorstehend bereits anhand der 2 beschrieben wurden. Daher kann an dieser Stelle auf die entsprechenden Beschreibungstextstellen verwiesen werden. Zusätzlich zu den genannten Optionen kann die hydraulische Steuerung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel aber auch noch mit den nachfolgenden Funktionen ausgestattet sein:
Gemäß der 3 können, wie dies vorstehend bereits angedeutet wurde, mehrere Druckübersetzer 24 parallel zueinander über jeweils eigene Druckübersetzerventile 22 und Feinsteuerventile 58 an die Druckmittelquelle (d. h.) die Eingangsleitung 20 des Bedienblocks 16, den Schließmechanismus 28 und den Druckmitteltank angeschlossen sein. Jedes Druckübersetzerventil 22 ist dabei mit dem Steuerdruck des Sicherheitsblocks 14 beaufschlagbar. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel, wonach eine Mehrzahl von Druckübersetzern 24 in Parallelschaltung angeordnet sind, jedem Druckübersetzerventil 24 ein eigenes manuell/elektrisch betätigbares Schaltventil (Sperrventil) 34 in der Steuerdruckleitung zwischen dem Sicherheitsblock 14 und dem betreffenden Druckübersetzerventil 22 bzw. dessen Steuerseite vorgeschaltet ist, das in Konstruktionslage sich in Offenposition befindet und das bei Betätigung den Steuerdruck am entsprechenden Druckübersetzerventil 22 in den Druckmitteltank abbaut. Dies ermöglicht es, beispielsweise die Druckübersetzer 24 einzeln anzusteuern und so die Betätigung des Schließmechanismus 28 stufenweise (in Abhängigkeit der Druckübersetzerzahl) vorzunehmen und/oder die langfristige Verfügbarkeit durch Redundanz zu erhöhen.
Ferner kann optional (gemäß der Option 5 und 6) ein Logikventil 60 an die HD-Leitung zwischen dem/den Druckübersetzer(n) 24 (bzw. dessen HD-Kammer) und dem Schließmechanismus 28 angeschlossen sein, über das die HD-Leitung bei Bedarf direkt in den Druckmitteltank entlastet werden kann. Dieses optionale Logikventil 60 hat eine Steuerseite, die über ein manuell/elektrisch betätigbares Sperrventil 62 mit der Steuerdruckleitung 42 verbunden ist, wodurch das Logikventil 60 in Sperrposition gehalten bleibt. Sobald jedoch das Sperrventil 62 betätigt wird, wird der am Logikventil 60 anliegende Steuerdruck in den Druckmitteltank entspannt und das Logikventil 60 geöffnet, sodass der Schließmechanismus 28 in die Schließposition überführt wird. An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass im Fall der Anordnung eines solchen optionalen Logikventils 60 es möglich ist, Leckageverluste an der Mehrzahl von Druckübersetzern 24 zu vermeiden, indem den Druckübersetzern 24 unmittelbar ein in Richtung zum Schließmechanismus 28 sich öffnendes Rückschlagventil 64 nachgeschaltet wird. Dieses Rückschlagventil 64 verhindert zwar eine Schließbewegung des Schließmechanismus 28 über die Druckübersetzerbetätigung (Entlastungsfunktion der Druckübersetzer 24 wird unwirksam), dies kann aber durch das zusätzliche Logikventil 60 erreicht werden.
Die 4 zeigt nunmehr einige alternative Varianten für einen Sicherheitsblock 14 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Variante A gemäß der 4 entspricht exakt dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, sodass an dieser Stelle auf die vorstehenden Beschreibungstextstellen verwiesen werden kann.
Bei der Variante B sind die Ventile der Variante A so angeordnet, dass deren Konstruktionslagen zur Variante A genau entgegengesetzt sind. D. h. die Ventile der Variante B bewirken in Konstruktionslage einen Abbau des (Vor-)Steuerdrucks und bei Erregung einen Aufbau des (Vor-)Steuerdrucks. In diesem Fall bewirkt das Fehlen des (Vor-)Steuerdrucks ein Halten des Schließmechanismus in Offenposition und ein Vorhandensein des (Vor-)Steuerdrucks ein Schließen des Schließmechanismus.
Die Variante C entspricht hinsichtlich ihrer Funktion der Variante B in jedoch vereinfachter konstruktiver Ausgestaltung. In diesem Fall ist die (Vor-)Steuerleitung 42 im normalen Betrieb einfach von der Druckmittelquelle getrennt und im Fall einer Störung mit der Druckmittelquelle verbunden. Eine Tankentlastung der Steuerleitung 42 für ein sich wieder Öffnen des Schließmechanismus 28 (nach einem ”Notaus”) erfolgt über den Sicherheitsblock 14 nicht mehr, sondern muss über ein weiteres (nicht gezeigtes) Ventil vorgenommen werden.
Gleiches gilt für die Variante D, welche hinsichtlich ihrer Funktion der Variante A entspricht, jedoch ebenfalls ohne Tankentlastung auskommt. D. h. in einem Störfall trennt der Sicherheitsblock 14 die Verbindung zur Druckmittelquelle, baut jedoch den (Vor-)Steuerdruck nicht gleichzeitig ab. Auch hier muss der Steuerdruckabbau für eine Schließbewegung des Schließmechanismus 28 von einem weiteren (nicht gezeigten) Ventil übernommen werden.
Schließlich zeigt die Variante E einen Sicherheitsblock 14 vergleichbar zur Variante C mit dem Unterschied, dass die Ventile der Variante E separat an die Druckmittelquelle anzuschließen sind, wohingegen bei der Variante C ein zentraler Druckmittelanschluss am Sicherheitsblock 14 vorgesehen ist der zu allen Ventilen eine blockinterne Verbindung hat.
Bezugszeichenliste

1: Bohrlocharmatur
2: Förderrohr
4: Fontänenarmatur
6: Zweiganschlüsse
8: Manuelle Ventilschieber
10: Pipeline
12: Hydraulisch/pneumatische Steuerung
14: Sicherheitsblock
16: Bedienblock
18: Filter
20: Eingangsleitung
22: Steuerventil
24: Druckübersetzer
26: Abschaltventil
28: Schließmechanismus
30: Erstes Logikventil
32: Zweites Logikventil
34: Schaltventil
36: Temperaturschaltventil
38: Minimaldruck-Schaltventil
40: Maximaldruck-Schaltventil
42: Steuerdruckleitung
44: Sperrventil
46: Abzweigleitung
48: Simulations-Druckventil
50: Rückschlagventile
52, 54: Rückschlagventil-Betätigungsventile
56: Zwangsöffnungsleitung
58: Feinsteuerventil
60: Optionales Logikventil
62: Sperrventil
64: Optionales Rückschlagventil

Claims

Sicherheitsblock einer fossile Brennstoffe fördernden Armatur (4) mit zumindest zwei Sicherheitsventilen (36, 38, 40), die an zumindest einen Schließmechanismus (28) vorzugsweise der Armatur (4) hydraulisch und/oder pneumatisch gekoppelt sind und von denen zumindest eines temperaturabhängig und zumindest ein anderes druckabhängig schaltbar ist, um im Fall einer Temperaturänderung außerhalb eines voreingestellten Temperaturbereichs und/oder einer Druckänderung außerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs eine Notschließung der Armatur (4) auszulösen.
Sicherheitsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsblock (14) thermisch mit der Armatur (4) gekoppelt ist, derart, dass ein Wärmeaustausch zwischen der Armatur (4) und dem Sicherheitsblock (14) stattfindet.
Sicherheitsblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsblock (14) mit der Armatur (4) mechanisch verbunden ist.
Sicherheitsblock nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einhausung zur thermischen Isolation zumindest des Sicherheitsblocks (14) von der Umgebungstemperatur.
Sicherheitsblock nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Hilfsheizeinrichtung, die bei Absinken der Steuerblocktemperatur unterhalb eines einstellbaren Werts vorzugsweise elektrisch betrieben wird, um den Sicherheitsblock (14) oberhalb eines einstellbaren Temperaturwerts zu halten.
Sicherheitsblock nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Sicherheitsventile (36, 38, 40) im normalen Betrieb der Armatur (4) den zumindest einen Schließmechanismus (28) mit einem Steuerdruck beaufschlagen, der diesen in Offenposition hält, wobei im Störbetrieb der Armatur (4) zumindest eines der Sicherheitsventile (36, 38, 40) den Steuerdruck entspannt und damit den Schließmechanismus (28) in eine Schließposition überführt.
Sicherheitsblock nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Störbetrieb der Armatur (4) zumindest eines der Sicherheitsventile (36, 38, 40) einen Steuerdruck abgibt, der den Schließmechanismus (28) in eine Schließposition überführt.
Sicherheitsblock nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei druckabhängig geschaltete Sicherheitsventile (36, 38, 40) vorgesehen sind, von denen das eine mit einem Förderdruck stromauf der Armatur (4) regelbeaufschlagt ist und das andere mit einem Pipelinedruck stromab der Armatur (4) regelbeaufschlagt ist.
Sicherheitsblock nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderdruck beaufschlagte Sicherheitsventil (40) auf einen Maximaldruckwert eingestellt ist und das Sicherheitsventil (40) bei Überschreiten dieses Maximaldruckwerts ein Schließen der Armatur (4) bewirkt.
Sicherheitsblock nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pipelinedruck beaufschlagte Sicherheitsventil (38) auf einen Minimaldruckwert eingestellt ist und das Sicherheitsventil (38) bei Unterschreiten dieses Minimaldruckwerts ein Schließen der Armatur (4) bewirkt.