DE102011055537B4 - Hydraulic equipment for a preferably fossil fuel-promoting valve - Google Patents
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Abstract
Hydraulische Steuerungseinrichtung des Schließmechanismus (1) einer fossile Brennstoffe fördernden Armatur, deren hydraulische und/oder elektrische Komponenten zumindest anteilig in einer Thermobox oder einem wärmeisoliertem Container eingehaust sind, wobei die eingehausten Komponenten zumindest anteilig in einen Öltank der Steuerungseinrichtung eingetaucht sind, dessen Ölfüllung als Wärmespeichervolumen dient.Hydraulic control device of the closing mechanism (1) of a fossil fuel-conveying valve, the hydraulic and / or electrical components are at least partially housed in a thermobox or a thermally insulated container, the housed components are at least partially immersed in an oil tank of the controller, the oil filling as a heat storage volume serves.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine vorzugsweise fossile Brennstoffe fördernde Armatur, sowie eine hydraulische Steuerungseinrichtung einer solchen Armatur.The present invention relates to a preferably fossil fuel-promoting valve, as well as a hydraulic control device of such a valve.
Die Förderung insbesondere fossiler Brennstoffe erfolgt in zunehmendem Maße unter immer extremeren Bedingungen entweder unterhalb des Meeresspiegels oder in der polaren Kälte nordamerikanischer oder russischer Eissteppen. Trotz derartiger Extrembedingungen werden an die Sicherheit derartiger Förderanlagen auch unter umweltpolitischen Gesichtspunkten besonders hohe Anforderungen gestellt. So existieren neue, allgemein gültige Sicherheitsbedingungen, wonach u. a. Leckageverluste (entspricht einem typischen Störfall) zu vermeiden sind und in Notfällen, wie beispielsweise Bränden oder explosionsartigen Überdrücken im Bohrloch und/oder einer nachfolgenden Pipeline ein sogenanntes „Notaus“ selbstständig zu erfolgen hat. In allen möglichen Fällen soll grundsätzlich eine Förderung des fossilen Energieträgers gestoppt bzw. unterbrochen werden.The extraction of fossil fuels in particular is increasingly taking place under increasingly extreme conditions either below sea level or in the polar cold of North American or Russian ice steppes. Despite such extreme conditions, particularly high demands are placed on the safety of such conveyor systems from an environmental point of view. Thus, there are new, generally valid security conditions, according to which u. a. Leakage losses (corresponding to a typical accident) must be avoided and in emergencies, such as fires or explosive overpressures in the borehole and / or a subsequent pipeline, a so-called "emergency stop" has to be done independently. In all possible cases a promotion of the fossil energy carrier should be stopped or interrupted.
Zur Förderung von fossilen Energieträgern wie beispielsweise Erdgas oder Erdöl sind in der Regel unterschiedlich lange Pipelines im Einsatz, die über sogenannte Fontänenarmaturen an ein im Bohrloch befindliches Förderrohr angeschlossen sind. In dem Förderrohr und/oder in der Armatur sind Sicherheitsventile (Schließmechanismen) angeordnet, die in einem Stör- oder Notfall das Förderrohr schließen können. Das Schließen solcher Sicherheitsventile erfolgt derzeit entweder manuell über ein Handrad oder elektrisch vorzugweise 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 derartige Sicherheitsventile unter den eingangs genannten Extrembedingungen häufig versagen und daher die derzeit geltenden Sicherheitsanforderungen nicht immer erfüllt werden können.To promote fossil fuels such as natural gas or oil usually different lengths of pipelines are in use, which are connected via so-called fountain fittings to a downhole conveyor pipe. In the conveyor pipe and / or in the valve safety valves (closing mechanisms) are arranged, which can close the delivery pipe in a malfunction or emergency. The closing of such safety valves is currently either manually via a handwheel or electrically preferably remotely controlled. For this purpose, the valves are equipped with electrical actuators, which must be supplied with electrical energy via a power source. However, it has been found that such safety valves often fail under the extreme conditions mentioned above and therefore the current safety requirements can not always be met.
Angesichts dieser Situation liegt der Erfindung die grundsätzliche Aufgabe zugrunde, eine Stör- und/oder Notfall-Sicherung für in der fossile Energieträger fördernden Industrie einsetzbarer Armaturen oder Pipelines bereitzustellen, die eine höhere Betriebssicherheit auch unter extremen Einsatzbedingungen bietet. Ein Ziel ist es hierbei, die Funktionsfähigkeit der Anlage auch im Falle eines totalen Stromausfalls einschließlich einer anlageninternen Notstromversorgung aufrechtzuerhalten.In view of this situation, the basic object of the invention is to provide an emergency and / or emergency fuse for fountains in the industry promoting fittings or pipelines, which offers a higher reliability even under extreme conditions of use. One goal here is to maintain the functionality of the system even in the event of a total power failure including an on-site emergency power supply.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Steuerungseinrichtung für den Schließmechanismus der fossile Brennstoffe fördernden Armatur bzw. des davor geschalteten Förderrohrs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind hierbei Gegenstand der Unteransprüche.The above-mentioned object is achieved by a control device for the closing mechanism of the fossil fuel-conveying valve or the conveying pipe connected in front of it with the features of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Grundsätzlich können hydraulische/pneumatische und/oder elektrische Komponenten dadurch kältegeschützt werden, indem diese zumindest anteilig in sogenannten Thermoboxen eingehaust werden, die gegenüber der Außentemperatur isoliert sind. Auch wurden Anstrengungen dahingehend unternommen, diese Thermoboxen innenseitig zu beheizen, wofür sich in erster Linie elektrische Heizeinrichtungen anboten. Diese fallen jedoch bei einem totalen Stromausfall aus.In principle, hydraulic / pneumatic and / or electrical components can be protected from cold by being at least partly covered in so-called thermoboxes, which are insulated from the outside temperature. Efforts have also been made to heat these thermoboxes on the inside, for which primarily electric heaters were offered. However, these fail in a total power failure.
Die Erfindung schlägt daher vor, die eingehausten Komponenten der Steuerungseinrichtung zumindest anteilig, d. h., ausgewählte Komponenten der Steuerungseinrichtung, die besonders kälteempfindlich sind, in einem Öltank der Steuerungseinrichtung einzutauchen, derart, dass diese vorzugsweise in dem darin sich befindlichen Hydrauliköl aufgenomen sind. Die Hydraulikfluidfüllung des Öltanks wird hierbei als Wärmespeichervolumen vorgesehen. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass auch bei Wegfall einer Wärmeenergiequelle innerhalb der Thermobox die unmittelbare Umgebungstemperatur von ausgewählten Komponenten oder allen Komponenten der Steuerungseinrichtung über einen vorbestimmten Zeitraum oberhalb einer Minimaltemperatur gehalten werden kann, um so die Funktionsfähigkeit der Steuereinrichtung aufrechtzuerhalten.The invention therefore proposes, at least partially, that the housed components of the control device, d. h., selected components of the control device, which are particularly sensitive to cold to immerse in an oil tank of the control device, such that they are preferably taken up in the hydraulic oil therein. The hydraulic fluid filling of the oil tank is provided here as a heat storage volume. The advantage of this design is that, even with the elimination of a thermal energy source within the thermobox, the immediate ambient temperature of selected components or all components of the controller can be maintained above a minimum temperature for a predetermined period of time to maintain the operability of the controller.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Thermobox und insbesondere der Öltank beispielsweise durch Anordnung elektrischer Heizelemente beheizt wird. Denkbar sind jedoch auch andere Wärmeenergiequellen, wie beispielsweise der geförderte fossile Brennstoff selbst, der mit einer vorbestimmten Temperatur aus dem Bohrloch gefördert wird.Preferably, it is provided that the thermobox and in particular the oil tank is heated, for example by arranging electrical heating elements. However, other heat energy sources are conceivable, such as the subsidized fossil fuel itself, which is conveyed out of the borehole at a predetermined temperature.
Um das Wärmespeichervolumen innerhalb der Thermobox zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, einen vorzugsweise beheizten Wassertank (Fluidtank) in der Thermobox unterzubringen, um hierdurch ein ergänzendes Wärmespeichervolumen bereitzustellen. Hierbei kann der Wassertank vorzugsweise eine Ausdehnungs-Kompensationsluftpolsterung aufweisen, um Wärmeausdehnungen infolge von Temperaturschwankungen auszugleichen. Selbstverständlich ist das Wasser mit Frostschutzmitteln versetzt, um Temperaturen bis zu vorzugsweise minus 40°C in flüssiger Form erreichen zu können.In order to increase the heat storage volume within the thermobox, it may be provided to house a preferably heated water tank (fluid tank) in the thermobox to thereby provide a supplemental heat storage volume. In this case, the water tank may preferably have an expansion compensation air cushioning in order to thermal expansion due to Compensate for temperature fluctuations. Of course, the water is mixed with antifreeze to reach temperatures up to preferably minus 40 ° C in liquid form.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung sieht die Anordnung eines Abschaltmittels vorzugsweise in Form eines temperaturgesteuerten Schaltventils vor, das vorzugsweise ebenfalls im Öltank in das darin befindliche Öl eingetaucht ist und das dafür vorgesehen ist, die Steuerung für ein Schließen der Armatur bzw. des Förderrohrs bei Erreichen und/oder Unterschreiten einer minimalen Öltemperatur im Tank von vorzugsweise minus 40°C zu betätigen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass als Hydraulikfluid ein sogenanntes Silikonöl eingesetzt werden kann, das seine für die Steuerungseinrichtung geforderten Eigenschaften bis zu der vorstehend genannten minimalen Öltemperatur beibehalten kann.A development of the control device according to the invention provides the arrangement of a shut-off preferably in the form of a temperature-controlled switching valve, which is preferably also immersed in the oil tank in the oil contained therein and which is intended to control the closing of the valve or the delivery pipe on reaching and / or below a minimum oil temperature in the tank of preferably
Um die Wartungsfreundlichkeit der Steuerungseinrichtung zu verbessern, kann die Thermobox mit einer vorzugsweise wärmeisolierten Zugangstür ausgestattet sein, an deren Innenseite oder unmittelbar hinter der Zugangstür ausgewählte Bedienungselemente oder Komponenten der Steuerungseinrichtung angeordnet sind. Diese sind daher über die wärmeisolierte Zugangstür von außen frei zugänglich und können daher in einfacher Weise gewartet oder ausgetauscht werden.In order to improve the ease of maintenance of the control device, the thermobox may be equipped with a preferably thermally insulated access door, on the inside or immediately behind the access door selected controls or components of the control device are arranged. These are therefore freely accessible from the outside via the heat-insulated access door and can therefore be maintained or replaced in a simple manner.
Des Weiteren ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass eine elektrische Not-Energiequelle beispielsweise in Form einer Batterie an die elektrisch zu betätigenden Komponenten der Steuerungseinrichtung mit angeschlossen ist (zusätzlich zu der Hauptstromquelle), um einen elektrischen Stormausfall (Fehlfunktion der Hauptstromquelle) für ein Aufrechterhalten der elektrischen Energieversorgung der betreffenden Komponenten zumindest temporär zu überbrücken. Auf diese Weise wird die Steuerungseinrichtung von der Hauptstromquelle, beispielsweise einer elektrischen Überlandleitung oder eines Stromgenerators unabhängig.Furthermore, it is provided according to an advantageous embodiment of the control device that an electrical emergency power source is connected, for example in the form of a battery to the electrically actuated components of the control device (in addition to the main power source) to an electrical power failure (malfunction of the main power source) for at least temporarily bridging for maintaining the electrical power supply of the respective components. In this way, the control device of the main power source, such as an electrical power line or a power generator is independent.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass in bestimmten Extremsituationen auch eine Notstromquelle gemäß vorstehender Ausführung versagen kann. In solchen Fällen liegt ein totaler Stromausfall vor. Um dennoch die Funktionsfähigkeit in solchen Fällen zumindest temporär aufrechterhalten zu können, ist eine Hilfs-Druckmittelquelle beispielsweise in Form eines Druckspeichers zur temporären Aufrechterhaltung eines Betriebsdrucks für die Steuerungseinrichtung vorgesehen. Des Weiteren hat die Steuerungseinrichtung vorzugsweise einen Sicherheitsblock (Abschaltblock) zum Betätigen des Schließmechanismuses, der mit rein hydraulisch ansteuerbaren Sicherheitsventilen bestückt ist. Diese Sicherheitsventile können mit einer Druck- und/oder Temperaturschaltfunktion versehen sein. Sobald diese Sicherheitsventile eine Notsituation erfassen, beispielsweise ein extremer Überdruck im Förderrohr oder ein extremer Druckabfall in der nachgeschalteten Pipeline oder eine dramatische Temperaturerhöhung, sind die Sicherheitsventile in der Lage, die Steuerungseinrichtung so zu betätigen, dass auch bei Nichtvorliegen einer elektrischen Stromversorgung die Schließmechanismen in Schließposition bewegt werden.However, it has been found that in certain extreme situations, an emergency power source according to the above design can fail. In such cases, there is a total power failure. Nevertheless, in order to be able to maintain the functionality at least temporarily in such cases, an auxiliary pressure medium source, for example in the form of a pressure accumulator, is provided for the temporary maintenance of an operating pressure for the control device. Furthermore, the control device preferably has a safety block (shutdown block) for actuating the closing mechanism, which is equipped with purely hydraulically controllable safety valves. These safety valves can be provided with a pressure and / or temperature switching function. As soon as these safety valves detect an emergency situation, for example an extreme overpressure in the delivery pipe or an extreme pressure drop in the downstream pipeline or a dramatic increase in temperature, the safety valves are able to actuate the control device so that the closing mechanisms are in the closed position even in the absence of an electrical power supply to be moved.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist parallel zu dem Abschaltmittel oder Schaltventil ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, über das der Druck stromaufwärts des Abschaltmittels / Schaltventils begrenzt ist. Dieses Druckbegrenzungsventil wird zur Minimierung von Leckagen vorzugsweise in Sitz- oder Nadelventilbauweise ausgeführt.In one embodiment of the invention, a pressure relief valve is arranged parallel to the shut-off means or switching valve, via which the pressure upstream of the shut-off / switching valve is limited. This pressure limiting valve is preferably designed to minimize leaks in the seat or needle valve design.
Der zu begrenzende Druck kann mehr als 500 bar, beispielsweise 700 oder 750 bar betragen.The pressure to be limited can be more than 500 bar, for example 700 or 750 bar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher beschrieben.
-
1 zeigt eine hydraulische Steuerungseinrichtung des Schließmechanismus einer fossile Brennstoffe fördernden Armatur oder eines in einem Bohrloch befindlichen Förderrohrs gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Steuerungseinrichtung mit einem sogenannten Druckübersetzer ausgerüstet ist und -
2 zeigt eine hydraulische Steuerungseinrichtung des Schließmechanismus einer fossile Brennstoffe fördernden Armatur oder eines in einem Bohrloch befindlichen Förderrohrs gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem optionalen Druckübersetzer.
-
1 shows a hydraulic control device of the closing mechanism of a fossil fuel-conveying valve or a downhole conveyor pipe according to a first preferred embodiment of the present invention, wherein the control device is equipped with a so-called pressure booster and -
2 shows a hydraulic control device of the closing mechanism of a fossil fuel-conveying valve or a downhole conveyor pipe according to a second preferred embodiment of the present invention with an optional pressure booster.
Gemäß der
Dem Druckübersetzer
Zwischen der Hydraulikdruckquelle
Zwischen der Druckspeichereinheit
Der Steuerblock
Schließlich ist an die Vorsteuerleitung
Wie des Weiteren aus der
Stromab zu dem manuell betätigbaren Sperrventil
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einer das Schaltventil
Um Druckmittelverluste in Richtung zum Fluidtank zu minimieren, kann das Druckbegrenzungsventil in Sitz- oder Nadelventilbauweise ausgeführt sein.In order to minimize pressure medium losses in the direction of the fluid tank, the pressure relief valve can be designed in seat or needle valve design.
In der Vorsteuer-Zweigleitung
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Hydraulikfluid vorwiegend ein Silikonöl ist, dessen hydraulische Eigenschaften für die Funktionsfähigkeit der Steuerungseinrichtung bis zumindest minus 40°C gewährleistet sind. Des Weiteren befindet sich die gesamte vorstehend beschriebene Steuerungseinrichtung in einer wärmeisolierten sowie vorzugsweise elektrisch beheizten Thermobox, wobei die Heizung unmittelbar Heizleistung an den Fluidtank der Steuerungseinrichtung abgibt. Schließlich ist in der Thermobox eine in der
Schließlich ist für den Betrieb des elektrischen Motors sowie sämtlicher elektromagnetischer Spulen an den entsprechenden Schaltventilen eine Stromversorgung vorgesehen, die entweder aus einer Fernleitung und/oder einem Stromaggregat besteht. Parallel zu dieser Hauptstromversorgungsquelle ist eine NotStromquelle vorzugsweise in Form von Batterien vorgesehen, die jedoch in der
Die Funktionsweise der Steuerungseinrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
In einem normalen Betrieb der Steuerungseinrichtung versorgt die hydraulische Energiequelle
Durch die Fluidbeaufschlagung des Druckübersetzers wird der darin enthaltene Kolben derart bewegt, dass ein Hydraulikdruck in der Druckleitung
Sobald die Sicherheitsventile
Demzufolge schaltet das Schaltventil
Für den Fall, dass die elektrische Spannungsversorgung ausfällt und somit die Haupt-Hydraulikdruckquelle
Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, ist das Abschaltventil
Solange die Temperatur des Hydraulikfluids oberhalb eines vorbestimmten Werts, vorzugsweise ≥ -40°C liegt, ist das Abschaltventil
Die Druckmittelquelle
Die
Demzufolge hat die Steuerungseinrichtung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung eine Hydraulikdruckquelle
Stromauf zu dem manuell betätigbaren Sperrventil
Der Steuerblock
Diese Vorsteuerleitung
Von der Vorsteuerleitung
Schließlich ist in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Abschaltventil
Die Funktionsweise der Steuerungseinrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben:
- Im Normalbetrieb stellt die
Hydraulikdruckquelle 10 ein Fluidvolumen inder Druckleitung 8 bereit, welches über das manuell betätigbare Sperrventil12 , sowie die beiden hintereinander geschalteten Sperrventile40 ,42 und über die Druckleitung2 an eine Seite des Schließmechanismus1 angelegt wird. Hierdurch wird der Schließmechanismus1 in seine Offenposition bewegt. Für den Fall, dass der elektrische Antrieb der Hydraulik-Druckquelle 10 ausfällt, steht eine nicht weiter dargestellte elektrische Not-Energiequelle beispielsweise in Form von Batterien zur Verfügung, welche die Funktion der Hydraulik-Druckquelle 10 zumindest temporär aufrecht erhält. Sollte auch diese Notstromquelle ausfallen, ist die Druckspeicher-Einheit 14 für die temporäre Aufrechterhaltung des Betriebsdrucks innerhalb der Druckleitung8 und der Druckleitung2 verantwortlich.
- In normal operation, the hydraulic pressure source
10 a fluid volume in the pressure line8th ready, which via the manuallyoperable check valve 12 , as well as the two blocking valves connected inseries 40 .42 and over thepressure line 2 to one side of the locking mechanism1 is created. This will be the closing mechanism1 moved to its open position. In the event that the electric drive of thehydraulic pressure source 10 fails, is an unrepresented electric emergency power source, for example in the form of batteries available, which is the function of thehydraulic pressure source 10 at least temporarily maintains. Should this emergency power source also fail, the pressure accumulator unit is14 for the temporary maintenance of the operating pressure within the pressure line8th and thepressure line 2 responsible.
In Überseinstimmung mit dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Sicherheitsventile innerhalb des Steuerblocks
Für den Fall, dass die Umgebungstemperatur der Steuerungseinrichtung einen Abschaltwert von vorzugsweise t ≤ -40°C erreicht, wird das Abschaltventil
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass parallel zu dem vorstehend genannten Schaltventil
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann parallel zum Schaltventil
Insofern übernimmt das weitere Schaltventil
Bezüglich der Kälteschutzmaßnahmen zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Steuerungseinrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird vorliegend auf die Beschreibung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß der
Die vorliegende Erfindung offenbart eine hydraulische und/oder pneumatische Steuerungseinrichtung des Schließmechanismus einer fossile Brennstoffe fördernden Armatur, deren hydraulische/pneumatische und/oder elektrische Komponenten zumindest anteilig in einer Thermobox eingehaust sind. Erfindungsgemäß sind die eingehausten Komponenten zumindest anteilig in einen als Wärmespeicher fungierenden und daher beheizten Öltank der Steuerungseinrichtung eingetaucht.The present invention discloses a hydraulic and / or pneumatic control device of the closing mechanism of a fossil fuel-conveying valve whose hydraulic / pneumatic and / or electrical components are housed at least partially in a thermobox. According to the invention, the housed-in components are at least partially immersed in an oil tank of the control device which acts as a heat store and therefore heats up.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WINTER, BRANDL - PARTNERSCHAFT MBB, PATENTANWA, DE Representative=s name: WINTER, BRANDL, FUERNISS, HUEBNER, ROESS, KAIS, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |