DE2655579A1 - COUPLING FOR SECTIONS OF SEA PIPELINES - Google Patents
COUPLING FOR SECTIONS OF SEA PIPELINESInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung für Leitungsabschnitte von Meeressteigleitungen, die beim Bohren in sowie der anschließenden Förderung aus großen Meerestiefen großen Leitungszug- sowie -biegebelastungen ausgesetzt sind. Insbesondere bezieht sie sich auf die Ausbildung einer solchen Kupplung im Hinblick auf die Optimisierung der Zug- und Biegebelastungsverteilung über die Kupplung, wenn sie in Verbindung mit einer in einzelne Abschnitte aufgeteilte Meeressteigleitung verwendet wird, die von einem schwimmenden Schiff zu einer Bohrung in sehr großen Meerestiefen führt.The invention relates to a coupling for line sections of sea risers, which are exposed to great tensile and bending loads when drilling in and during subsequent extraction from great depths of the sea. In particular, relates they focus on the formation of such a coupling with a view to optimizing the tensile and bending load distribution via the coupling when used in conjunction with a sea riser divided into individual sections, which leads from a floating ship to a drilling in very great depths of the sea.
Es werden bereits bei verschiedenen Bohr- und Produktionsverfahren Meeresstexglextiingen von schwimmenden Schiffen oder PlattformenIt is already used in various drilling and production processes Sea stretching from floating ships or platforms
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zu Unterwasserbohrköpfen geführt. Die Steigleitung weist eine Anzahl von Rohr- oder Leitungsabschnitten auf, die an Bord des Schiffes oder der Plattform zusammengefügt und mittels bekannter Einrichtungen vom Schiff nach unten zur Bohrung geführt werden. Mit der Einführung von ständig tiefer werdenden Bohr- und Produktionsvorhaben wuchsen auch die Zug- und Biegebelastungen, die die Steigleitung und ihre Abschnitte aufnehmen mußten. Es wurde gefunden, daß die bisher bekannten Kupplungen zur Verbindung der Leitungsabschnitte nicht mehr mit Sicherheit in der Lage sind, diesen sehr großen Belastungen Stand zu halten. Insbesondere neigen Kupplungen mit mehreren beweglichen Klinken an einem der mit einander zu verbindenden Teile und eine Umfangsnut am korrespondierenden Teil dazu, die der Kupplung unter diesen Zug- und Biegebelastungen mitgeteilten Spannungen in einem Zentralbereich der Kupplung, in dem die beweglichen Klinken sowie die Nut vorgesehen sind, zu konzentrieren.led to underwater drill heads. The riser has a number of pipe or pipe sections that are on board the Ship or the platform are assembled and guided by known devices from the ship down to the hole. With the introduction of ever deeper drilling and production projects, the tensile and bending loads also increased, which had to accommodate the riser and its sections. It has been found that the previously known couplings for the connection of the line sections are no longer able to withstand these very high loads with certainty. In particular clutches with several movable pawls on one of the parts to be connected and a circumferential groove on the corresponding one tend to be Part of this is the stresses communicated to the coupling under these tensile and bending loads in a central area the clutch, in which the movable pawls and the groove are provided, to concentrate.
Es wurde erkannt, daß eine verbesserte Kupplung für den besonderen Anwendungsfall des sehr tiefen Bohrens und Förderns in Verbindung mit einer aus aufeinanderfolgenden, miteinander verbundenen Abschnitten bestehenden, zu einem sehr tiefen Bohrkopf geführten Meeressteigleitung erforderlich ist.It was recognized that an improved clutch for the particular Application of very deep drilling and conveying in connection with one of consecutive, interconnected sections existing sea riser leading to a very deep drill head is required.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Kupplung für Abschnitte von Meeressteigleitungen zu schaffen, die den beim Bohren in und Fördern aus großen Meerestiefen an der SteigleitungThe object of the invention is therefore to provide a clutch for To create sections of sea risers, which when drilling into and conveying from great depths of the sea on the riser
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auftretenden Zug- und Biegebelastungen standhält und die die Neigung bisher bekannter Kupplungen zur Spannungskonzentration
vermeidet. Eine derartige Kupplung soll weiterhin eine praktisch gleichförmige Verteilung der Biegespannungen in den Kupplungsteilen
herbeiführen; die aufgrund der Biegebewegung der Steigleitung und der Zug- und Biegebelastungen den Kupplungsteilen
in solchen Situationen aufgeprägt werden.withstands tensile and bending loads that occur and which avoids the tendency of previously known couplings to stress concentration. Such a coupling should furthermore bring about a practically uniform distribution of the bending stresses in the coupling parts; the coupling parts due to the bending movement of the riser and the tensile and bending loads
imprinted in such situations.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß obere und untere Kupplungsteile die jeweils mit einem Leitungsabschnitt
mit je einer Innenwandung versehen sind, welche bezüglich einer Innenwandung des zugeordneten Leitungsabschnittes fluchten und
gegenüberliegende Flansche aufweisen, eine Einrichtung zum Zusammenschließen der Kupplungsteile mittels der Flansche, um
die Leitungsabschnitte während der Unterwasseroperationen und
der auftretenden Biegebewegung zusammenzuhalten und durch eine Einrichtung zur optimal gleichmäßigen Verteilung der infolge der
Biegebewegung und der Zug- und Biegebelastungen an den Kupplungsteilen auftretenden Biegespannungen mit einer effektiv kontinuierlich
bogenförmigen Oberfläche, die sich längs des ümfangs im wesentlichen um die gesamte äußere Oberfläche eines jeden
Kupplungsteiles von einem axialen äußeren Ende im Bereich des
zugeordneten Leitungsabschnittes zu einem gegenüberliegenden
äußeren Ende im Bereich der äußeren Seitenfläche des Flansches erstreckt.This object is achieved according to the invention in that upper and lower coupling parts are each provided with a line section with an inner wall each, which are aligned with an inner wall of the associated line section and have opposing flanges, a device for connecting the coupling parts together by means of the flanges
the sections of pipeline during underwater operations and
to hold the occurring bending movement together and by a device for optimally even distribution of the bending stresses occurring as a result of the bending movement and the tensile and bending loads on the coupling parts with an effectively continuously curved surface, which extends along the circumference essentially around the entire outer surface of each
Coupling part from an axial outer end in the area of the
associated line section to an opposite one
outer end extends in the region of the outer side surface of the flange.
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Erfindungsgemäß kann die bogenförmige Fläche des einen Kupplungsteils periodisch durch flache Ausnehmungen zur Aufnahme von Bolzenköpfen versehen sein, wodurch Bolzen der erwähnten Befestigungseinrichtung aufgenommen werden und weiterhin Einrichtungen zur Verhinderung des Verlierens von Bolzen aus ihrem Flansch, selbst wenn die Bolzen von diesem zugehörigen Flansch gelöst sind.According to the invention, the arcuate surface of one coupling part can periodically be replaced by flat recesses for receiving Bolt heads be provided, whereby bolts of the fastening device mentioned be included and continue to have facilities to prevent bolts from being lost from their Flange even if the bolts are loosened from this associated flange.
In weiterer Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung ist schließlich eine Orientierungseinrichtung vorgesehen, mit der zwei Kupplungsteile vor Betätigung der Befestigungseinrichtung zu deren Anordnung in einer vorbestimmten relativen Lage zueinander angeordnet werden können.Finally, in a further embodiment of the basic concept of the invention, an orientation device is provided with which two coupling parts prior to actuation of the fastening device for their arrangement in a predetermined relative position to one another can be arranged.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie der schematischen Zeichnung und den Unteransprüchen. Hierbei zeigen:Further details, features and advantages of the invention emerge from the following description and the schematic Drawing and the subclaims. Here show:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Unterwasserbohrkopfes eines an der Meeresoberfläche schwimmenden Schiffes sowie eines Stranges einer aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzten Meeressteigleitung, die sich zwischen dem Schiff und dem Bohrkopf erstreckt, wobei die Abschnitte mittels eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung aneinander gekoppelt sind)Fig. 1 is a side view of an underwater drill head of a ship floating on the surface of the sea as well as a strand of one composed of individual sections Marine riser extending between the ship and the drill head, the sections are coupled to one another by means of a preferred embodiment of the invention)
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Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Meeressteigleitung nach Fig. 1;Fig. 2 is a section along line II-II of the sea riser according to Fig. 1;
Fig. 3 einen Vertikalschnitt nach Linie III-III der Fig. 2 durch die Kupplung und die Abschnitte der Meeressteigleitung nach Fig. 1 und 2;FIG. 3 shows a vertical section along line III-III in FIG. 2 through the coupling and the sections of the sea riser of Figures 1 and 2;
Fig. 4 eine Detailansicht eines Teils der Kupplung nach Fig. 3 zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Verbindung der Kupplungsteile;FIG. 4 shows a detailed view of part of the coupling according to FIG. 3 to illustrate an exemplary embodiment of the connection the coupling parts;
Fig. 5 eine Detailansicht der Kupplung nach Fig. 3 zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zentrierbolzens zur Ausrichtung der Kupplungsteile in Vorbereitung ihrer Zusammenfügung undFIG. 5 shows a detailed view of the coupling according to FIG. 3 for illustration an embodiment of a centering bolt for aligning the coupling parts in preparation for their Merge and
Fig. 6 eine Detailansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Kupplung nach Fig. 4, wobei der Befestigungsbolzen noch nicht mit dem zweiten Kupplungsteil verbunden ist.FIG. 6 shows a detailed view of the preferred exemplary embodiment of the coupling according to FIG. 4, the fastening bolt is not yet connected to the second coupling part.
Gemäß Fig. 1 ist eine herkömmliche Einrichtung für Unterwasserölbohrungen zum Zwecke der Darstellung der Umgebung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, also einer Kupplung der Abschnitte einer Meeressteigleitung, gezeigt. Hierbei schwimmt ein herkömmliches Schiff 10 auf der Meeresoberfläche 11 über einem am Meeresboden 13 befindlichen Bohrkopf 12. Die MeeressteigleitungReferring to Fig. 1, there is a conventional subsea oil drilling device for the purpose of illustrating the surroundings of an exemplary embodiment of the invention, that is to say a coupling of the sections a sea riser, shown. Here, a conventional ship 10 floats on the sea surface 11 above one drill head 12 located on the sea floor 13. The sea riser
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oder Steigleitung 14 verläuft von dem schwimmenden Schiff nach unten zum Bohrkopf 12 der mit einer herkömmlichen Einrichtung zur Verhinderung des Ausblasens 15 sowie -.einem Steigleitungsverbinder 16 versehen ist.or riser 14 extends down from the floating vessel to the drill head 12 by conventional means to prevent blowing out 15 and a riser connector 16 is provided.
Nach Fig. 1 sind weiterhin zwei Führungsleinen 17 und 18 gezeigt, die von dem Schiff zum ünterwasserbohrfcopf verlaufen und die Abschnitte oder Rohrabschnitte der Steigleitung vom Bohrturm 19 des Schiffes über dessen herkömmlichen Schaft 20 bis zum Bohrkopf führen. Das Schiff weist über dem Schacht 20 einen Drehtisch 21 auf. Rohr- oder Gehäuseabschnitte 22 bis 26 der Meeressteigleitung sind jeweils durch eine erfindungsgemäße Kupplung miteinander verbunden. Diese weisen jeweils ein oberes Verbindungsteil 27 am unteren Ende eines Rohrabschnittes und ein unteres Verbindungsteil 28 am oberen Ende des vorangegangenen Rohrleitungsabschnittes auf, wie dies in der Fig. 1 in Verbindung mit den Rohrabschnitten 22 und 23 gezeigt ist. An den Verbindungsteilen sind Führungsmuffen 29 vorgesehen, um letztere und die zugeordneten Rohrabschnitte der Steigleitung vom Schiff zum Meeresboden in im wesentlichen bekannter Weise zu führen.According to Fig. 1, two guide lines 17 and 18 are also shown, which run from the ship to the underwater drilling head and the sections or pipe sections of the riser from the ship's derrick 19 via its conventional shaft 20 to the drill head to lead. The ship has a turntable 21 above the shaft 20. Pipe or housing sections 22 to 26 of the sea riser are each connected to one another by a coupling according to the invention. These each have an upper connecting part 27 at the lower end of a pipe section and a lower connecting part 28 at the upper end of the previous pipe section, as shown in FIG. 1 in connection with the Pipe sections 22 and 23 is shown. On the connecting parts guide sleeves 29 are provided to the latter and the associated Sections of the riser pipe from the ship to the seabed to lead in an essentially known manner.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplung von Abschnitten einer Meeressteigleitung ist in den Fig. 2 bis 6 genauer gezeigt. Nach Fig. 2 und 3 weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel - wie erwähnt - das obere Verbindungsteil 27 sowie das untere Verbindungsteil 28 auf, die jeweils an den ihnenThe preferred embodiment of the coupling of sections of a sea riser according to the invention is shown in more detail in FIGS. According to Fig. 2 and 3, the preferred embodiment - as mentioned - the upper connecting part 27 and the lower connecting part 28 , each of which on them
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zugeordneten Rohrabschnitten 22 und 23 beispielsweise angeschweißt sind, vgl. die Schweißnähte 30 und 33. Eine Innenwandung 32 des oberen Verbindungsteiles 27 fluchtet und ist verbunden mit der zugeordneten Innenwandung 31 des Rohr- oder Gehäuseabschnittes 22. Die Verbindung erfolgt, wie erwähnt, über die Schweißnaht 30. In der gleichen Weise ist eine Innenwandung 34 des unteren Verbindungsteils 28 fluchtend mit der zugeordneten Innenwandung 35 des Rohrabschnittes 23 über die Schweißnaht 33 verbunden. Im zusammengebauten Zustand, vgl. Fig. 3, sind die durch die Innenwandungen begrenzten Ausnehmungen der Verbindungsteile gegenüber der Umgebung durch Ringdichtungen 36 abgedichtet, die zwischen Flanschen 37 und 38 der jeweiligen Kupplungsteile 27 und 28 vergesehen sind.associated pipe sections 22 and 23, for example, welded see the weld seams 30 and 33. An inner wall 32 of the upper connecting part 27 is aligned and connected with the associated inner wall 31 of the pipe or housing section 22. The connection is made, as mentioned, via the Weld seam 30. In the same way, an inner wall 34 of the lower connecting part 28 is aligned with the associated one Inner wall 35 of pipe section 23 is connected via weld 33. In the assembled state, see. Fig. 3, the through the inner walls limited recesses of the connecting parts sealed against the environment by ring seals 36, which are provided between flanges 37 and 38 of the respective coupling parts 27 and 28.
Wie insbesondere gemäß der Erfindung vorgesehen ist, weist jeder Abschnitt der Steigleitung eine Ausbildung der äußeren Oberfläche derart auf f daß die Kupplung den großen Zug- und Biegebelastungen standhalten kann, die in der Regel beim Bohren und während der Produktion in großen Meerestiefen auf die Steigleitung einwirken. Gemäß der Erfindung ist deshalb die Ausbildung der äußeren Oberfläche eines jeden Kupplungsteils in Form einer effektiv kontinuierlichen, bogenförmigen Oberfläche getroffen, die sich im wesentüber As the invention is particularly provided in accordance with, each section of the riser pipe a formation of the outer surface in such a to f that the coupling can withstand the large tensile and bending loads applied in connection with a drilling or during production at great ocean depths to the riser . According to the invention, therefore, the formation of the outer surface of each coupling part is made in the form of an effectively continuous, arcuate surface which is essentially over
lichenj die gesamte äußere Oberfläche eines jeden Kupplungsteils von dessen einem äußeren Ende im Bereich des zugeordneten Rohrabschnittes zu dessen anderem äußeren Ende im Bereich der äußerenlichenj the entire outer surface of each coupling part one outer end of which in the area of the associated pipe section to its other outer end in the area of the outer
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Seitenfläche der Flansche 37 und 38 der Kupplungsteile erstreckt/ wie dies im folgenden genauer beschrieben werden wird.Side surface of the flanges 37 and 38 of the coupling parts extends / as will be described in more detail below.
Gemäß Fig. 3 weist jedes Kupplungsteil 27 und 28 eine Basis auf, die von den jeweiligen Flanschen 27 und 38 gebildet werden. Das gegenüberliegende äußere Ende eines jeden Kupplungsteils weist jeweils einen Rohransatz 39, 40 auf. Die effektiv kontinuierlichen, bogenförmigen Flächen 41 und 42 erstrecken sich von den äußeren Enden der Rohransätze 39, 40 eines jeden Kupplungsteils zu den äußeren Seitenbereichen eines jeden Flansches 37 und 38. Die Oberflächen 41 und 42 sind bogenförmig, verlaufen also in Form einer Kurve oder nichtlinear, vgl. den Querschnitt nach Fig. 3, und sie erstrecken sich umfänglich um das Süßere eines jeden Kupplungsteils herum. Durch eine derartige Ausbildung der Außenfläche eines Kupplungsteils wird dessen Widerstand gegen Bruch bei hohen Zug- und Biegebelastungen, die normalerweise bei einer Kupplung für Unterwassersteigleitungen auftreten, wirksam über die gesamte Kupplung verteilt, ohne daß eine Spannungskonzentration an besonderen Stellen auftritt, wie dies bei herkömmlichen Kupplungen für derartige Steigleitungen der Fall ist.According to FIG. 3, each coupling part 27 and 28 has a base which is formed by the respective flanges 27 and 38. The opposite outer end of each coupling part has a respective tube attachment 39, 40. The effectively continuous, arcuate surfaces 41 and 42 extend from the outer ends of the pipe sockets 39, 40 of each coupling part to the outer side regions of each flange 37 and 38. The surfaces 41 and 42 are arcuate, that is, they run in the form of a curve or non-linearly, see the cross-section according to FIG Fig. 3, and they extend circumferentially around the sweeter of each coupling part. Such a training of the The outer surface of a coupling part is its resistance to breakage under high tensile and bending loads that normally occur at a coupling for underwater risers, effectively distributed over the entire coupling without causing a stress concentration occurs in special places, as is the case with conventional couplings for such risers.
Zum Verbinden der Kupplungsteile im Bereich ihrer Flansche während der Unterwasserbohrungen sind Befestigungseinrichtungen vorgesehen. Wie aus den Fig. 4 und 6 hervorgeht, weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Befestigungseinrichtungen die Anordnung von Bolzen an einem der Kupplungsteile auf, die so aus-For connecting the coupling parts in the area of their flanges during Fastening devices are provided for the underwater boreholes. As can be seen from FIGS. 4 and 6, the preferred embodiment with regard to the fastening devices, the arrangement of bolts on one of the coupling parts, which
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gebildet sind, daß sie in fluchtende Ausnehmungen des Flansches des anderen Kupplungsteiles eingeschraubt werden können. Hierzu ist die effektiv kontinuierliche Oberfläche 41 des Kupplungsteiles 27 minimal durch Ausnehmungen 43 unterbrochen, in die die insgesamt mit 50 bezeichneten Befestigungseinrichtungen eingeführt werden. In jeder Ausnehmung 43 ist eine Bohrung 44 lediglich in einem oberen Bereich mit einem Gewinde 45 versehen, um den Verlust eines herausgezogenen Bolzens zu vermelden; vgl. Fig. 6. Der dazugehörige Flansch des anderen Kupplungsteils 28 weist eine wiederum mit einem Gewinde versehene Bohrung 46 auf. Diese nimmt eine mit einem Gewinde versehene Muffe 47 auf. Somit kann die Befestigungseinrichtung 50 mit dem Bolzen 51 und seinem Schaft 52, seinem Sechskantkopf 53 sowie seinem Gewindeteil 54 relativ zum Kupplungsteil 27 nach unten in die mit dem Gewinde versehene Muffe 46 gedreht werden, um so die Kupplungsteile zusammenzufügen. Der Sechskantkopf 53 weist einen periphären Flansch auf, der, wie gezeigt, in der Ausnehmung 43 aufsitzen kann.are formed that they can be screwed into aligned recesses in the flange of the other coupling part. For this the effectively continuous surface 41 of the coupling part 27 is minimally interrupted by recesses 43 into which the a total of 50 designated fasteners are introduced. In each recess 43 there is only one bore 44 provided with a thread 45 in an upper region in order to report the loss of a withdrawn bolt; see. FIG. 6. The associated flange of the other coupling part 28 has a bore 46 again provided with a thread. This receives a sleeve 47 provided with a thread. Thus, the fastening device 50 with the bolt 51 and his Shank 52, its hexagonal head 53 and its threaded part 54 relative to the coupling part 27 downwards into the one with the thread provided sleeve 46 are rotated so as to assemble the coupling parts. The hexagonal head 53 has a peripheral one Flange which, as shown, can sit in recess 43.
Um die Kupplungsteile 27 und 28 vor ihrem Zusammenfügen mit der Befestigungseinrichtung in einer vorbestimmten Richtung auszurichten, sind sie mit einer Einrichtung zur gegenseitigen Orientierung vor Betätigung der Befestigungseinrichtung versehen. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel weist die derartige Einrichtung Stellbolzen, wie den Bolzen 55 in Fig. 5, auf. Diese Bolzen haben einen mit einem Gewinde versehenen Körper 56, derIn order to align the coupling parts 27 and 28 in a predetermined direction before they are joined to the fastening device, they are provided with a device for mutual orientation prior to actuation of the fastening device. In the illustrated embodiment, such a device has adjusting bolts, such as the bolt 55 in FIG. These Bolts have a threaded body 56 which
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in den Flansch des Kupplungsteiles 28 eingeschraubt ist, sowie einen Kopf 57, der in axialer Richtung über das Kupplungsteil hinaussteht. Im Flansch des weiteren Kupplungsteils 27 sind an drei voneinander getrennten Stellen entsprechende Sackbohrungen 58 vorgesehen, vgl. Fig. 2, um die jeweiligen Bolzen 55 aufzunehmen .is screwed into the flange of the coupling part 28, as well as a head 57, which in the axial direction over the coupling part stands out. In the flange of the further coupling part 27 there are corresponding blind bores at three separate points 58, see FIG. 2, in order to receive the respective bolts 55.
Bei der erfindungsgemäßen Kupplung können auch Einrichtungen zur Verbindung und Orientierung verschiedener weiterer zwischen dem Schiff und der Bohrung verlaufender Leitungen oder Leinen vorgesehen sein. Wie aus der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist eine Fließleitungskupplung in Form der Leitungskupplungen 60 und 61 in den Kupplungsteilen 27 bzw. 28 angeordnet. Zugeordnete Fließleitungen 62 und 65 sind mit entsprechenden Versehraubungen 63 und 64 versehen, über sie erfolgt die Verbindung mit den zugehörigen Leitungskupplungen in ansonsten herkömmlicher Weise.In the coupling according to the invention, devices for connecting and orienting various other between the Ship and the bore running lines or lines may be provided. As can be seen from FIG. 3, there is a flow line coupling arranged in the form of the line couplings 60 and 61 in the coupling parts 27 and 28, respectively. Associated flow lines 62 and 65 are with corresponding screwing 63 and 64, they are used to connect to the associated Line couplings in an otherwise conventional manner.
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Legal Events
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