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Diese Erfindung bezieht sich auf
Dichtungen bzw. Verbindungen, welche Abdichtungen aufweisen, und
auf ein System zum Testen der Einheit bzw. Integrität der Abdichtung
von einer Verbindung. Die Erfindung ist besonders beispielsweise
auf Verbindungen bzw. Dichtungen einer Rohrleitung mit einem Flansch
anwendbar, und stellt ein System zum Testen der Integrität bzw. Unversehrtheit
einer Flanschverbindung ohne ein Einführen von Druck in die Verrohrung
selbst der Pipeline bzw. der Rohrleitung zur Verfügung.
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Während
der Errichtung oder Installation von einer neuen Verrohrung, oder
nach einer Modifikation oder Wartung von vorher zusammengebauten Flanschverbindungen,
werden die Verbindungen bzw. Dichtungen normalerweise ein Testen
von Lecks benötigen.
Die vorliegende Verbindung ist auf ein System gerichtet, welches
erlaubt, daß ein
solches Testen in einem sichereren, schnelleren und effizienteren
Weg ausgeführt
wird. Das System wird die Einheit bzw. Unversehrtheit einer Verbindung
bzw. Dichtung bei einem Test beweisen, ohne daß ein Gas oder eine Flüssigkeit
in die Hauptverrohrung der Pipeline eingeführt werden muß.
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Zusätzlich erlauben bestimmte Dichtungskonfigurationen
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Hochdruck-Abdichtung zu den Flanschverbindungen herzustellen,
wobei Flanschbolzen nur einem geringen Drehmomentwert unterliegen.
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Wenn eine Pipeline zusammengestellt
bzw. -gebaut wird, werden derzeit die individuellen Längen des
Rohrs mit Endflanschen versehen, welche zu angrenzenden bzw. benachbarten
Flanschen von anliegenden Rohren verschraubt werden. Eine ringförmige Ringverbindungsdichtung
ist zwischen den Flanschen vorgesehen, um ein Material abzuhalten,
egal ob es in fester, flüssiger
oder gasförmiger
Form ist, welches sich entlang der Pipeline bewegt, zwischen den
Flanschen zu entweichen bzw. auszutreten. Oft werden solche Ringabdichtungen
innerhalb entgegengesetzter Vertiefungen positioniert, welche in
den Flanschen ausgebildet sind. Die Flansche werden zusammengeschraubt,
wodurch ein Druck auf die Ringabdichtung angelegt wird, um eine
zuverlässige Abdichtung
für die
Flanschverbindung zu produzieren.
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WO-A-92/14058 offenbart eine Verbindung, welche
eine Hauptabdichtung und eine zweite bzw. sekundäre Dichtung umfaßt, worin
ein Hohlraum zwischen den Dichtungen ausgebildet ist. In der beschriebenen
Anordnung ist die primäre
Dichtung die innere Abdichtung und Leckdetektionsmittel sind außerhalb
davon zur Verfügung
gestellt.
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In den meisten Umgebungen ist es
notwendig, die Einheit bzw. Integrität einer Flanschverbindungsabdichtung
zu testen. In der petrochemischen Offshore- bzw. Bohrumgebung ist
es zwingend, daß Flanschverbindungen
komplett sicher sind, und daß Kohlenwasserstoffe
(z. B. in der Form von Gas oder Erdöl), welche entlang einer Pipeline
durchtreten, nicht von der Pipeline bzw. Leitung lecken bzw. entweichen.
Wenn ein noch so kleines Leck existiert, können klar ersichtlich katastrophale
Konsequenzen resultieren. Daher ist es eine Anforderung, daß alle Flanschverbindungsabdichtungen
vor einer Verwendung getestet werden. Gegenwärtig ist ein solches Testen
extrem zeitaufwendig und kostenintensiv zu unternehmen.
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In Anbetracht des Vorhergehenden
zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, daß ein neuartiges und erfinderisches
Verbindungsintegritäts-System bereitzustellen,
welches sicher ist, einfach zu bedienen und praktisch kinderleicht
ist, ohne das Erfordernis ein Testmaterial in die Hauptpipeline
bzw. Hauptleitung einzuführen,
welches gefährlich
sein kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Verbindung zur Verfügung
gestellt, umfassend eine Hauptabdichtung, die eine Betriebs- bzw.
Einsatzrichtung aufweist, eine zweite bzw. sekundäre Abdichtung
und eine externe Drucktestöffnung,
welche einen Zugang zu einem Hohlraum zwischen der Hauptabdichtung
und der sekundären
Abdichtung bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Abdichtung,
welche bei Verwendung gegen eine Supportplatte abstützt bzw.
anliegt, an der Einsatzseite der Hauptabdichtung positioniert ist
und die Einheit bzw. Integrität
der Hauptabdichtung in ihrer Einsatzrichtung durch Anlegen eines
Drucks zu dem Hohlraum über
die Drucktestöffnung
getestet werden kann, so daß der
Hohlraum unter Druck gesetzt ist und die Hauptabdichtung getestet
ist.
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Wie dies Fachleute schätzen bzw.
erkennen werden, fordert die Erfindung die Bereitstellung eines Hohlraumes,
welcher Idealerweise von der Hauptpipeline getrennt ist, welches
die Hauptabdichtung derart involviert, daß ein Druck in dem Hohlraum
an die Hauptabdichtung angelegt wird. Wenn die sekundäre (oder
temporäre)
Abdichtung zwischen der Hauptabdichtung und der Bohrung der Rohrleitung liegt,
wird ein Druck an die sekundäre
Abdichtung in einer Richtung angelegt, welche entgegengesetzt ist zu
derjenigen, welche an die Hauptabdichtung während einer normalen Verwendung
der Hauptabdichtung angelegt ist. Dies ist etwas, soweit wie der
vorliegende Erfinder betroffen ist, welches nie in diesem speziellen
Feld ins Auge gefaßt
wurde bzw. vorgestellt wurde. Alternativ kann natürlich in
bestimmten Flansch/Verbindungskonfigurationen die sekundäre Abdichtung
außerhalb
der Hauptabdichtung sein bzw. liegen.
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Wie es anerkannt bzw. geschätzt wird,
erlaubt eine Verbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung nach Vervollständigung
einem Bediener, welcher eine Ausrüstung verwendet, welche mit
der Hand getragen werden kann, die Einheit bzw. Unversehrtheit der
Verbindung zu testen, ohne einen gefährlichen Druck zu der Bohrung
der Pipeline einzuführen.
Weiters reichen die Druckbereiche bzw. -bewertungen, welche getestet
werden können,
von einem niedrigen Druck zu dem Maximumdruck, für welchen die Flanschverbindung
entworfen ist. Obwohl die vorliegende Erfindung besonders an Flanschverbindungen
anwendbar ist, könnte
sie überdies
in der Theorie in jeder Umgebung verwendet werden, wo eine Dichtung
zwischen zwei anliegenden Oberflächen
bereitgestellt ist.
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Nachfolgend auf ein Testen kann während einer
normalen Verwendung der Verbindung die sekundäre Abdichtung überflüssig bzw.
redundant sein. Tatsächlich
kann die sekundäre
Dichtung, nach einem Testen der Hauptabdichtung, während einer normalen
Verwendung der Hauptabdichtung zerstört werden. Solch eine sekundäre (oder
temporäre)
Abdichtung ist bekannt als eine geopferte bzw. Opferdichtung.
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Vorzugsweise ist die Drucktestöffnung geschraubt,
welche von der Außenseite
der Verbindung zugänglich
ist, um einen Hochdruckverbinder unterzubringen. Überdies
kann nach einem Testen der Hauptabdichtung ein Blindstopfen in die
mit einem Gewinde versehene Drucktestöffnung geschraubt werden, um
die Öffnung
abzuschließen.
Alternativ könnte
beispielsweise eine Drucklehre bzw. Druckmeßgerät verwendet werden, um zu ermöglichen, den
Druck in der Pipeline zu überwachen.
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Um die Einheit der Hauptabdichtung
zu überprüfen, kann
eine Leckdetektionsöffnung
inkludiert sein. Die Leckdetektionsöffnung kann mit der Kammer
hinter der Hauptabdichtung kommunizieren bzw. in Verbindung stehen.
Alternativ kann die Leckdetektionsöffnung mit einer Kammer kommunizieren,
welche durch die Hauptabdichtung definiert ist.
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Die Hauptabdichtung kann zwei Kammern
in der Verbindung definieren, wobei die zwei Kammern über eine
Leitung durch die Hauptabdichtung verbunden sind. Als ein Ergebnis
wird nur eine Leckdetektionsöffnung
benachbart zu der Hauptabdichtung benötigt.
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Vorzugsweise ist die Leckdetektionsöffnung geschraubt
bzw. mit einem Gewinde versehen, um einen Sensor unterzubringen.
Nachfolgend auf ein ursprüngliches
bzw. Anfangstesten der Hauptabdichtung kann eine Drucklehre bzw.
Druckmeßgerät oder ein
anderer Sensor an der mit einem Gewinde versehenen Leckdetektionsöffnung angewandt
werden, um zu ermöglichen,
einen Defekt bzw. ein Versagen der Hauptabdichtung zu bemerken bzw.
festzustellen, möglicherweise
bevor die Hauptabdichtung komplett defekt ist.
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Wenn notwendig, kann eine Austrags-
bzw. Entnahmeöffnung
zur Verfügung
gestellt werden, welche mit dem Hohlraum zwischen der Hauptabdichtung
und der sekundären
Abdichtung kommuniziert. Wenn eine solche Öffnung zur Verfügung ge stellt
wird, kann der Hohlraum über
die Entnahmeöffnung
entlüftet
werden, wenn ein unter Druck stehendes Medium, wie beispielsweise
ein Gas, an den Hohlraum über
die Drucktestöffnung
angelegt wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung ist
die Hauptabdichtung eine ringförmige
Abdichtung. Es ist auch bevorzugt, daß die temporäre Abdichtung eine "O"-Ring-Dichtung ist. Jedoch können, wie
oben erwähnt
wurde, anders geformte Dichtungen und allgemeine Anordnungen ins
Auge gefaßt
werden, welche nicht von dem Rahmen der gegenwärtigen Erfindung abweichen.
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Die vorliegende Erfindung ist besonders
auf eine Flanschverbindung anwendbar, welche zwei Flansche umfaßt, wobei
die Hauptabdichtung zwischen den Flanschen gehalten ist. Die Flansche
sind ebenso vorzugsweise mittels Bolzen zusammen gesichert, welche
verwendet werden können,
um die Hauptabdichtung zwischen den Flanschen zusammenzudrücken.
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Die sekundäre (oder temporäre) Dichtung kann
innerhalb einer Vertiefung bzw. Ausnehmung positioniert sein, welche
zwischen den zwei Flanschen definiert ist.
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Mindestens einer der Flansche ist
vorzugsweise geformt bzw. ausgebildet, um die sekundäre Dichtung
aufzunehmen. Wenn eine Vertiefung in einem der Flansche geformt
ist, kann der zweite Flansch ein Standardflansch sein, welcher in
keiner Weise modifiziert wurde, um für eine Verbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung irgend etwas beizutragen. Alternativ kann der zweite Flansch
eine ringförmige
Wand inkludieren bzw. beinhalten, um an der sekundären Dichtung
anzuliegen bzw. anzuschlagen.
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In einer anderen Ausführung können beide Flansche
Vertiefungen zum Unterbringen einer jeweiligen sekundären Dichtung
mit einer ringförmigen Support-
bzw. Stützwand
aufnehmen, welche zwischen den zwei Dichtungen positioniert ist.
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Wie oben erwähnt wurde, liegt die sekundäre Dichtung
in der Verwendung gegen eine Supportplatte an. Die Supportplatte
kann eine ringförmige
Scheibe sein, welche Schultern für
zwei sekundäre
Dichtungen definiert. Alternativ kann die ringförmige Scheibe eine gegabelte
Kante inkludieren, gegen welche die sekundäre Dichtung sich während eines Testens
der Hauptabdichtung abstützt.
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Wenn notwendig, kann ein starrer
kreisförmiger
Ring außerhalb
der sekundären
Dichtung bereitgestellt werden, um die sekundäre Dichtung während einer
normalen Nutzung der Verbindung zu unterstützen.
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Die Supportplatte kann eine Vertiefung
für die
oder jede sekundäre
Dichtung definieren.
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In einer anderen Ausführung kann
die oder jede sekundäre
Dichtung zu der Supportplatte gebunden werden.
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Der Innendurchmesser der Supportplatte
ist vorzugsweise gleich oder größer als
die Bohrung von jedem Flansch. Als ein Ergebnis wird die Supportplatte
das Fließen
eines Fluids durch die Pipeline selber nicht behindern.
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Die Supportplatte kann Oberflächenrippen inkludieren,
welche die Flansche während
einer Verwendung kontaktieren, um die Supportplatte an einer Bewegung
relativ zu den Flan schen nach einer Montage bzw. einem Zusammenbau
zu behindern. Allerdings können,
wenn notwendig, die Rippen während eines
Zusammenbaus zerstörbar
sein, um einen ausreichenden Druck zu ermöglichen, der durch die Flansche
an der Hauptabdichtung angelegt wird. Als ein Ergebnis wird die
Supportplatte wahrscheinlich sehr fest zwischen den Flanschen gehalten,
aber wird ein Fluid innerhalb der Pipeline nicht abhalten bzw. behindern,
die Supportplatte zu passieren und die Hauptabdichtung der Flanschverbindung
zu kontaktieren. Unter Berücksichtigung
desselben kann es in manchen Ausführungen für die Hauptabdichtung bevorzugt
sein, fortgesetzt bzw. unaufhörlich
in Kontakt mit dem Fluid oder einem anderen Material zu sein, welche
entlang der Pipeline durchtreten.
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Während
einer normalen Verwendung der Verbindung stützt sich die sekundäre Abdichtung
gegen eine Abstützung.
Als ein Ergebnis kann die sekundäre
Abdichtung wiederverwendbar sein, wodurch erlaubt ist, daß die Einheit
der Hauptabdichtung, zu einem späteren
Zeitpunkt wieder getestet wird. Tatsächlich können reguläre Inspektionen und Tests der
Hauptabdichtungen in einer Pipeline unternommen werden, ohne die
Hauptbohrung der Pipeline möglicherweise
zu entleeren.
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Die Abstützung für die sekundäre Abdichtung
kann eine intermittierende bzw. unterbrochene oder durchbrochene
Schulter sein, um dem Fluid zu erlauben, die sekundäre Dichtung
zu passieren und die Hauptabdichtung zu kontaktieren. Alternativ
oder zusätzlich
kann die Abstützung
Löcher
oder Öffnungen
inkludieren, durch welche das Fluid zu der Hauptabdichtung durchtreten
kann.
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Wie das aus der vorhergehenden und
folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung anerkannt wird,
kann die sekundäre
Abdichtung im wesentlichen ein Rückschlagventil
sein, welches dem Fluid erlaubt, während einer normalen Nutzung
einer Pipeline zu fließen
bzw. zu strömen,
aber welches als ein Stopventil wirkt, wenn die Einheit bzw. Integrität seiner
zugehörigen
Hauptabdichtung zu testen ist.
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Obwohl die Hauptabdichtung eine ringförmige Ringverbindungsabdichtung
sein kann, wie oben erwähnt
wurde, können
andere Formen von Dichtungen, wie beispielsweise eine planare Dichtung
oder Dichtungsmaterial oder sogar ein Paar von vertieften O-Ringen,
welche durch eine ringförmige
Abstützung in
Position gehalten werden, auch geeignet sein.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Testen einer Flanschverbindung
zur Verfügung
gestellt, welche durch zwei Flansche und eine Hauptabdichtung dazwischen
definiert ist, wobei das Verfahren ein Bereitstellen einer sekundären bzw.
zweiten Abdichtung, welche von der Hauptabdichtung beabstandet ist,
ein Aufbringen bzw. Anwenden eines Drucks auf einen Hohlraum, welcher
durch die Hauptabdichtung, die sekundäre Dichtung und die Flansche
ausgebildet wird, und ein Evaluieren bzw. Auswerten der Dichtung
umfaßt,
welche zwischen der Hauptabdichtung und den Flanschen ausgebildet
wird.
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Die sekundäre Dichtung kann während einer normalen
Verwendung der Hauptabdichtung überflüssig bzw.
redundant sein. Dementsprechend kann die sekundäre Dichtung ein Rückschlagventil
sein.
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Die Evaluierung der Hauptabdichtung
kann durch Verwendung eines Druckmeßgerätes bzw. einer Drucklehre erreicht
werden. Jeder andere geeignete Sensor kann natürlich alternativ verwendet
werden.
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Vorzugsweise stellt eine mit einem
Gewinde versehene Drucktestöffnung
eine Kommunikation bzw. Verbindung zwischen dem Hohlraum und der Drucklehre
oder einem anderen Sensor zur Verfügung. Nachfolgend auf ein Testen
der Hauptabdichtung kann die Drucktestöffnung mittels eines Blindstopfens
geschlossen werden. Wenn der Blindstopfen teilweise gebohrt ist,
kann eine langsame Freigabe eines Druckes innerhalb des Hohlraumes
erreicht werden, indem in den Blindstopfen gebohrt wird, um ein
komplettes Bohrloch von der Drucktestöffnung zur Atmosphäre außerhalb
des Blindstopfens bereitzustellen.
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Jetzt werden spezifische Ausführungen
der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Schnittseitenansicht einer Standard-Pipelineflanschverbindung gemäß dem Stand der
Technik ist;
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2 ein
Schulterprofil einer Flanschverbindung ist, welche nicht innerhalb
des Rahmens der vorliegenden Erfindung fällt, die hierin beansprucht ist;
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3 eine
Seitenansicht von einem Blindstopfen zur Verwendung mit einer Flanschverbindung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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4 eine
Schnittseitenansicht einer alternativen Flanschverbindungsanordnung
ist, welche ähnlich
der Ausführung
von 2 nicht innerhalb
des Rahmens der vorliegenden Erfindung fällt, die hierin beansprucht
ist;
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5 eine
Schnittseitenansicht einer weiteren Flanschverbindungsanordnung
ist, welche außerhalb
des Rahmens der hierin genannten Ansprüche fällt;
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6A eine
Schnittseitenansicht einer Flanschverbindungsanordnung ist, welche
außerhalb des
Rahmens der hierin genannten Ansprüche fällt;
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6B alternative
Formen einer Abdichtung ähnlich
zu jenen zeigt, welche in 6A gezeigt
sind;
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7 eine
schematische Schnittseitenansicht einer Ausführung einer Flanschverbindung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, welche eine Abstütz-
bzw. Supportplatte für
die sekundäre(n)
Abdichtung(en) beinhaltet;
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8 drei
verschiedene Anordnungen von Supportplatten der Art zeigt, wie sie
in 7 gezeigt ist;
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9 eine
Seitenansicht und eine Draufsicht einer Supportplatte zeigt, welche
Rippen aufnimmt;
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10 ein
schematische Schnittseitenansicht und Draufsicht eines Teils einer
wiederverwendbaren temporären
Abdichtung ist, welche in einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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11 eine
Schnittseitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Supportplatte
in einer Flanschverbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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12 eine
schematische Teildraufsicht und ein Schnitt an der Linie A-A eines
alternativen Flansches für
eine Flanschverbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Mit Bezug zu 1 der beigefügten Zeichnungen umfaßt eine
Flanschverbindung 1 eine Rohrleitung bzw. Pipeline 3 eine
erste Länge
eines Rohrs 3a, welches einen Endflansch 5a trägt, und
eine zweite Länge
eines Rohrs 3b, welches einen Endflansch 5b trägt, wobei
beide mittels Schrauben bzw. Bolzen 7 rund um die Pipeline 3 zusammengehalten werden.
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Zwischen den Flanschen 5a, 5b ist
eine ringförmige
Hauptabdichtung 9, wie beispielsweise eine konventionelle,
weiche Eisendichtung, komprimiert bzw. zusammengedrückt, um
den Austritt bzw. das Auslaufen eines Fluids aus der Pipeline während einer
Verwendung zu verhindern. Die Ausführungen einer Verbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche hierin später
definiert sind, basieren auf dieser Standardart einer Flanschverbindung.
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Mit bezug zu 2 umfaßt die Verbindung einen ersten
Flansch 5a und einen zweiten Flansch 5b, welche
an Enden von Rohrlängen 3a, 3b ausgebildet
sind, welche ein Teil einer kompletten Pipeline (nicht gezeigt)
bilden. Eine ringförmige
Hauptabdichtung 9 ist in Vertiefungen bzw. Ausnehmungen 11a, 11b untergebracht
bzw. aufgenommen, welche in entgegengesetzten Seiten bzw. Flächen der
Flansche 5a, 5b ausgeformt sind. In der gezeigten
Ausführung
weist die Hauptabdichtung 9 einen im wesentlichen hexagonalen
Querschnitt auf und ist zwischen den Flanschen 5a, 5b mittels
einer Mehrzahl von Bolzen 7, wobei einer von diesen gezeigt
ist, rund um den Umfang der Flansche 5a, 5b zusammengedrückt bzw.
komprimiert. In anderen Ausführungen
(nicht gezeigt) kann die Hauptabdichtung einen ovalen, kreisförmigen oder
sogar quadratischen Querschnitt aufweisen, wenn es geeignet bzw.
passend ist.
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Obwohl einer der Flansche 5a eine
Standardform aufweist, ist der zweite Flansch 5b mit einer angehobenen
bzw. erhöhten
Schulter 13 zur Unterstützung
einer geopferten bzw. opfernden "O"-Ring-Dichtung 15 versehen.
Die Größe der Schulter 13,
sowohl in Breite als auch Tiefe, hängt von dem Flanschdruckbereich,
Shore-Härte
und Materialart, aus welcher der "O"-Ring
hergestellt ist, dem Flanschdurchmesser, der Materialart, aus welcher
der Flansch hergestellt ist, etc. ab. Ein Hohlraum 17 ist
zwischen der geopferten Dichtung 15 und der Hauptabdichtung 9 ausgebildet,
wobei der Hohlraum 17 von der Hauptbohrung der Pipeline 3 mittels
der Opferdichtung 15 getrennt ist.
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Eine externe, mit einem Gewinde versehene Drucktestöffnung 19 kommuniziert
mit dem Hohlraum 17 mittels einer Leitung 21,
welche ungefähr
2 mm im Durchmesser betragen kann. Die mit einem Gewinde versehene
Drucktestöffnung 19 ist
angepaßt,
um eine Hochdruckverbindung zu erhalten, auf welcher eine hydraulische
oder Gaspumpe (oder möglicherweise
ein Akkumulator) verbunden werden kann. In dem Fall, daß der Hohlraum 17 ein
Ablassen oder Entlüften
vor einem Drucktest benötigt,
kann eine zweite Leitung (nicht gezeigt) zwischen dem Hohlraum 17 und
einer Auslaßöffnung (nicht
gezeigt) vorgesehen werden.
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Eine mit einem Gewinde versehene
Leckdetektionsöffnung 23 kommuniziert
bzw. steht in Verbindung mit einer Kammer 25, welche zwischen
der Hauptdichtung 9 und der Vertiefung 11b des
Flansches 5b ausgebildet ist. Wenn eine zweite Kammer 25a zwischen
der Hauptdichtung 9 und der Vertiefung 11a in
dem anderen Flansch 5a geformt bzw. ausgebildet ist, kann
eine Verbindungs- bzw. Kommunikationsleitung (nicht gezeigt) durch
die Hauptabdichtung 9 ausgebildet werden, um die zwei Kammern 25, 25a zu
verbinden. Wenn die Hauptabdichtung 9 versagt, wird Fluid
die Kammern 25, 25a erreichen und kann über die
Leckdetektionsöffnung 23 detektiert
bzw. festgelegt werden. Wenn notwendig, können einige Formen von Sensoren
(nicht gezeigt), wie z. B. ein Druckmeßgerät, an der Leckdetektionsöffnung 23 festgelegt
bzw. angeschlossen werden.
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Obwohl die Pipeline 3 und
Flansche 5 aus jedem geeigneten Material hergestellt werden
können, sind
typische Materialien: rostfreier Stahl, Edelstahl (mit 6% Molybdän) duplex,
Superduplex, Kohlenstoffstahl bzw. C-Stahl, Niedrigtemperatur-Kohlenstoffstahl,
Inconel, etc. Obwohl die "O"-Ring-Dichtung 15 aus jedem
geeigneten Material sein kann, sind ebenfalls typische Materialien:
Hoch-, Mittel- oder Niedrig-Nitril, Fluorkohlenstoff, Silikon, Ethylen-Propylen, Viton,
Styrolbutadien, Polychloropren, etc.
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Sobald der Flansch mit der Hauptabdichtung 9 und
einem "O"-Ring 15 in Position zusammengebaut
wurde, werden Schrauben bzw. Bolzen 7 auf den empfohlenen
Druck angezogen. Ein Bediener mit einer Druckpumpeinheit (nicht
gezeigt) wird dann die Druckpumpeinheit an die mit dem Gewinde versehenen
Drucktestöffnung 19 anschließen. Danach wird
Druck zu dem Hohlraum 17 über die Leitung 21 angelegt,
wobei die Hauptabdichtung 9 und die Opferdichtung 15 einen
Druckverlust verhindern. Aufgrund des kleinen Volumens des Hohlraums 17 kann es
notwendig sein, einen Akkumulator oder eine Form eines Druckvorrats
in das unter Druck setzende System zu inkludieren bzw. aufzunehmen.
Wenn der Hohlraum 17 bei dem erforderlichen Testdruck unter Druck
gesetzt wurde, kann die Einheit bzw. Unversehrtheit der Hauptabdichtung 9 in
ihrer Einsatzrichtung über
die Leckdetektionsöffnung 23 überprüft werden.
Unter Berücksichtigung
davon kann die Wahl der Opferdichtung 15 getroffen werden,
um sicherzustellen, daß die
Abdichtung, welche durch die Operdichtung 15 bereitgestellt
ist, mindestens so gut ist wie jene der Hauptabdichtung 9,
wodurch sichergestellt ist, daß die
Opferdichtung 15 nicht versagen wird, bevor die Hauptabdichtung 9 auf
volle Kapazität getestet
wurde.
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Wenn die Einheit bzw. Integrität der Hauptabdichtung 9 getestet
wurde und als akzeptabel befunden wurde, kann der Druck in dem Hohlraum 17 reduziert
werden, und die Drucktestöffnung 19 kann
mit einem Blindstopfen der Art, wie sie in 3 gezeigt ist, geschlossen werden. Die
Leckdetektionsöffnung 23 kann
auch mit einem Blindstopfen 27 abgeschlossen bzw. abgesperrt
werden oder alternativ kann ein Druckmeßgerät beispielsweise in situ bzw.
vor Ort zurückgelassen
werden, um einem Beobachter zu ermöglichen, die Einheit der Hauptabdichtung 9 während einer
normalen Verwendung der Pipeline 3 zu überprüfen.
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Wie in 3 gezeigt
ist, kann der Blindstopfen 27 mit einem gebohrten axialen
Schacht bzw. Längsschacht 29 versehen
sein, so daß,
wenn es gewünscht
ist, den Druck in dem Hohlraum 17 zu einem späteren Zeitpunkt
ohne das Risiko freizugeben, daß der
Blindstopfen 27 von der Testöffnung 19 weggeblasen
zu werden, wenn er von der Testöffnung 19 aufgeschraubt
bzw. losgeschraubt ist, ein Seitenschacht 31 in den Blindstopfen 27 gebohrt
werden kann, um an den Längsschacht 29 anzuschließen. In diesem
Fall kann ein langsames Freigeben eines Druckes innerhalb des Hohlraumes 17 erreicht
werden.
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Unter der Annahme, daß die Hauptabdichtung 9 ihren
Drucktest besteht, kann die Flanschverbindung in Betrieb gesetzt
werden. Wenn sich dies ereignet, erhält die Opferdichtung 15 Druck
in der Richtung ihrer nicht abge- bzw. unterstützten Seite (d. h. von der
Bohrung der Pipeline 3) und kann als ein Resultat unter
einem relativ niedrigen Druck zerplatzen. Die Hauptabdichtung 9 wird
dann in Kontakt mit dem Fluid innerhalb der Pipeline 3 kommen
und das Flanschsystem wird in der Weise arbeiten, wie es ursprünglich ausgebildet
bzw. konstruiert war.
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Eine alternative Ausführung einer
Flanschanordnung ist in 4 der
Zeichnungen gezeigt, in welcher eine Flanschverbindung einen aufnehmenden
bzw. Buchsenflansch 5a zum Aufnehmen eines aufzunehmenden
bzw. Steckflansches 5b beinhaltet. Durch Verwendung einer
derartigen Flanschanordnung ist eine Schulter 13 automatisch
auf dem aufzunehmenden Flansch 5b vorgesehen, um die geopferte
bzw. Opferdichtung 15 abzustützen. Andere Anordnungen einer
Flanschkonfiguration, welcher für die
Errichtung von neuen Pipelines hergestellt und verwendet sein können, können durch
Fachleute ins Auge gefaßt
werden.
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Eine derartige Anordnung ist in 5 der Zeichnungen gezeigt.
In dieser Ausführung
inkludiert bzw. beinhaltet der aufzunehmende Flansch 5b eine ringförmige Aufkantung 14,
welche ausgebildet ist, um in einer ringförmigen Vertiefung 16 in
dem aufnehmenden Flansch 5a aufgenommen zu werden. Eine
sekundäre
Abdichtung 15 ist in der Vertiefung 16 aufgenommen
bzw. untergebracht und ist darin während einer Verwendung mittels
der Aufkantung 14 gehalten. In dieser Ausführung kann
die sekundäre
Dichtung 15 nicht opfernd sein, und kann tatsächlich einen
Grad bzw. Maß einer
Abdichtung während einer
normalen Nutzung der Gesamtverbindung zur Verfügung stellen.
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Eine modifizierte Version der Ausführung der 5 ist in 6A der Zeichnungen gezeigt. In dieser
Ausführung
sind beide Flansche 5a, 5b mit Vertiefungen 16 ausgebildet,
anstatt daß ein
Flansch 5b mit einer Aufkantung 14 ausgebildet
ist, und ein kreis- bzw. ringförmiger
Ring 18 wirkt, um eine sekundäre Dichtung 15 in
jeder der Vertiefungen 16 zurück- bzw. festzuhalten. Der
kreisförmige
Ring 18 kann abgeschrägt
bzw. verjüngt
sein oder andernfalls so geformt sein, um einen Eintritt in die
Vertiefungen 16 zu erleichtern. Als ein Ergebnis benötigen existierende Standardflanschkonfigurationen
einfach eine Fräsung,
um die Vertiefungen 16, anstatt den Zusatz von Aufkantungen 14 darauf
herzustellen.
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Da eine sekundäre Dichtung der Art, wie sie in 6A gezeigt ist, eine exzellente
Abdichtung in beide Richtungen bereitstellen würde, würde es für einen Hydrotest bzw. Flüssigkeitstest
des Hauptverrohrungssystems möglich
sein, gleichzeitig mit einem Gaslecktest der Hauptdichtung 9 unternommen
zu werden. Auf diese Weise würde
das komplette System unter aktiven Bedingungen, während eines
Testens der Hauptabdichtung 9 sein.
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Da die sekundäre Abdichtung, wie in 6A gezeigt ist, eine exzellente
Abdichtung in beiden Richtungen bereitstellt, könnte theoretisch die Hauptabdichtung 9,
die in 6A gezeigt ist,
durch eine Dichtung ersetzt werden, welche ähnlich zu der sekundären Dichtung
ist. Alternativ könnte
eine psychologisch sicherere Hauptabdichtung, wie sie beispielsweise
in 6B gezeigt ist, verwendet
werden. In dieser Ausführung
inkludiert die Hauptabdichtung "O"-Ring-Dichtungen 15 in
Vertiefungen 16 in jedem Flansch 5a, 5b mit
einer T-förmigen,
ringförmigen
Abstützung 18 dazwischen.
Während
eines Zusammenbaus der Verbindung werden die Flansche 5a, 5b zusammengezogen,
bis sie an einem Schenkel 18a des T anliegen bzw. anstoßen, wo
durch eine Metall-Metalldichtung, wie auch die Dichtung zur Verfügung gestellt
ist, welche durch die "O"-Ringe 15 bereitgestellt ist.
Diese Metall-Metallabdichtung könnte
durch eine bearbeitete Bauart bzw. Konstruktion an dem Schenkel 18a unterstützt werden,
welche in die Flansche 5a, 5b einbeißt; alternativ
könnte
ein Dichtungsmaterial zu dem Schenkel 18a gefügt werden.
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6B zeigt
auch eine alternative Ausführung
der sekundären
Dichtung, in welcher der kreisförmige
Ring 18, welcher zwischen den zwei Flanschen 5a, 5b eingeklemmt
ist, einen kreuzförmigen Querschnitt
aufweist. Weiters weist der interne Schenkel 18b der Kreuzform
eine Länge
auf, welche darin resultiert, daß der Innendurchmesser des
kreisförmigen
Rings 18 identisch zu der Bohrung der Pipeline ist. Als
ein Ergebnis wird ein reibungsloserer Fluß durch die Pipeline auftreten,
weil bei der Flanschverbindung eine Turbulenz vermieden wird. Weiters
wird die glatte Flanschverbindung nicht einen Spalt für Ablagerungen
bzw. Schmutz bereitstellen, welcher entlang der Pipeline durchtreten
könnte.
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In einer anderen Ausführung (nicht
gezeigt) könnte
die Hauptabdichtung die Form der sekundären Dichtung der 6B mit einem im Querschnitt kreuzförmigen kreisförmigen Ring 18 annehmen.
In einer solchen Ausführung
würde ein
mehr- bzw. vielfaches Abdichtungssystem, welches sechs Dichtungen
enthält,
effektiv bzw. wirksam produziert werden, wobei drei Dichtungen durch
jeden kreisförmigen ringförmigen Ring
ausgebildet werden. Genauer würde
jeder Schenkel 18a, 18b eine Dichtung mit den Flanschen 5a, 5b ausbilden
und jede Kreuzform würde
ebenso eine Abdichtung unter Verwendung der "O"-Ringe 15 ausbilden.
Wenn die Hauptabdichtung und die sekundäre Dichtung beide T-förmige Ringe 18 aufnehmen,
würde gleichermaßen ein
System mit vier Dichtungen resultieren. Ein System mit fünf Dichtungen
wür de einen
T-förmigen
und einen kreuzförmigen
Ring 18 erfordern.
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Mit Bezug auf existierende Pipelinesysteme oder
neue Systeme, welche Standardflanschkonfigurationen verwenden, zeigt 7 eine praktische Anordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 7 weisen
Flansche 5a, 5b im wesentlichen flache, entgegengesetzte
bzw. gegenüberliegende
Oberflächen
auf, welche mit einer Abstütz- bzw.
Supportplatte 33 dazwischen versehen sind. Die Supportplatte 33 ist
im wesentlichen planar und definiert einen Ring. Der Innendurchmesser
des Rings ist größer als
der Innendurchmesser der Pipeline bzw. Rohrleitung 3, wodurch
sichergestellt ist, daß die
Supportplatte 33 nicht das Fließen des Fluids durch die Pipeline
verhindert bzw. behindert. Weiters definiert die Supportplatte 33 zwei
Schultern 35 zum Aufnehmen zweier temporärer oder
geopferter Dichtungen 37. Während eines Testens der Hauptabdichtung 9 schließen die
geopferten Dichtungen 37 die Spalten zwischen der Supportplatte 33 und
den Flanschen 5a, 5b, um einen abgedichteten Hohlraum 17, wie
in den vorhergehenden Ausführungen
einer Verbindung entsprechend der vorliegenden Erfindung zu definieren.
Nachdem die Hauptabdichtung 9 getestet wurde und die Flanschverbindung
zu einer funktionierenden Verwendung eingestellt wurde, drängt bzw.
beaufschlagt ein Druck von innerhalb der Pipeline 3 die
geopferten Dichtungen 37 nach außen, wodurch die Hauptabdichtung 9 dem
Fluid innerhalb der Pipeline 3 ausgesetzt wird. Zu diesem
Zeitpunkt werden die geopferten Dichtungen 37 überflüssig bzw. redundant
und können
versagen.
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Mit Bezug zu 8 der Zeichnungen ist die Supportplatte 33,
welche in 7 gezeigt
ist, alleine gezeigt. Weiters werden vergrößerte Ansichten A, B, C des
Schulterbereichs der Supportplatte 33 auch in den Zeichnungen
gezeigt. Eine vergrößerte Ansicht A
zeigt die Basisform, welche in 7 gezeigt
ist, wobei die vergrößerte Ansicht
B die zwei Opferdichtungen 37 zeigt, welche tatsächlich an
die Schultern 35 der Supportplatte 33 gebunden
sind. Als ein Resultat können
die Abdichtungen 37 für
ein zukünftiges Testen
der Hauptabdichtung 9 wiederverwendbar sein. Eine vergrößerte Ansicht
C zeigt eine kompliziertere Ausführung,
worin die Dichtungen 37 in Vertiefungen 41 in
der Supportplatte 33 untergebracht bzw. aufgenommen sind.
Wie gesehen werden kann, inkludiert bzw. beinhaltet jede Vertiefung 41 eine Wand 43,
welche eine Schulter, gegen welche sich die Dichtung 37 während eines
Tests der Hauptabdichtung 9 abstützen kann, und eine ansteigende Wand 45 definiert,
gegen welche die Dichtungen 37 sich während einer normalen Verwendung
der Pipeline abstützen:
Als ein Resultat werden die Dichtungen 37 während einer
normalen Verwendung der Pipeline nicht geopfert, und können daher
während zukünftigen
Tests der Hauptabdichtung 9 wieder verwendet werden.
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Obwohl die Supportplatte 33 im
wesentlichen planar ist, wie in 7 und 8 gezeigt ist, beinhaltet
in einer alternativen Ausführung,
wie in 9 gezeigt ist,
die Supportplatte 33 senkrechte Rippen 47. Während eines
Zusammenbaus der Flanschverbindungen stützen sich die Flansche 5a, 5b gegen die
Rippen 47 und bewirken, daß die Rippen 47 geringfügig zusammenfallen
oder zerbrechen. Als ein Ergebnis ist die Supportplatte 33 innerhalb
der Flanschverbindung während
einer Verwendung in Position gehalten, während dem Fluid immer noch
erlaubt wird, durch die Pipeline zu fließen bzw. zu strömen, um
die Supportplatte 33 zu passieren und die Hauptabdichtung 9 zu
kontaktieren.
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Wie es anerkannt bzw. geschätzt wird,
ist es normalerweise für
die temporäre
Dichtung 15, 37 wünschenswert, als ein Rückschlagventil
zu wirken. Wenn die temporäre
Dichtung 15, 37 nicht verwendet wird, kann es
daher für
die Dichtung 15, 37 vorzuziehen bzw. bevorzugt
sein, sich gegen eine durchbrochene, nicht dichtende Schulter 49 abzustützen, wie dies
in 10 der Zeichnungen
gezeigt ist. Diese nicht abdichtende Schulter 49 kann auch Öffnungen oder
Durchlässe 51 inkludieren,
durch welche Fluid von der Pipeline durchtreten kann, um die Hauptabdichtung 9 zu
kontaktieren. Als ein Ergebnis behindert die temporäre Dichtung 15, 37 das
Fließen
eines Fluids zu der Hauptabdichtung 9 nicht.
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In einer anderen Ausführung, wie
in 11 der Zeichnungen
gezeigt, inkludiert eine Supportplatte 33 eine verzweigte
bzw. gegabelte Außenkante 48, gegen
welche eine sekundäre
Dichtung 15 sich während
eines Testens der Hauptabdichtung 9 abstützt bzw.
anliegt. Weiters erlaubt diese gegabelte Kante 48 der ringförmigen sekundären Dichtung 15,
während
einer Installation der Supportplatte 33 in einer Verbindung
unterstützt
zu werden. Wenn gewünscht, kann
eine äußere kreis-
bzw. ringförmige
Wand 50, welche eine weitere gegabelte Oberfläche 52 definiert,
bereitgestellt werden, um die sekundäre Dichtung 15 während einer
normalen Verwendung der Verbindung zu unterstützen. Als ein Resultat kann
die sekundäre
Dichtung 15 nachfolgend auf ein Anfangstesten der Hauptabdichtung 9 nicht
geopfert werden. Weiters kann durch Verwenden einer gegabelten Außenwand 50 dies
leicht auf die sekundäre
Dichtung 15 angewandt und dadurch während einer Installation in
eine Rohrverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung
getragen werden.
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Schließlich ist mit Bezug auf 12 der Zeichnungen eine
weitere Ausführung
eines Flansches zur Verwendung in einer Verbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. In dieser Ausführung ist die Hauptabdichtung 9 in
der Form einer Blattyp-Dichtung, einer spiralförmig gewundenen Dichtung oder
einer anderen flachen Dichtungen, welche den Flansch 5b kontaktiert.
Eine vertiefte "O"-Ring-Dichtung 15 ist
bereitgestellt, um mit der flachen Hauptabdichtung 9 einen
Hohlraum 17 zu definieren, welcher unter Druck zu setzen
ist. In dieser Ausführung
ist die Drucktestöffnung 19 an
der äußeren Seite
des Flansches 5b positioniert, wobei die Öffnungsleitung 21 radial
zwischen den Befestigungsbolzen 7 durchtritt, um mit dem
Hohlraum 17 zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu stehen.
In dieser Ausführung
ist wegen der Hauptabdichtungs-Konfiguration 9 eine Leckdetektionsöffnung nicht
bereitgestellt.
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Wie das durch Fachleute anerkannt
wird, können
Vorteile einer Verbindung und eines Abdichttestsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung wie folgt sein:
- – ein sicheres System zu verwenden,
da das Volumen des unter Druck gesetzten Testmediums stark reduziert
ist,
- – Kosten
eines Testens, welche durch einen signifikanten Faktor reduziert
werden, besonders für Anwendungen
auf begrenztem Raum, wie z. B. petrochemische Errichtung/Wartung,
Offshore-Anschlüsse,
etc.
- – Ein-Mann-Bedienung
bzw. -Betätigung,
- – eine
Mehrfachprozeßanwendung,
Onshore bzw. an der Küste
bzw. an Land, Offshore, Petrochemie, jedes Medium mit Hochdruckverrohrungen,
- – ein Überprüfen jeder
Flanschverbindungseinheit bzw. -integrität kann nach Fertigstellung
des Flanschaufbaus ausgeführt
werden, ohne eine Verzögerung,
um eine Fertigstellung des Rests des Systems abzuwarten,
- – schwierige
Zugangsflanschverbindungen können überprüft werden,
bevor sie "eingebaut" werden,
- – ein
Gastesten mit großem
Volumen, von welchem angenommen wird, daß eine potentiell gefährliche
Operation sein kann, würde
stark reduziert,
- – die
aufgewendete Zeit für
ein Drucktesten wird stark reduziert,
- – ein
Trocknen und Entleeren von Leitungen nach einem Testen ist nicht
erforderlich,
- – schwieriges
Drucktesten (komplexe Systeme) werden weniger ein Problem sein,
- – Anforderung
für eine
Leitungsentleerung bzw. -entlüftung
und Abflußpunkte
ist nicht erforderlich,
- – das
Gewicht von Wasser, welches zusätzliche Abstützungen
während
eines Testens (beispielsweise in Luft- oder Gasleitungen) erforderlich macht,
kann nicht länger
ein Problem sein,
- – ein
sterilisierter Bereich (Bereich ohne Zugang) während eines Testens ist stark
reduziert,
- – ein
Drucktesten von Zugangswegen zu Behältern und Hochdruckverrohrungen
nach einer Inspektion/Wartung würde
eine unbedeutende Operation bzw. einen geringen Vorgang bedeuten,
- – ein
Drucktesten kann ausgeführt
werden, nachdem eine Isolation von Flanschen erfolgt ist,
- – ein
Auseinandernehmen von Leitungen/Spulen während eines Testens wird weniger
sein als mit einem traditionellen System,
- – schräg gesicherte
bzw. verriegelte Systeme sind derzeit eine nicht bevorzugte Methode
einer mechanischen Verbindung durch die Mehrzahl der Nordsee-Betreiber,
daher gibt es eine größere Verwendung
von traditionellen Flanschen, welche das beschriebene Testsystem
verwenden können,
- – umweltfreundlicher,
weil das Gasvolumen, welches verwendet wird, um die Verbindungseinheit bzw.
-unversehrtheit zu prüfen
bzw. nachzuweisen, stark reduziert wurde.
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Die Anwendungen mit aufzunehmender/aufnehmender
Vertiefung oder Doppel-"O"-Ringen und Stahlringen
befähigen
dazu, Hochdruckverbindungen herzustellen, wobei nur ein geringes
Drehmoment auf die Bolzen aufgebracht wird. Dieses ist ein neues
System einer Hochdruckflanschverbindung, das ein Bolzenspannen negiert
bzw. verneint.
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Es wird natürlich verstanden werden, daß die vorliegende
Erfindung nur anhand eines Beispiels beschrieben wurde, und daß Modifikationen
eines Details innerhalb des Rahmens der Erfindung gemacht werden
können.
In bestimmten Fällen
könnten ein
Festigkeits- bzw. Belastungstesten einer Pipeline (Hydrotesten)
und ein Gaslecktesten gleichzeitig ausgeführt werden, wodurch flexible
Analysenanforderungen erfüllt
werden.