DK174388B1 - Fremgangsmåde og apparat til at reproducere de forhold, der er gældende, når der skal udføres en svejseoperation på en undervandsrørledning, som er i drift med en gennemstrømmende fluid - Google Patents

Description

DK 174388 B1 i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat til at reproducere forhold, der er gældende, nar der skal udføres en svejseoperation på en undervandsrørledning, som er i drift med en gennernstrømmende fluid.

5 Opfindelsens tekniske område omfatter udstyr, som er egnet til udførelse af offshore-arbejde under vandet.

For tiden tilvejebringes der for at reproducere de forhold, som er gældende ved udførelse af svejseoperationer på en rørledning, i hvilken der strømmer en fluid, en forsøgsopstilling, der udgøres af et 10 rør med et stykke, der har de samme karakteristika som rørledningen, der etableres et lukket kredsløb i forsøgsopstillingen, og den samme fluid, fx olie eller gas, som strømmer gennem den rørledning, der er i drift, bringes til at strømme rundt i det lukkede kredsløb, hvorefter varmetransmissionsforholdene gennem væggene i den rørledning, der er i 15 drift, og hvori væsken strømmer, opnås under atmosfæreforhold.

Sådanne rørledninger kan have en stor diameter, fx omkring 1 m, og det er indlysende, at en sådan forsøgsopstilling at dyr at sætte op og relativt voluminøs, og den kan derfor eksempelvis ikke benyttes i et konventionelt højtrykskammer til at reproducere forhold ved svejsning, 20 som skal udføres på en undersøisk rørledning, der er i drift.

Den foreliggende opfindelse søger at afhjælpe disse ulemper.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en forsøgsopstilling til en metode og et apparat til ved havbundstryk at reproducere de forhold, som kræves for at udføre en svejseoperation på en undersøisk 25 rørledning, som er i drift med olie eller gas strømmende igennem.

Dette formål opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, ved hvilken - et første rørledningsstykke, der har de samme karakteristika som den i drift værende rørledning, placeres i et overtrykskammer, - et andet rørledningsstykke, der har samme længde som det første 30 rørledningsstykke og en yderdiameter, som er mindre end inderdiameteren af det første stykke, er placeret inden i det første rørledningsstykke således, at det første og det andet 2 DK 174388 B1 rørledningsstykke er koaks lale og afgrænser et ringformet rum mellem sig, - organer er placeret i det ringformede rum for at generere et turbulent væskeflow, 5 - de to ender af det ringformede rum lukkes, - en fluid ledes ind under tryk via en inløbsåbning, der er beliggende ved den ene ende af det ringformede rum, og der skabes et turbulent fluidflow i det ringformede rum, - den strømmende fluid bringes tilbage via en udløbsåbning, der 10 er beliggende ved den anden ende af det ringformede rum, og fluiden recirkuleres, og - forhold, såsom afstanden mellem de to rørledningsstykkers vægge, organerne til at dannelse af et turbulent fluidflow, temperaturen, trykket og fluidens strømningshastighed, vælges således, 15 at der gennem det første rørledningsstykkes væg opnås en varmetransmission, der svarer til den varmetransmission, som opnås ved fluidflow'et i den undersøiske rørledning, der er i drift.

Ved fremgangsmåden gøres der brug af følgende formel: P “ Η x (ledningstemperaturen fiuidtemperaturen) 20 hvor P er varmeenergien og H er transmissionskoefficienten, og formlen anvendes som følger: P “ H' x (forsøgsledningens temperatur - den i opstillingen strømmende fluids temperatur) hvor den i opstillingen strømmende fluids karakteristika og temperatur 25 muliggør en beregning af fluidens gennemsnitshastighed, og den således beregnede hastighed og fluidens strømningshastighed benyttes til at beregne strømningstværsnittet, dvs. det ringformede rum mellem de to stykker af rørledningen, der udgør opstilling,en. og stigningsvinklen for den skrueformede væg, som udgør organet til generering af et 30 turbulent fluidflow.

Opfindelsens formål opnås ligeledes med et apparat ifølge opfindelsen omfattende en kombination af - et overtrykskammer, i hvilket der er optaget en forsøgsopstilling, som udgøres af DK 174388 B1 3 - et første rørledningsstykke, der har de samme karakteristika som den i drift værende rørledning, • et andet rørledningsstykke, der har samme længde som det første rørledningsstykke og en yderdiameter, som er mindre end 5 inderdiameteren af det første stykke, hvilket første og hvilket andet rørledningsstykke er koaksiale og afgrænser et ringformet rum mellem sig, - et organ til at generere et turbulent væskeflow og beliggende i det ringformede rum, som indbefatter lukkevægge ved sine ender, 10 - en indløbsåbning for fluid under tryk beliggende ved den ene ende af det ringformede rum og en udløbsåbning beliggende ved den anden ende, og - organer til at bringe fluiden til at strømme i det ringformede rum og til at tilpasse og kontrollere dens strømningshastighed, 15 temperatur og tryk på en sådan måde, at der opnås en varmetransmission gennem væggen af det første stykke rørledning svarende til den varmetransmission, som opnås ved fluidflow'et i den i drift værende undersøiske rørledning.

I én udførelsesform udgøres organerne til dannelse af et turbulent 20 væskeflow under tryk af en skrueformet væg, der med en konstant hældning strækker sig over det ringformede rums længde, hvilken væg er i tæt forbindelse med både den indre overflade af det første rørledningsstykke og den ydre overflade af det andet rørledningsstykke. Den skrueformede væg udgøres af båndmetal, der er 25 snoet i en skruelinie omkring det andet stykke rørledning og fastgjort dertil, hvor båndmetallet sammen med den indre overflade og det første rørledningsstykke afgrænser et rum, som udfyldes af en tætnende pakning.

Denne pakning udgøres af en kant, som er i kontakt med den indre 30 overflade af det første stykke rørledning, og af to læber, der er placeret skrævende over båndmetallet, og pakningen er fastgjort til båndmetallet med lim, og den er fremstillet af højtemperaturbestandig silicone.

DK 174388 B1

A

Indløbsåbningen for fluid under tryk er fastgjort til væggen af det andet stykke rørledning, og udløbsåbningen for fluiden er fastgjort til væggen af det første stykke.

Ifølge opfindelsen omfatter apparatet også en tank indeholdende 5 fluiden; et fluid-tilløbskredsløb, der udgår fra tanken, hvilket kredsløb indbefatter en pumpe til at bringe fluiden under tryk og cirkulere den fra tanken, en flowmåler, et termometer og en trykmåler, og hvilket kredsløb ender ved en forseglet passage, der går gennem høj trykskammerets væg, og med et rør, der strækker sig fra passagen 10 til det andet stykke rørlednings indløbsåbning; og et returkredsløb, der fører tilbage til tanken, og som omfatter et rør, der fører fra den udløbsåbningdel, som er fastgjort til det første rørlcdningsstykke, til en passage, der går gennem overtrykskammerets væg, og dette kredsløb indbefatter etter passagen et termometer og en 15 ventil til at styre og stoppe den strøm af fluid, der vender tilbage til tanken. Den skrueformede væg står vinkelret på stykkerne af rørledning.

Resultatet af opfindelsen er opnåelse af forhold og midler for udførelse af en svejseoperation på optimal vis på en undersøisk 20 rørledning, der er under brug, og i hvilken der strømmer en fluid.

Fordelene ved opfindelsen ligger for det første i forsøgsopstillingens funktionsforhold i højtrykskammeret, hvor der ved havbundstryk kan udføres forsøg, så funktionsforholdene svarer til den i drift værende undersøiske rørledning, på hvilken der skal udføres svejseoperationer, 25 og for det andet i installationsomkostningerne, som er betydeligt mindre end for de forsøgsopstillinger, der benyttes for tiden, og også i, hvor let fremgangsmåden kan realiseres ved brug af udstyr, der er meget simpelt.

Andre fordele og karakteristika for opfindelsen vil fremgå af den 30 følgende beskrivelse af et eksempel på en udførelsesform for en forsøgsopstilling, idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et skematisk tværsnit gennem et højtrykskammer, i hvilket en forsøgsopstilling ifølge opfindelsen er placeret, og figuren viser DK 174388 B1 5 på skematisk form indretningerne til regulering af opstillingen placeret uden for høj trykskammeret, fig. 2 viser et længdesnit af en forsøgsopstilling svarende til den i fig. 1 viste, 5 Fig. 3 viser et snit langs linien III-III i fig. 2, og fig. 4 viser et delsnit i forstørrelse illustrerende udførelsen af den skrueformede væg, som strækker sig inden i det ringformede rum mellem de to stykker af koaksial rørledning.

For at reproducere en undersøisk rørlednings driftsforhold, der er 10 bestemmende for en svejseoperation, dvs. dens indre tryk og dens flow af gas eller olie, skabes der ifølge opfindelsen et flow af en fluid, fx vand, mellem et første stykke af en forsøgsrørledning og et andet stykke rørledning, som er koaksialt med det første stykke og har en skrueformet væg påsvejset. Rummet mellem de to længder af rørledning, 15 stigningen af den skrueformede væg, temperaturen, trykket og vandstrømningshastigheden vælges alle, så at der skabes et turbulent flow, der sikrer, at varmen transmitteres gennem væggen af det første stykke rørledning, på en måde, der svarer til den varmetransmission, som opnås på grund af flow'et af gas eller olie i en i drift værende, 20 undersøisk rørledning.

Det første stykke rørledning, som danner ydersiden af forsøgsopstillingen, udgøres af et stykke, der har karakteristika, som svarer til eller er identiske med den i drift værende, undersøiske rørlednings karakteristika (inderdiameter, vægtykkelse og 25 stålkvalitet).

Længden af opstillingen følger naturligt af den maksimale størrelse, der er plads til i det højtrykskammer, i hvilket forsøget udføres. Yderdiameteren af det andet rørledningsstykke, som er placeret koaksialt inden i det første stykke, og stigningen af den skrueformede 30 væg, som snor sig over hele opstillingens længde omkring det andet rørledningsstykke, er defineret på følgende måde: - Driftskarakteristika for den ledning, der leder fluiden, gør det muligt at beregne den varmeenergi, som er nødvendig for at nå den vægtemperatur, der er nødvendig for udførelse af svejseoperationen.

6 DK 174388 B1

Der benyttes følgende formel: P - H x (ledningstemperatur - fluidtemperatur), hvor P er varmeenergien og H er transmissionskoefficienten.

Som et eksempel er der benyttet følgende transmissionskoefficient 5 under forsøg:

» - o.o, i («Γ W

10 λ = termisk ledningsevne D - (^S/p) hydraulisk diameter p — densitet V *= hastighed μ — dynamisk viskositet 15 Cp “ specifik varme Når der benyttes den samme varmeenergi på forsøgsopstillingen som på den i drift værende rørledning, er målet at opnå samme temperaturer i svejsezonen,

For at gøre dette antages den varmeflux, der dissiperer gennem den i 20 drift varende rørledning, at være lig med den varmeflux, der' dissiperer gennem det første rørledningsstykkes væg, som udgør ydersiden af af forsøgsopstillingen: P - H' x (forsøgsledningens temperatur - vandtemperaturen)

Vandets karakteristika og temperatur kan benyttes til at beregne 25 vandets gennemsnitshastighed.

Når denne hastighed er beregnet, fastlægges det flow-tværsnit (dvs. det ringformede rum mellem de to rørledningsstykker, der danner forsøgsopstillingen, og stigningen af den skrueformede væg), der er nødvendigt for at opnå et turbulent vandflow ved en hastighed på 30 omkring 6 m3/s. Det har vist sig, at dette flow-tværsnit muliggør et jævnt flow.

DK 174388 B1 7

Naturligvis fastlægges tykkelsen af de to endeplader og af det andet, indre rørledningsstykke således, at de kan modstå det indre tryk i opstillingen, hvilket tryk kan være nødvendigt for at undgå, at vandet koger.

5 En udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen til udøvelse af fremgangsmåden er vist skematisk i fig. 1.

Forsøgsopstillingen 1, som beskrives i det følgende, er placeret inden i et højtrykskammer 2, i hvilket trykket er det samme som det havbundstryk, som den i drift værende rørledning udsættes for.

10 Når forsøget skal udføres, bringes vandet i cirkulation i et kredsløb på følgende måde: Der pumpes vand fra en beholder eller tank 3 af en pumpe 4, der er indsat i et rør 5, i hvilket der ligeledes er placeret en flowmåler 6, et termometer 7 og en trykmåler 8. Røret 5 ender ved en passage 9 til højtrykskammeret 2. Vandet løber fra passagen 9 til 15 opstillingens indløbsåbning ved hjælp af et rør 10, som eksempelvis kan være fleksibelt.

Efter at vandet på turbulent vis er strømmet gennem opstillingen 1, bringes det tilbage til kredsløbet. Der er fastgjort et andet fleksibelt rør 11 til opstillingens udløbsåbning og det strækker sig 20 til en anden passage 12 i kammeret 2. Et rør 13 leder vandet tilbage til tanken 3, og dette rør indeholder et termometer 14 og en ventil 15 til indstilling og standsning.

Fig. 2-4 viser mere detaljeret udformningen af forsøgsopstillingen til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. 1 2 3 4 5 6

Som vist i fig. 2 og 3 omfatter den nævnte forsøgsopstilling et første 2 rørledningsstykke 16, som har de samme karakteristika som den i drift 3 værende undersøiske rørledning. Et andet rørledningsstykke 17 er 4 placeret inden i og koaksialt med det første stykke. Som det fremgår 5 af tegningen, har det andet stykke en yderdiameter, der er klart 6 mindre end inderdiameteren af det første stykke 16, hvorved der dannes et ringformet rum 18 mellem de to stykker 16 og 17.

8 DK 174388 B1

En væg 19 er snoet i skrueform inden i det ringformede rum over hele opstillingens længde, og rummet mellem de to stykker 16 og 17 og stigningen af skruelinien er defineret som forklaret i det ovenstående.

Væggen 19 ( fig. 4) udgøres af båndmetal 19a, der strækker sig 5 vinkelret på den inderste rørledning 17 og yderrøret 16. For at lette fremstillingen af opstillingen er båndmetallet 19a ikke så højt som rummet 18 mellem de to stykker 16 og 17. Den skrueformede væg 19 er tætnet ved hjælp af en pakning 19b, der omfatter en kant 19b,, som ligger an mod indersiden 16a af det første stykke rørledning 16's væg, 10 og som er monteret skrævende over båndmetallet 19a. Pakningen 19b indbefatter således to læber 19b2 og 19b3, der strækker sig i det væsentlige parallelt med hinanden over det samme stykke, og pakningen er fastgjort til båndmetallet ved hjælp af lim. Pakningen er fordelagtigt af den type, der er fremstillet af højtemperatur-i5 bestandigt silicone.

Det ringformede rum 18 er lukket i begge ende af opstillingen af vægge 20 og 21, sotn er svejset til rørledningsstykkerne 16 og 17, og væggene rager længere ud end dc nævnte stykker og er kvadratiske. Deres centrale dele er åbne og strækker sig ind til inderperiferien af det 20 inderste rørledningsstykke 17 for at muliggøre adgang til det indre af dette.

Opstillingen indbefatter ligeledes en vandindløbsåbningdel 22, der er fastgjort til det andet rørledningsstykke 17, og en udløbsåbningdel 23, der er fastgjort til det første rørledningsstykke. Disse åbninger 25 er udformet i centralt-gevindskårne fortykkelser, for at væskekredsløbets rør 10 og 11 kan forbindes dertil.

I modsætning til den i fig. 1 viste opstilling omfatter opstillingen i fig. 2 og 3 en grenforbindelse 24, der udgøres af et skørt, der under svejseforsøg på opstillingen er svejset til mellemdelen af stykket 16. 1

Det er indlysende, at en fagmand på området kan erstatte de ovenfor beskrevne og eksemplificerende dele med ækvivalente dele, der kan udføre samme funktion, uden at man derved fjerner sig fra sigtet med opfindelsen.

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til at reproducere de forhold, der kraves for udførelse af en svejseoperation på en i drift varende undersøisk rørledning, i hvilken der strømmer en fluid, 5 kendetegnet ved, at omfatte følgende trin: * et første rørledningsstykke (16), der har de samme karakteristika som den i drift varende rørledning, placeres i et overtrykskammer (2), - et andet rørledningsstykke (17), der har samme længde som det 10 første rørledningsstykke og en yderdiameter, som er mindre end inderdiameteren af det første stykke, er placeret inden i det første rørledningsstykke (16) således, at det første og det andet rørledningsstykke (16, 17) er koaksiale og afgrænser et ringformet rum (18) mellem sig, 15. organer (19) er placeret i det ringformede rum (18) for at generere et turbulent væskeflow, - de to ender af det ringformede rum (18) lukkes, - en fluid ledes ind under tryk via en inløbsåbning (22), der er beliggende ved den ene ende af det ringformede rum (18), og der skabes 20 et turbulent fluidflow i det ringformede rum, - den strømmende fluid bringes tilbage via en udløbsåbning (23), der er beliggende ved den anden ende af det ringformede rum (18) , og fluiden recirkuleres, og - forhold, såsom afstanden mellem de to rørledningsstykkers (16, 25 17) vægge, organerne (19) til at dannelse af et turbulent fluidf low, temperaturen (7, 14), trykket (8) og fluidens strømningshastighed (6), vælges således, at der gennem det første rørledningsstykkes (16) væg opnås en varmetransmission, der svarer til til den varmetransmission, som opnås ved fluidflow'et i den undersøiske rørledning, der er i 30 drift.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, i hvilken der gøres brug af følgende formel: P - H x (ledningetemperaturen - fluidtemperaturen) hvor P er varmeenergien og H er transmissionskoefficienten, og formlen 35 anvendes som følger: DK 174388 B1 P — H' x (forsøgsopstillingens temperatur - den i opstillingen strømmende fluids temperatur) hvor den i opstillingen strømmende fluids karakteristika og temperatur muliggør en beregning af fluidens gennemsnitshastighed, 5 kendetegnet ved, at organerne til generering af et turbulent flow udgøres af en skrueformet væg (19), og at den således beregnede hastighed og fluidens strømningshastighed benyttes til at definere et strømningstværsnit, dvs. det ringformede rum (18) mellem de to stykker af rørledning (16, 17), der udgør opstillingen (1), og 10 stigningsvinklen af den skrueformede væg (19) , så at der opnås et turbulent fluidflow.

3. Apparat til at reproducere forhold ved udførelse af en svejseoperation på en undersøisk rørledning i drift, i hvilken der strømmer en fluid, 15 kendetegnet ved, at det omfatter en kombination af - et overtrykskaminer (2), i hvilket der er optaget en forsøgsopstilling (1), som udgøres af - et første rørledningsstykke (16), der har de samme karakteristika som den i drift værende rørledning, 20. et ande.t rørledningsstykke (17), der har samme længde som det første rørledningsstykke (16) og en yderdiameter, som er mindre end inderdiarneteren af det første stykke, hvilket første og hvilket andet rørledningsstykke (16, 17) er koaksiale og afgrænser et ringformet rum (18) mellem sig, 25. et organ (19) til at generere et turbulent væskeflow og beliggende i det ringformede rum (18), som indbefatter lukkevægge (20, 21. ved sine ender, - en indløbsåbning (22) for fluid under tryk beliggende ved den ene ende af det ringformede rum (18) og en udløbsåbning (23) 30 beliggende ved den anden ende, - organer (4) til at bringe fluiden til at strømme i det ringformede rum (18) og til at tilpasse og kontrollere dens strømningshastighed (6, 15), temperatur (7, 14) og tryk (8) på en sådan måde, at der opnås en varmetransmission gennem væggen af det 35 første stykke rørledning svarende til den varmetransmission, som opnås ved fluidflow'et i den i drift værende undersøiske rørledning. DK 174388 B1

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at organerne til dannelse af et turbulent væskeflow under tryk udgøres af en skrueformet væg (19), der med en konstant stigning strækker sig over det ringformede rums (18) længde, 5 hvilken væg er i tæt forbindelse med både den indre overflade (16a) af det første rørledningsstykke (16) og den ydre overflade af det andet rørledningsstykke (17).

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den skrueformede væg (19) udgøres af 10 båndmetal (19a), der er snoet i en skruelinie omkring det andet stykke rørledning (17) og fastgjort dertil, hvor båndmetallet sammen med den indre overflade (16a) af det første rørledningsstykke (16) afgrænser et rum, som udfyldes af en tætnende pakning (19b).

6. Apparat ifølge krav 5, 15 kendetegnet ved, at pakningen (19b) udgøres af en kant (19b,), som er i kontakt med den indre overflade (16a) af det første rørledningsstykke (16), og af to læber (19b2, 19b3), der er placeret skrævende over båndmetallet (19a), idet pakningen (19b) er fastgjort til båndmetallet (19a) med lim.

7. Apparat ifølge krav 5 eller 6, kende tegnet ved, at pakningen (19b) er fremstillet af højtemperaturbestandig silicone.

8. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at indløbsåbningen (22) for fluid under 25 tryk er fastgjort til væggen af det andet rørledningsstykke (17), og at udløbsåbningen (23) for fluiden er fastgjort til væggen af det første stykke (16).

9. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 3 til 8, kendetegnet ved, at det omfatter en tank indeholdende 30 fluiden (3); et fluid-tilløbskredsløb, der udgår fra tanken, hvilket kredsløb indbefatter en pumpe (4) til at bringe fluiden under tryk og cirkulere den fra tanken, en flowmåler (6), et termometer (7) og en trykmåler (8), og hvilket kredsløb ender ved en forseglet passage (9), DK 174388 B1 der går gennem højtrykskammerets (2) væg, og med et rør (10), der strækker sig fra passagen (9) til det andet rørledningssstykkes (17) indløbsåbning (22); og et returkredsløb, der fører tilbage til tanken (3), og som omfatter et rør (11), der fører fra den udløbsåbningsdel 5 (23), som er fastgjort til det første rørledningsstykke (16), til en passage (12), der går gennem overtrykskammerets (2) væg, og dette kredsløb indbefatter efter passagen (12) et termometer (lå) og en ventil (15) til at styre og stoppe den strøm af fluid, der vender tilbage til tanken.

10. Apparat ifølge krav 4 eller 5, kende tegnet ved, at den skrueformede væg (19) står vinkelret på rørledningsstykkerne (16, 17).