NO20093202A1 - Trykkforsterkingssystem for undersjoiske verktoy - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører et system for trykksetting av barrierefluid i en neddykkbar installasjon for derved å tilveiebringe en trykkforskjell mellom omgivelsestrykket rundt den neddykkbare installasjonen og trykket til barrierefluidet inne i den neddykkbare installasjonen. Trykkforskjellen ligger innenfor et forhåndsbestemt trykkforskjellsområde, og systemet innbefatter et forladingsarrangement og minst en trykkforsterker. Dersom omgivelsestrykket ved start av systemet ligger på et lavere nivå enn trykkforsterkerens starttrykk, så vil forladingsarrangementet levere trykkforskjellen helt til trykkforsterkerens starttrykk er nådd. Deretter vil den minst ene trykkforsterkeren levere trykkforskjellen. Dersom omgivelsestrykket ved start av systemet i hovedsaken er lik trykkforsterkerens starttrykk, så vil den minst ene trykkforsterkeren levere trykkforskjellen proporsjonalt, avhengig av omgivelsestrykket. Oppfinnelsen innbefatter videre trykksetting av et barrierefluid i en neddykkbar installasjon i et system som beskrevet foran.

Description

Oppfinnelsen vedrører et system for trykksetting av barrierefluid i en undersjøisk installasjon.

Den undersjøiske installasjonen kan være en undervannspumpe, en undervannskompressor eller en styreenhet eller annet utstyr som har komponenter som må beskyttes mot omgivende trykk og mot vanninntrengning. Slikt utstyr har ofte et barrierefluidarrangement som innbefatter et pakningsarrangement og et barrierefluid for avtetting av det indre av den undersjøiske installasjonen. Når en undervannspumpe installeres, er det meget viktig at barrierefluidtrykket er høyere enn omgivelsestrykket, for på den måten å eliminere enhver fare for vanninntrengning. Trykket til barrierefluidet må kunne styres og reguleres for å sikre at det er høyere enn omgivelsestrykket, for derved å hindre vanninntrengning. Det indre av den undersjøiske installasjonen må beskyttes for ulike installeringsdyp, og også under neddykking og opphenting hvor omgivelsestrykket vil variere i samsvar med vanndypet. Ved å tilveiebringe et overtrykk i barrierefluidet, oppnås det en trykkforskjell mellom omgivelsestrykket rundt den undersjøiske installasjonen og barrierefluidtrykket. Størrelsen til trykkforskjellen er forhåndsbestemt og kan variere i samsvar med bruksområdet.

I tidligere kjente løsninger er et barrierefluidarrangement forbundet med akkumulatorer for på den måten å kunne kompensere for volumendringer av barrierefluidet som følge av omgivelsestrykket og temperaturen. Når den undersjøiske installasjonen plasseres på dypt vann, eksempelvis mellom 1600 og 3000 meter, vil akkumulatoren ikke være tilstrekkelig til å kunne tilveiebringe den nødvendige trykkforskjellen mellom omgivelsestrykket og barrierefluidet.

Da det foreligger et behov for installering av undersjøiske installasjoner på større dyp, er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en løsning hvormed trykkforskjellen mellom omgivelsestrykket og barrierefluidtrykket kan holdes på et akseptabelt nivå under nedsenking, oppstiging og på installasjonsstedet. Den trykkforskjellen som leveres med oppfinnelsen vil variere noe med omgivelsestrykket, men systemet er dimensjonert slik at trykkforskjellen vil ligge innenfor et på forhånd bestemt trykkområde som systemet kan akseptere, både på installasjonsstedet og også under nedføring og opphenting.

Systemet ifølge oppfinnelsen som definert i det selvstendige patentkravet, tilfredsstiller dette kravet, og utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene.

I samsvar med oppfinnelsen tilveiebringer systemet en trykkforskjell som ligger i det forhåndsbestemte trykkforskjellsområdet mellom omgivelsestrykket rundt den neddykkede installasjonen og barrierefluidtrykket internt i den neddykkede installasjonen. Den trykkforskjellen som tilveiebringes ved systemet vil være avhengig av omgivelsestrykket, og når dette øker, vil også trykkforskjellen øke. Systemet innbefatter et forladearrangement og minst én trykkforsterker. For at trykkforsterkeren skal begynne å arbeide og tilveiebringe et nødvendig overtrykk i barrierefluidet, må omgivelsestrykket være av en viss størrelse. Systemet må neddykkes til et visst dyp før omgivelsestrykket er så stort at det svarer til trykkforsterkerens spesifikke starttrykk. Når omgivelsestrykket er lik trykkforsterkerens starttrykk, vil den minst ene trykkforsterkeren bruke omgivelsestrykket for å tilveiebringe en trykkforskjell som ligger innenfor det på forhånd bestemte trykkforskjellområdet. Trykkforsterkeren arbeider proporsjonalt med omgivelsestrykket, og når omgivelsestrykket øker eller synker, vil trykket som leveres fra trykkforsterkeren øke eller synke proporsjonalt.

Når omgivelsestrykket ved start av systemet befinner seg på et lavere nivå enn trykkforsterkerens starttrykk, eksempelvis når den neddykkbare installasjonen føres inn i vannet og ned til et begynnende vanndyp, vil forladearrangementet kompensere for enhver temperaturendring og tilveiebringe den forhåndsbestemte trykkforskjellen helt til trykkforsterkerens starttrykk er nådd, eksempelvis når den undersjøiske installasjonen er ført ned til et visst dyp. Når trykkforsterkerens starttrykk nås, vil den minst ene trykkforsterkeren tilveiebringe den forhåndsbestemte trykkforskjellen.

Systemet kan utføres slik at forladearrangementet og den minst ene trykkforsterkeren vil virke suksessivt, eller det kan være slik anordnet at bare forladearrangementet eller den minst ene trykkforsterkeren brukes for trykksetting av barrierefluidet. Bruken av forladearrangementet og den minst ene trykkforsterkeren suksessivt, og bruken av forladearrangementet eller den minst ene trykkforsterkeren vil være avhengig av vanndypet hvor systemet er plassert, og også av den prosedyren som gjennomføres. Når systemet føres ned fra vannflaten vil forladearrangementet sørge for trykksettingen av barrierefluidet i en begynnende fase, hvoretter den minst ene trykkforsterkeren overtar. Når systemet brukes på et begrenset vanndyp, er bare forladearrangementet nødvendig for trykksettingen av barrierefluidet. Når systemet bringes opp til overflaten fra installasjonsstedet og omgivelsestrykket svarer til starttrykket til den minst ene trykkforsterkeren, er bare trykkforsterkeren nødvendig for trykksetting av barrierefluidet under oppstigningen mot overflaten.

Forladingsarrangementet kan utgjøres av minst én akkumulator. I én utførelse har systemet to akkumulatorer. En fagperson vil forstå at forladede akkumulatorer også kan erstattes med andre innretninger, så som en intern skrueviklet fjær eller en strekkpåvirket belgkompensator.

Hovedutfordringen ved bruk av en indre skrueviklet fjær eller en belgkompensator er oppnåelsen av tilstrekkelig kraft for bevegelsesintervallet. Bevegelsens størrelse kan være størst når utstyret senkes i sjøen, hvilket skyldes temperaturendringer. I én utførelse foretrekkes bruken av én eller flere akkumulatorer kombinert med trykkforsterkeren i den begynnende installasjonsfasen, særlig som følge av de mange avstemningsmulighetene for akkumulatorforladingen.

Trykkforsterkeren kan være et dobbeltvirkende stempel med et arealforhold som er større enn én, eksempelvis et arealforhold på ca. 1,3.1 én utførelse har trykkforsterkeren minst én sylinderenhet med et stempel, hvor størrelsen til det første stempelarealet er større enn størrelsen til det andre stempelarealet. Det første stempelarealet utsettes for omgivelsestrykket rundt systemet, mens det andre stempelarealet har direkte eller indirekte kontakt med barrierefluidet. Nivået til det omgivelsestrykket som brukes som inngangsverdi for trykkforsterkeren, multipliseres med anordningene av de første og andre stempelarealene, hvorved barrierefluidet trykksettes.

Systemet kan ha én eller flere trykkforsterkere. I én utførelse har systemet to trykkforsterkere, for derved å sikre tilstrekkelig ekspansjon under opphentingen når systemet bringes fra installasjonsstedet og til overflaten. I en driftssekvens anbefales det å ha redundans for trykkforsterkeren.

Den minst ene trykkforsterkeren og forladingsarrangementet har fluidforbindelse med barrierefluidarrangementet i den neddykkbare installasjonen. En tilbakeslagsventil isolerer forladingsarrangementet med hensyn til fluidkommunikasjon med barrierefluidarrangementet når trykkforsterkeren/forsterkerne leverer den forhåndsbestemte trykkforskjellen til barrierefluidet.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for trykksetting av fluidbarrierearrangementet under systemets neddykking. Under systemets neddykking til et første dybdeintervall, vil forladingsarrangementet levere den forhåndsbestemte trykkforskjellen. Når systemet føres lengre ned mot installasjonsstedet, vil trykkforsterkeren levere den forhåndsbestemte trykkforskjellen. Ved en dypere nedføring av systemet enn det første dybdeintervallet, vil en tilbakeslagsventil isolere forladingsarrangementet.

Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for trykksetting av fluidbarrierearrangementet i en undersjøisk installasjon, når den undersjøiske installasjonen bringes fra et installasjonssted og mot vannoverflaten, idet den forhåndsbestemte trykkforskjellen leveres av trykkforsterkeren.

Et utførelseseksempel av oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegningen, hvor

Fig. 1 viser en tidligere kjent løsning,

Fig. 2 viser et utførelseseksempel av oppfinnelsen, og

Fig. 3 viser et eksempel på en trykkforsterker i samsvar med oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et fluidbarrierefyllesystem 1 som er forbundet med et fluidbarrieresystem 2 i en neddykkbar installasjon, som her er vist som en undervannspumpe 3. Barriere fylle systemet 1 har et forladingsarrangement, her vist som to akkumulatorer 5 som er anordnet for tilføring av fluid til fluidbarrieresystemet, for derved å sikre opprettholdelsen av en trykkforskjell mellom omgivelsestrykket rundt undervannspumpen 3 og barrierefluidet. Barrierefyllesystemet 1 har et fyllepunkt 4 for fylling av barriereolje, og fylleledningen har en ventil 4a for fylling av barrierefluid. Ventilen 4a og ventilen 4b er plassert på hver sin side av et filter 4c. Når filteret 4c byttes, styres fluidstrømmen med ventilene 4a, 4b. Åpning og lukking av utløpsventilen 6a styrer forbindelsen av fluid fra fluidbarrierefyllesystemet 1 og til fluidbarrieresystemet 2. De andre komponentene i fluidbarrieresystemet 2 og undervannspumpen 3 er ikke forklart nærmere, da disse komponentene anses som del av tidligere kjent teknikk, og anses å være mindre relevant for oppfinnelsen.

Da akkumulatorarrangementet arbeider tilfredsstillende bare i et begrenset dybdeintervall, er det anordnet et barrieretrykksettingssystem 10 som kan tilveiebringe den nødvendige trykkforskjellen utenfor akkumulatorenes arbeidsområde. Trykkforskjellen som produseres med dette systemet, ligger innenfor et på forhånd bestemt trykkforskjells område som systemet til enhver tid kan akseptere.

Systemet 10 i utførelsen i fig. 2 innbefatter to akkumulatorer 5 og to trykkforsterkere 8 som er anordnet parallelt i forhold til akkumulatorene 5. Ventilene 4a, 4b, 6b i fig. 2 har samme funksjon som forklart foran i forbindelse med fig. 1. Trykkforsterkerne bruker det omgivende trykket under utnyttelse av arealforholdet mellom den stempelflaten som vender mot det omgivende vanntrykket og den stempelflaten som har kontakt med barrierefluidet, for derved å tilveiebringe et overtrykk i barrierefluidet. For å kunne produsere et overtrykk i barrierefluidet, må omgivelsestrykket ha nådd et visst nivå for at trykkforsterkerne 8 skal starte. Trykkforsterkerne 8 behøver således ikke være i stand til å danne et overtrykk i barrierefluidet når barrieretrykksettingssystemet 10 befinner seg på et begynnende dyp under neddykkingen av den neddykkbare installasjonen, eller når plasseringen av den neddykkbare installasjonen er begrenset til det begynnende dybdeintervallet. I dette begynnende dybdeintervallet tilveiebringes den forutbestemte trykkforskjellen av fluid som tilføres barrierefluidarrangementet fra de forladede akkumulatorene 5.

For å sikre tilfredsstillende arbeidsforhold for trykkforsterkeren, kan systemet være utformet stivt. Det stive systemet kan tilveiebringes med en tilbakeslagsventil 7, som inngår i barrieretrykksettingssystemet 10 for å isolere akkumulatorene og hindre at fluid fra akkumulatorene 5 kan strømme tilbake til akkumulatorene 5. Temperaturen i omgivelsene rundt systemet 10 vil påvirke temperaturen til barrierefluidet, slik at når omgivelsestemperaturen synker, vil barrierefluidtemperaturen synke. Vanligvis trykksettes barrierefluidet til et bestemt barrieretrykk før systemet dykkes ned i vannet. Under neddykkingen av systemet i vannet, som har en relativt lavere temperatur enn omgivelsene rundt systemet før neddykkingen, vil temperaturendringen medføre en volumredusering av barrierefluidet. Volumtapet kompenseres med forladingsakkumulatorene som etterfyller barrierefluidarrangementet, og akkumulatoren vil kompensere for trykktapet som skyldes temperaturendringen. Volumtap som skyldes økende trykk, kompenseres også med akkumulatorene. Dette volumtapet er imidlertid lite sammenlignet med volumtapet som skyldes temperaturreduseringen. Det vil forekomme et tap av barrierefluid fordi systemet konsumerer barrierefluid, og som følge av den volumendringen som skyldes temperaturendringer, og derfor må systemet etterfylles. Midler for etterfylling av barrierefluid for å erstatte tapet, kan innbefatte en umbilikal som er forbundet med systemet.

Ved neddykking av systemet 10 fra omgivelsene og inn i vannet med en relativt høyere temperatur, vil temperaturøkingen medføre en volumetrisk ekspansjon av barrierefluidet. Akkumulatorene er beregnet til å ta denne volumekspansjonen ved at de er forladet til et trykk som egner seg til å beherske temperaturøkingen og det økende omgivelsestrykket. Størrelsen til temperaturendringen vil være avhengig av utstyrets nedsenkingshastighet, den begynnende temperatur og av sjøvannets temperaturprofil.

Når barrieretrykksettingssystemet 10 når et dyp som svarer til det omgivelsestrykket som er nødvendig for at trykkforsterkerne 8 skal begynne å virke, vil trykkforsterkerne 8 håndtere innvirkningen av temperaturendring og økende trykk. Over stempelarealene i hver trykkforsterker 8 dannes det en trykkforskjell som vil gi et overtrykk i barrierefluidet. Når trykkforsterkeren 8 begynner å arbeide, vil tilbakeslagsventilen 7 sørge for at akkumulatorene avstenges med hensyn til levering av fluid til barrierefluidarrangementet. Det er anordnet en ekstra ventil 11 for isolering av akkumulatorene, og som brukes for begynnende avstemming av systemet og for øking av fluidtrykket.

Når systemet 10 tas opp fra installasjonsstedet, blir systemet utsatt for temperaturendringer som er mindre enn de temperaturendringene som systemet erfarer under installeringen. Systemet 10 er forbundet med den neddykkbare installasjonen, dvs. undervannspumpen 3, på installasjonsstedet, og ventilen 11 brukes for refylling av fluid i akkumulatorene. Trykkforsterkerne 8 leverer overtrykk til barrierefluidet under opptaket av pumpen 3 til overflaten.

Vanligvis tappes barrierefluid før pumpen 3 løftes ut fra vannet, for derved å unngå innvirkningen fra den omgivende temperaturen. Tappingen kan eksempelvis skje ved å åpne ventilen 9, omgå ventilen 7, og avlaste systemet ved å kommunisere fluid til akkumulatorene 5.1 én utførelse av oppfinnelsen er systemet dimensjonert slik at det har en kapasitet som er slik at et farlig trykknivå for barrierefluidet ikke vil kunne nås selv om systemet ikke tappes når det løftes ut fra vannet.

Fig. 3 viser et eksempel på en utførelse av trykkforsterkeren 8. Pl er omgivelsestrykket rundt systemet, og dette trykket virker på det dobbeltvirkende stempelets 14 første areal. Det andre arealet 13 til det dobbeltvirkende stempelet 14 er mindre enn det første arealet 12, og derfor vil trykket P2 som virker på barrierefluidet være større enn omgivelsestrykket Pl. Trykket som leveres med trykkforsterkeren 8 vil være en funksjon av omgivelsestrykket og arealforholdet. Arealforholdet dimensjoneres slik at en trykkforskjell mellom barrierefluidtrykket og omgivelsestrykket til enhver tid vil være større enn et på forhånd bestemt nivå.

Arealforholdet til det dobbeltvirkende stempelet 14 i fig. 3 er dimensjonert til ca. 1,3, men trykkforsterkeren vil også arbeide tilstrekkelig dersom arealforholdet er et annet enn 1,3, så lenge bare trykkforsterkerne i systemet er i stand til å trykksette barrierefluidet slik at den tilveiebrakte trykkforskjellen ligger innenfor det forhåndsbestemte trykkforskjellsområdet.

Trykkforsterkeren 8 vil naturligvis arbeide på en reversert måte under oppstigning og nedstigning. Det dobbeltvirkende stempelet 14 vil bevege seg i retningen fra den første endestopperen 15 og til den andre endestopperen 16 under en nedstigning, og vil bevege seg i retning fra den andre endestopperen 16 og til den første endestopperen 15 under en oppstigning. Under oppstigning vil det dobbeltvirkende stempelet 14 være plassert i en endestilling ved den andre endestopperen 16 før systemet 10 tilknyttes den undersjøiske pumpen 3.

Claims (9)

1. System for trykksetting av barrierefluid i en neddykkbar installasjon for å tilveiebringe en trykkforskjell mellom omgivelsestrykket rundt den neddykkbare installasjonen og barrierefluidtrykket til den neddykkbare installasjonen, hvor trykkforskjellen ligger i et forhåndsbestemt trykkforskjellsområde, hvilket system innbefatter et forladingsarrangement og minst én trykkforsterker, - dersom omgivelsestrykket ved start av systemet er på et lavere nivå enn trykkforsterkerens starttrykk, tilveiebringer forladingsarrangementet trykkforskjellen inntil trykkforsterkerens starttrykk er nådd, hvoretter den minst ene trykkforsterkeren tilveiebringer trykkforskjellen, - dersom omgivelsestrykket ved start av systemet i hovedsaken er lik trykkforsterkerens starttrykk, så tilveiebringer den minst ene trykkforsterkeren trykkforskjellen proporsjonalt i avhengighet av omgivelsestrykket.

2. System ifølge krav 1, karakterisert vedat forladingsarrangementet innbefatter minst én akkumulator.

3. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat trykkforsterkeren innbefatter minst én sylinderenhet med et stempel hvor størrelsen til et første stempelareal er større enn størrelsen til et andre stempelareal.

4. System ifølge foregående krav, karakterisert vedat det første stempelarealet er eksponert mot omgivelsestrykket, og at det andre stempelarealet har kontakt med barrierefluidet.

5. System ifølge foregående krav, karakterisert vedat den neddykkbare installasjonen kan være en undervannspumpe, en undervannskompressor eller et annet utstyr som skal beskyttes ved hjelp av trykksetting av et barrierefluid.

6. System ifølge krav 1, karakterisert vedat en tilbakeslagsventil er anordnet for isolering av forladingsarrangementet.

7. Fremgangsmåte for trykksetting av fluidbarriere i en neddykkbar installasjon i et system ifølge et av kravene 1-6, karakterisert vedat under neddykkingen av systemet i et første begynnende dybdeintervall vil forladingsarrangementet tilveiebringe den forutbestemte trykkforskjellen, mens en ytterligere neddykking av systemet til installasjonsstedet medfører at trykkforsterkeren leverer den forhåndsbestemte trykkforskjellen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat ved en videre neddykking av systemet dypere enn det første begynnende dybdeintervallet, vil en tilbakeslagsventil isolere forladingsarrangementet.

9. Fremgangsmåte for trykksetting av et fluidbarrierearrangement i en neddykkbar installasjon i samsvar med ett av kravene 7 eller 8, når den neddykkbare installasjonen bringes fra installasjonsstedet og til vannoverflaten, idet den forutbestemte trykkforskjellen tilveiebringes av trykkforsterkeren.