NO326691B1 - Trykksensorenhet - Google Patents

Abstract

En trykksensorenhet (1) består av en skaftdel (2) tilpasset for å innføres i en åpning (24) gjennom en rørvegg (14) eller kammervegg, og en flensdel (17) festet på skaftdelens ytre ende (18) for å gi tetning rundt åpningens ytterende (19). Skaftdelens innerende (6) når inn til kontakt med et prosessfluidum (16) hvis trykk skal måles. Innerenden (6) er forsynt med perforeringer (22) for å slippe prosessfluidet inn i skaftdelens indre rom. I det indre rom og rett bak innerenden (6) er det anbrakt en blokk (8) som utgjør en base for en skillemembran (7) for overføring av prosessfluidets trykk via et hydraulikkrør (10) til et trykksensorelement (4) i flensdelen (17). Flensdelen (2) utformes som et tynnvegget rør, hvilket muliggjøres på grunn av trykkutlikning innvendig. Dermed oppnås store kostnadsbesparelser ved fremstilling av trykksensorenheten.

Description

TRYKKSENSORENHET

Foreliggende oppfinnelse angår en trykksensorenhet til bruk fortrinnsvis i undersjøiske anlegg for transport og prosessering av hydrokarbonstrømmer, spesielt i forbindelse med "juletre-anordninger" på havbunnen. Trykkmålinger er nødvendige på mange forskjellige punkter i slike anlegg. Trykksensorenheten ifølge oppfinnelsen er allikevel ikke begrenset til slik bruk, men kan generelt benyttes der et rør eller kammer som inneholder et prosessfluidum, har et hull eller en åpning gjennom en vegg hvor en trykksensorenhet kan innføres og festes tettende til veggens utside, og slik at en indre ende av sensorenheten møter prosessfluidum-miljøet.

I den vedføyde fig. 1 vises et generelt eksempel på montasje av en generell trykksensorenhet 1 gjennom en rørvegg 14, for måling av trykk i et prosessfluidum 16. Det er forboret et hull 25 gjennom rørveggen 14, og i det viste tilfellet er det i tillegg anordnet en stuss 15 med mottaks-flens ytterst. Trykksensorenheten 1 er laget av to hoveddeler, en flensdel 7 og en skaftdel 2, slik at skaftdelen 2 er tilpasset hullet 25 i lengde og diameter, dog med diameter-klaring slik at skaftdelen skal kunne føres inn og ut uten problem. Det er derimot viktig at flensdelen 17 tetter godt mot sitt anlegg (stussens mottaks-flens), for det kan forekomme store trykkforskjeller mellom prosessfluidum-miljøet i røret og miljøet på utsiden av røret (typisk havbunnstrykk, mens trykket i røret gjenspeiler trykket i hydrokarbon-reservoarer langt nede i undergrunnen).

Skaftdelens innerende 6 er vist omtrent "flush" med rørveggens indre overflate, hvilket er en gunstig plassering med hensyn på å unngå unødvendig slitasje på skaftdelen, både fra eventuell mekanisk erosjon på grunn av prosessfluidets bevegelse, og fra kjemisk (korroderende) virkning fra prosessfluidet 16.

Virkemåten er slik at et trykksensorelement som inneholdes i trykksensorenheten 1, utsettes for prosessfluidets trykk, men via en skillemembran anordnet i skaftdelens innerende 6 og en hydraulisk olje mellom skillemembranen og selve trykksensorelementet. Signalledning føres fra trykksensorelementet og ut gjennom flensdelen 17, eventuelt inneholder flensdelen ytterligere elektronikk for behandling av rykksignalet før det føres ut.

Tidligere kjente utførelsesformer av slike trykksensorenheter 1 som vises generelt i fig. 1, fremgår av fig. 2 og fig. 3.

I fig. 2 vises en utførelsesform med såkalt "frontmontert sensorelement". Her er et sensorelement 4 montert helt i skaftdelens innerende 6, i et sensorkammer 20 som nærmest går i ett med et rom 21 bak skillemembranen 7, dvs. et rom som membranen kan bøye seg inn i. I denne utførelsesformen føres da signalledning 13 ut av trykksensorenheten 1 gjennom en indre, langsgående boring i skaftdelen 2. Innerenden av skaftdelen 2 utgjøres her konkret av en sensorelementholder 3, som i likhet med veggen i skaftdelen 2 består av tykt og bestandig spesial-materiale, typisk "Inconel 625" eller høyere kvalitet.

Sensorelementet 4 vil her også ofte benyttes til måling av temperatur, siden det befinner seg så nært til selve prosessfluidet. Ledning 12 er angitt som temperatursignalledning. Sensorelementet 4 må da selvfølelig være i stand til å tåle høye temeraturer.

Et annerledes prinsipp benyttes i utførelsesformen som vises i fig. 3, nemlig med såkalt "tilbaketrukket sensorelement" eller "remote seal". Her overføres prosessfluidets trykk via en skillemembran 7 gjennom et hydraulikkrør 10 tilbake til flensdelen 17, hvor trykksensorelementet 4 befinner seg i en sensorelementholder 3 med et sensorkammer 20. En fordel med en slik konstruksjon er at da trenger trykksensorelementet 4 bare å oppleve en begrenset temperatur på grunn av kjøling fra det ytre miljøet, som typisk er sjøvann. Prosessfluidets temperatur kan ofte ligge betydelig over hva trykksensorelementet 4 normalt kan tåle.

Det vil da normalt være anordnet et særskilt temperatursensorelement 9 i en solid blokk 8 som utgjør en membranbase for skillemembranen 7 ved skaftdelens innerende 6. Membranbasen/blokken 8 er utformet konisk bak skillemembranen 7 for å tilveiebringe det nødvendige rom 21 for innbøyning av membranen. Signalledning 12 strekker seg fra temperatursensorelementet 9, parallelt med hydraulikkrøret 10, inne i en langsgående boring i skaftdelen 2. Veggen i skaftdelen 2 er for øvrig tilsvarende tykk og solid som i utførelsesformen vist i fig. 2, og er laget av tilsvarende høykvalitets-matriale. Blokken/membranen 8 er laget av samme slags materiale.

Hydraulikkrøret 10 som overfører prosessfluidets trykk til sensorkammeret 20 opp i flensdelen 17, løper gjennom den indre boringen i skaftdelen, som i prisipp har det ytre miljøets (lavere) trykk, og hydraulikkrøret 10 må derfor være av solid type for å tåle trykkforskjellen. Trykkforskjellen må også opptas/tåles av sensorelementholderen 3 og en trykkport-del 5 som sensorelementholderen og hydraulikkrøret er festet til.

Tidligere kjent teknikk innen området med trykksensorenheter, representeres for øvrig av det som er kjent fra publikasjonene WO 2004/097361, WO 02/40957, EP 1128172 og US 2006/0201265. Den førstnevnte publikasjonen, WO 2004/097361, viser en trykksensorenhet for utvendig anbringelse, dvs. med en skaftdel som befinner seg utenfor veggen som avgrenser røret eller kammeret med prosessfluidum, og da med en flensdel som befinner seg innenfor skaftdelen, dvs. motsatt av den teknikk som er beskrevet i fig. 1, 2 og 3 og som foreliggende oppfinnelse tar utgangspunkt i. Publikasjonen viser imidlertid et sentralt anbrakt hydraulikkrør som overfører prosessfluidets trykk fra en skillemembran til et sensorkammer med et trykksensorelement, og oppviser temperaturmåling.

Fra WO 02/40957 er kjent en trykksensorenhet med noe annerledes konstruksjon. Også her forekommer en skillemembran og et hydraulikkrør som overfører prosessfluidets trykk til et trykksensorelement. Dessuten ser det ut til å forefinnes et arrangement for å utligne trykk i den interne hydraulikkoljen. Trykksensorenheten har ikke flensdel og skaftdel anordnet slik som i den nærmeste kjente teknikk som anvises i fig. 2 og 3.

EP 1128172 oppviser også en trykksensorenhet med skillemembran og hydraulikkrør til et indre kammer med trykksensorelement, men heller ikke denne trykksensorenhet har utforming tilpasset den anvendelse som er aktuell for herværende oppfinnelse.

US 2006/0201265 viser noen trykksensorkonstruksjoner, deriblant en med en flensdel og skaftdel hovedsakelig tilsvarende konstruksjonen som er av interesse i herværende oppfinnelse. Men skaftdelens omfatter ingen skillemembran og innvendig hydraulikkrør. Publikasjonen angår egentlig steriliserbare foringer til bruk sammen med måleanordninger.

Et problem med de tidligere kjente sensorenhetene av den type som er vist i fig. 2 og 3, er at de er kostbare. Materialprisen er en stor del av produksjonskostnaden. Kundene krever materialer som er ekstremt motstandsdyktige mot korrosjon. Ofte spesifiseres (som foran nevnt) "Inconel 625" eller høyere kvalitet. Slike materialer har høy pris i seg selv, og er dertil kostbare å maskinere.

For å oppnå lavere forbruk av høykostmateriale foreslår derfor foreliggende oppfinnelse å minske tykkelsen på skaftdelens vegg. Det er mulig å gå ned i veggtykkelse dersom man slipper prosessfluidum inn i skaftdelens indre rom. Derfor tilveiebringes i henhold til foreliggende oppfinnelse en trykksensorenhet slik som presist definert i det vedføyde patentkrav 1. Det spesielle med trykksensorenheten ifølge oppfinnelsen, er da at skaftdelens innerende er forsynt med perforeringer for å slippe prosessfluid inn i skaftdelens indre rom, og at skillemembranen er anbrakt på en blokk opphengt i skaftdelens indre rom umiddelbart bak perforeringene.

Foretrukne og fordelaktige utførelsesformer av trykksensorenheten ifølge oppfinnelsen, fremgår av de uselvstendige patentkravene 2-5.

For å belyse oppfinnelsen nærmere, skal i det følgende utførelseseksempler omtales nærmere, og det vises i den forbindelse til de vedføyde tegningene, av hvilke

fig. 1 viser oversiktsmessig monteringsmåten for en trykksensorenhet av typen

ifølge oppfinnelsen, som omtalt foran;

fig. 2 viser en beslektet trykksensorenhet av kjent type, med frontmontert

sensorelement og tykkvegget skaftdel, allerede omtalt;

fig. 3 viser en nærmere beslektet trykksensorenhet av kjent type, med tilbaketrukket sensorelement, men stadig med tykkvegget skaftdel, omtalt i det ovenstående;

fig. 4 viser en foretrukket utførelsesform av trykksensorenheten ifølge foreliggende

oppfinnelse; og

fig. 5 viser en alternativ utførelsesform av trykksensorenheten ifølge oppfinnelsen.

I fig. 4 benyttes, så langt det går, de samme henvisningsbetegnelser for de samme figurelementer som allerede er vist i de foranstående figurene. Således ses, lengst til venstre i fig. 1, en enkel oversiktsskisse av trykksensorenheten 1, og det anvises et snittplan B-B gjennom en langsgående akse gjennom skaftdel 2 og flensdel 17. Snittet vises forstørret til høyre for den lille skissen.

På lignende måte som i fig. 3 gjenfinnes et hydraulikkrør 10 som overfører trykk med en hydraulikkolje til et sensorkammer 20 hvor et trykksensorelement 4 befinner seg. Også i herværende tilfelle overføres trykket fra et membranrom 21 bak en skillemembran 7 som møter prosessfluidet 16, men forskjellen er at skillemembranen 7 er montert på en egen blokk eller membranbase 8 som nå befinner seg inne i skaftdelens 7 indre rom. Denne blokken 8 holdes fast på plass like bakenfor skaftdelens innerende 6, og selve denne innerenden 6 er forsynt med perforeringer eller huller 22 for at prosessfluidum skal entre skaftdelens indre rom.

Ved at prosessfluidum slipper inn, behøver ikke skaftdelens vegg å ha noen særlig tykkelse, og man kan spare mye dyrebart materiale. Det er dessuten slik at det ofte er ønskelig fra kundenes side med forskjellige lengder på skaftdelen, fra prosjekt til prosjekt. Det er derfor en stor kostnadsbesparelse at nettopp skaftdelen 2 kan lages av et tynnvegget rør, istedenfor fra en massiv stang hvor man i tidligere teknikk borer ut et relativt tynt hull. Det er i stedet mulig å anskaffe slike tynnveggede rør i metervare, og å kutte til riktig lengde i en enkel operasjon.

I detaljskissen C i fig. 4, fremgår løsningen ifølge utførelseseksemplet mer nøyaktig. Her vises et temperatursensorelement 9 som omgis av et helsveiset rør II som også fører signalledning 12 tilbake til flensdelen 17. Røret 11 må være korrosjons- og trykkbestandig.

Derimot behøver nå ikke hydraulikkrøret 10 å være spesielt sterkt, siden trykket inni og utenfor røret 10 er tilnærmet det samme. Hydraulikkrøret 10 må imidlertid være laget av et materiale som er korrosjonsbestandig, siden det omgis av prosessfluidum.

Membranbasen/blokken 8 holdes på plass av en festeanordning 24 på skaftdelens innervegg.

I en gunstig utførelsesform utføres skaftdelens innerende av en spesiell lukningsdel 6 som omfatter perforeringene 22, og som er festet "butt-i-butt" til det tynnveggede røret som utgjør skaftdelens hovedpart, ved sveising eller annen egnet feste måte.

I detaljskissen D fremgår løsningen ifølge det viste utførelseseksemplet øverst, dvs. i flensdelen 17. Gjennomføring for temperatursignalledning 12 vises, og signalledningen 13 fra trykksensorelementet 4 vises også (dog ikke helt gjennom til element 4, men det er selvfølgelig slik i virkeligheten). Omtrent på samme måte som i fig. 2 er sensorelementet 4 anbrakt i et sensorkammer 20 hvor hydraulikk-røret 10 ender. Sensorkammeret 20 er utboret i en sensorelementholder 3 som igjen er festet til en trykkport 5, og både trykkport 5 og elementholder 3 er festet trykktett til den omgivende flensdelen 17.

Når trykksensorelementet ifølge oppfinnelsen benyttes, slippes prosessfluidet og dets trykk lengre opp mot flensdelen 17 enn i de tidligere kjente sensorenhetene. Det er derfor viktig at flensdelen 17 tetter godt, og at alle gjennomføringer og sammenføyninger i denne er trykksikre. Normalt vil det for eksempel benyttes en metallpakning mellom selve flensdelen 17 og dens motstående anleggsdel, se flens på stussen 15 i fig. 1. Flensene klemmes sammen av et antall bolter.

I den viste utførelsesformen er membranbasen/blokken 8 festet med en festeanordning 24 til skaftdelens, dvs. det tynne rørets, innervegg. Det er imidlertid alternativt mulig å feste blokken 8 til lukningsdelen 6, eller mer generelt til baksiden av innerenden 6, slik det vises i fig. 5, som for øvrig er selvforklarende med en alternativ utførelse med slikt feste av blokk 8. Skillemembranen 7 blir da ganske liten.

I den generelle fig. 1 vises montering av trykksensorenhet 1 ned gjennom en stuss 15 med flensdel øverst. Ofte monteres imidlertid en sensorenhet 1 rett inn i et hull i en blokk. Det er da maskinert et sete for metallpakning og ytre flensdel på blokken, og det er laget gjengede hull rundt hullet for fastskruing av sensorenhetene.

Avslutningsvis skal nevnes at fordelen som oppnås med foreliggende oppfinnelse, er av kostnadsmessig type, mens den tekniske ytelse beholdes uforandret. Man oppnår lavere materialforbruk og mindre bearbeiding gjennom foreliggende oppfinnelse, som kan kalles en trykksensorenhet med trykk-kompensert skaft. Med andre ord: Ved å slippe inn prosessfluidet i skaftdelen gjennom perforeringer, kan skaftdelens vegg være tynn, og dette gir den ønskede kostnadsbesparelse.

Claims (5)

1. Trykksensorenhet for montasje i en åpning (24) gjennom en rørvegg (14) eller kammervegg, for måling av trykk i et prosessfluid (16) i røret/kammeret, hvilken trykksensorenhet omfatter; en skaftdel (2) som stikker inn gjennom åpningen (24) og har en innerende (6 ) som stikker inn i prosessfluidet, en flensdel (17) festet på skaftdelens ytre ende (18) for å tilveiebringe tetning mot åpningens ytterende (19 ), et trykksensorelement (4) anordnet i et sensorkammer (20) i flensdelen (17), og et hydraulikkrør (10) anordnet hovedsakelig langs skaftdelens (2) lengde mellom sensorkammeret (20) og et membranrom (21) bak en skillemembran (7) som overfører prosessfluidets trykk til et hydraulikkfluid i hydraulikkrøret, hvilken skillemembran (7) er anbrakt ved skaftdelens innerende (6), karakterisert ved at skaftdelens innerende (6) er forsynt med perforeringer (22) for å slippe prosessfluid inn i skaftdelens (2) indre rom, og at skillemembranen (7) er anbrakt på en blokk (8) opphengt i skaftdelens (2) indre rom umiddelbart bak perforeringene (22).

2. Trykksensorenhet ifølge krav 1, karakterisert ved at skaftdelens innerende omfatter en særskilt lukningsdel (6) med perforeringene, festet på et tynnvegget rør (2) som utgjør resten av skaftdelen.

3. Trykksensorenhet ifølge krav 1, karakterisert ved at hydraulikkrøret (10) er laget av korrosjonsbestandig materiale for å tåle kontakt med prosessfluidet.

4. Trykksensorenhet ifølge krav 1, karakterisert ved at skaftdelens innerende (6) også omfatter et hull (23) for gjennomføring av et temperatursensorelement (9) som stikker noe videre inn i prosessfluidet.

5. Trykksensorenhet ifølge krav 4, karakterisert ved at et særskilt rør (11) i skaftdelens indre rom omgir en signalledning (12) som strekker seg fra flensdelen (17) og frem til temperatursensorelementet (9).