NO328992B1 - Overtrykkbeskyttelsessystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder et overtrykksbeskyttelsessystem. Overtrykkbe-skyttelsessystemet beskytter en innretning for å håndtere fluid ved et lavt trykk, slik som en rørledning eller et anlegg, fra å bli utsatt for et overtrykk. Et overtrykk er et trykk som overstiger det maksimale tillatte betjeningstrykket til innretningen for å håndtere lavtrykksfluid.

Innretningen er tilkoplet til høyttrykkskilden med et rør. For å kontrollere fluidtrykket i innretningen, er en trykkreduksjonsventil anordnet i røret. For å beskytte innretningen fra overtrykk, er overtrykksbeskyttelsessystemet fremskaffet i røret nedstrøms til trykkreduksjonsventilen.

Overtrykksbeskyttelsessystemet beskytter lavtrykksinnretningen fra overtrykk forårsaket av kollaps av oppstrømstrykkreduksjonssystemet. I tillegg beskytter det innretningen fra overtrykk som et resultat fra å lukke fluidstrømmen i nedstrømslavtrykksinnretningen. En feil i overtrykksbeskyttelsessystemet ville forårsake trykket i lavtrykksinnretningen å bli likt det høye trykket til oppstrømsfluidkilden.

Et konvensjonelt overtrykksbeskyttelsessystem omfatter en stengeventil som lukker hvis trykket i lavtrykkshåndteringssystemet overstiger en forutbestemt verdi, og en mekanisk sikkerhetsventil som åpner hvis trykket i lavtrykkhåndteringssystemet overstiger en forutbestemt verdi for å beskytte mot kollaps av stengeventilen. En ulempe med det konvensjonelle overtrykksbeskyttelsessystemet er at høye trykkilder forblir tilkoplet til lavtrykkshåndteringssystemet i tilfellet stengeventilen ikke fungerer og den mekaniske sikkerhetsventilen åpner. Dessuten hadde søkeren studert påliteligheten av slike sikkerhetsventiler, og funnet at antallet av feil pr. tidsenhet var vesentlig, mer enn fem feil i et tjenesteliv på 1000 år.

Det er formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et overtrykkbeskyttelsessystem som har en veldig lav feilrate.

Frem til i dag, omfatter overtrykksbeskyttelsessystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse en rørseksjon som strekker seg mellom en trykkreduksjonsventil og et lavtrykksfluidhåndteringssystem, en stengeventil fremskaffet med en aktuator anordnet i rørseksjonen, trykksensorer anordnet en på hver side av stengeventilen i rørseksjonen, et sikkerhetskontrollsystem som kommuniserer med aktuatoren og trykksensorene som produserer et signal når det oppdager et høyt trykk i rørseksjonen, og et selvdiagnosesystem for å sjekke stengeventilen og trykksensorene som kommuniserer med aktuatoren, trykksensorene og sikkerhetskonstrollsystemet, hvor selvdiagnosesystemet produserer et signal når det oppdager en feil i enten stengeventilen eller trykksensorene eller begge.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i mer detalj med referanse til de vedlagte tegningene, som viser skjematisk et rør 1, hvor røret 1 omfatter en første rørseksjon la som strekker seg fra kilde 2 med høyt trykk til en trykkreduksjonsventil 4, og en andre rørseksjon lb som strekker seg fra trykkreduksjonsventilen 4 til et lavttrykks-fluidhåndteringssystem 6.

I den andre rørseksjonen lb er det anordnet en stengeventil 8 fremskaffet med en aktuator 9. Stengeventilen 8 er for eksempel en kuleventil. I tillegg er trykksensorene 10 og 11 anordnet på hver sin side av stengeventilen 8 i rørseksjonen lb.

Overtrykksbeskyttelsessystemet omfatter videre et sikkerhetskontrollsystem 15 som instruerer aktuatoren 9 via røret 20. Sikkerhetskontrollsystemet 15 kommuniserer ytterligere med sensorene 10 og 11 via rørene 25 og 27 som overfører sensorsignalene til sikkerhetskontrollsystemet 15. Passende er rørene 20, 25 og 27 rør som overfører elektriske signaler. Imidlertid kan rørene også overføre hydrauliske eller mekaniske signaler, eller de kan bli erstattet av et kommunikasjonssystem basert på radiosignaler. Sikkerhetskontrollsystemet 15 produserer et signal 28 når det oppdager et høyt trykk i rørseksjonen 1.

Under normal drift, vil sikkerhetskontrollsystemet 15 forårsake stengeventilen 8 anordnet i rørseksjonen lb til å forbli i en åpen posisjon så lenge som trykksensorene 10 og 11 føler et trykk som er under en forutbestemt verdi. Imidlertid, hvis noen av trykksensorene 10 og 11 føler et trykk som overstiger den forutbestemte verdien, vil sikkerhetskontrollsystemet 15 forårsake aktuatoren 9 til å lukke stengeventilen 8. På denne måten er lavtrykksinnretningen beskyttet fra et overtrykk. I tillegg er et varselsignal gitt til en operatør, og passende, vil dette varselsignalet også forårsake avbrytelse i driften til lavtrykksfluidhåndteringssystemet. I tilfelle hvor lavtrykksfluidhåndteringssystemet er en rørledning, vil rørledningen bli lukket, og i tilfelle lavtrykksfluidhåndteringssystemet er et anlegg, vil driften av anlegget bli avbrutt.

Sikkerhetskontrollsystemet 15 kan drive aktuatoren 9 direkte, eller det kan gi beskjed om en separat energikilde til å gi energi til aktuatoren 9.

Overtrykksbeskyttelsessystemet omfatter videre et selvdiagnosesystem 30, for å sjekke stengeventilen 8 og trykksensorene 10 og 11. Selvdiagnosesystemet 30 produserer et signal 31 når det oppdager en feil i stengeventilen 8 eller trykksensorene 10 og 11 eller både stengeventilen 8 og trykksensorene 10 og 11. Signalet 31 er gitt til en operatør, og passende, vil dette signalet 31 også forårsake avbrytelse i driften av lavtrykksfluidhåndteringssystemet innen en forutbestemt tid. I tilfelle lavtrykksfluidhåndteringssystemet er en rørledning, vil rørledningen bli lukket, og i tilfelle hvor lavtrykksfluidhåndteringssystemet er et anlegg, vil driften av anlegget bli avbrutt. Selvdiagnosesystemet 30 kommuniserer med sikkerhetskontrollsystemet 15, med aktuatoren 9 og med trykksensorene 10 og 11. Kommunikasjonen med aktuatoren 9 og med trykksensorene 10 og 11 er via de samme rørene som sikkerhetskontrollsystemet 15. Alternativt er denne kommunikasjonen gjort via sikkerhetskontrollsystemet 15.1 tilfelle instruksjon er sendt til aktuatoren via røret 20, er instruksjonen lagt til en instruksjon fra sikkerhetskontroll systemet 15, på en slik måte at, i tilfelle av en nødsituasjon, vil instruksjonene fra sikkerhetskontrollsystemet 15 overstyre enhver instruksjon fra selvdiagnosesystemet 30. Informasjon om energi tilført til aktuatoren 9 og posisjonen til ventillegemet (ikke vist) er følt av sensorkommunikasjonen 32 tilkoplet til aktuatoren ved røret 23a og ventilspindelen ved røret 32b. Informasjonen er fremskaffet til selvdiagnosesystemet via rør 33. Passende er rør 33 et rør som overfører elektriske signaler, men imidlertid kan røret også overføre hydrauliske eller mekaniske signaler, eller det kan bli erstattet av et kommunikasjonssystem basert på radiosignaler.

Det vil bli forstått at et upålitelig overtrykksbeskyttelsessystem er uønsket. Selvdiagnosesystemet 30 produserer et signal 31 når det oppdager en feil i enten stengeventilen 8 eller trykksensorene 10 og 11 eller i begge. For å kunne oppdage en feil, er selvdiagnosesystemet 30 programmert til å utføre sekvensielt flere tester. Selvdiagnosesystemet 30 øker vesentlig påliteligheten til overtrykksbeskyttelsessystemet.

Selvdiagnosesystemet 30 er passende programmert slik at det utfører en test av overtrykksbeskyttelsessystemet, som er konstruert til å teste riktig utførelse av trykksensorene 10 og 11, aktuerte stengeventil 8 og kommunikasjonslinjene som strekker seg mellom sensorene 10 og 11, aktuatoren 9, og sikkerhetskontrollsystemet 15.

Systemtesten omfatter stegene med: å forskyve ventillegemet (ikke vist) til stengeventilen 8 slik at den starter lukkingen av stengeventilen 8; og avleser trykket målt av trykksensorene 10 og 11 oppstrøms og nedstrøms av stengeventilen 8; å stoppe forskyvningen av ventillegemet når trykkdifferansen over stengeventilen 8 er større enn en forutbestemt verdi og oppstrømstrykket er større enn nedstrømstrykket; og deretter gjenåpne stengeventilen 8.

I det første steget av denne testen, forårsaker selvdiagnosesystemet 30 via røret 20 å forskyve aktuatoren 9 for å starte forskyvningen av ventillegemet for å lukke stengeventilen 8. Hvis kjedereaksjonen som omfatter å sende instruksjonen for å lukke stengeventilen 8, å gjennomføre konstruksjonen og å føle effekten av å lukke stengeventilen 8 fungerer riktig, vil oppstrømssensoren 10 starte å måle et økende trykk som er større enn trykket målt av nedstrømstrykksensoren 11. Trykksignalene er videresendt via rørene 25 og 27 til selvdiagnosesystemet 30. Når trykkdifferansen over stengeventilen 8 er større enn en forutbestemt grense og oppstrømstrykket følt av sensoren 10 er større enn nedstrømstrykket følt av sensoren 11, instruerer selvdiagnosesystemet 30 å stoppe forskyvningen av ventillegemet til stengeventilen 8, og å deretter gjenåpne stengeventilen 8. Den forutbestemte grensen er slik valgt at trykkdifferansen over stengeventilen 8 ikke vesentlig påvirker driften av lavtrykksfluidhåndteringssystemet 6. I tilfelle hvor ingen trykkdifferanse er følt er et signal 31 gitt for å indikere at delene i kjedereaksjonen er feilaktige.

Under systemtest føler selvdiagnosesystemet 30 og registrerer forskyvning av ventillegemet og energien tilført til aktuatoren og sammenlikner dem med forventet forskyvning og energi. I dette steget er alle funksjoner til stengeventilen 8 og trykksensorene 10 og 11 oppstrøms og nedstrøms til ventilen 8 sjekket.

Selvdiagnosesystemet 30 produserer et signal 31 som indikerer at enten var testen vellykket som indikerer at stengeventilforskyvningen og energitilførselen til aktuatoren sammenliknet og fordelaktig i forhold til forventet eller testen var ikke vellykket som indikerer at stengeventilforskyvningen og energien ikke var sammenliknet fordelaktig med hva som var forventet. Frem til nå er selvdiagnosesystemet 30 ytterligere programmert til å utføre stegene med: å forårsake aktuatoren 9 til å forskyve ventillegemet til stengeventilen 8; å sammenlikne forskyvningen av ventillegemet og energien tilført til aktuatoren med forventet forskyvning og energi; og å gi et signal 31 hvis enten forskyvningen eller energien ikke er som forventet. Selvdiagnosesystemet 30 forårsaker aktuatoren 9 til å forskyve slik at den lukker stengeventilen 8, ved å tilføre energi til aktuatoren 9. Energien tilført til aktuatoren og posisjonen av ventillegemet er registrert av sensorkombinasjonen 32 og via røret 33 er informasjonen fremskaffet til selvdiagnosesystemet 30. Selvdiagnosesystemet 30 gir et signal 31 hvis enten forskyvningen eller energien ikke er som forventet. Denne testen er en ventiltest.

Det vil bli forstått at hvis stengeventilen 8 er elektrisk aktuert, kan strømmen som strømmer til aktuatoren bli benyttet, i stedet for energien. Hvis aktuatoren er en aktuator drevet av et fluid, slik som luft, er trykket til fluidet benyttet. Strømmen eller trykket er følt av sensorkommunikasjonen 32 og fremskaffet til selvdiagnosesystemet 30 gjennom røret 33.

I ventiltesten, kan forskyvning av ventillegemet bli gjort over en del av slaglengden til ventillegemet til stengeventilen 8, eller over hele slaglengden til ventillegemet til stengeventilen 8.

I tillegg til denne periodiske testen av overtrykksbeskyttelsessystemet, er trykksensorene 10 og 11 kontinuerlig overvåket av selvdiagnosesystemet 30, når stengeventilen 8 er i åpen posisjon. For å utføre denne sensortesten, er selvdiagnosesystemet 30 ytterligere programmert til å utføre stegene med: å måle kontinuerlig trykkene med trykksensorene 10 og 11; å kalkulere trykkdifferansen; og å gi et signal 31 hvis differansen er større enn en forutbestemt grense. Denne testen er passende utført kontinuerlig så lenge stengeventilen 8 er åpen, og fremskaffer en sjekk på trykksensorene 10 og 11. Signalene til trykksensorene 10 og 11 er videresendt til selvdiagnosesystemet 30 via henholdsvis rørene 25 og 27. Trykkdifferansen og trykksensorene 10 og 11 jobber korrekt hvis den absolutte verdien til trykkdifferansen er mindre enn en forutbestemt grense. Imidlertid, hvis dette ikke er tilfelle, er et signal 31 gitt for å indikere at en feil er oppdaget i trykksensorene 10 eller 11. I tillegg er stengeventilen 8 lukket innenfor en forutbestemt tid, hvis ikke feilen er rettet på, for å kunne stenge lavtrykksinnretningen. Det vil bli forstått at en liten variasjon i strømningen gjennom rørseksjonen 1 vil forårsake et trykkfall over stengeventilen 8, og at, når en definerer den forutbestemte grensen, skal dette trykkfallet bli tatt inn i vurderingen.

Systemtesten og ventiltesten kan bli utført en etter den andre i en runde av tester med jevne mellomrom mellom rundene av tester, hvor sensortesen er gjort kontinuerlig i intervaller mellom to runder av tester. Alternativt, kan hver test bli utført med jevne mellomrom, hvor tiden mellom to tester er forskjellig fra hver av testene. I figuren har vi et selvdiagnosesystem 30 som er del av sikkerhetskontrollsystemet 15. Imidlertid, kan selvdiagnosesystemet være separat fra sikkerhetskontrollsystemet, forutsatt at kommunikasjonslinjene er slik tilkoplet at den ovenfor beskrevne funksjonaliteten er opprettholdt.

I utførelsen av oppfinnelsen som beskrevet med referanse til figuren, inneholdt rørseksjonen 1 en enkel stengeventil 8 fremskaffet med en oppstrømstrykksensor 10 og en nedstrømstrykksensor 11. Alternativt, kan rørseksjonen igjen være fremskaffet med to eller flere stengeventiler i serie, som hver har en oppstrømstrykksensor og en nedstrømstrykksensor. I tilfelle hvor det er to trykksensorer mellom to nærliggende stengeventiler, kan en av de to trykksensorene bli utelatt slik at nedstrømstrykksensoren til den ene stengeventilen er oppstrømstrykksensoren til den andre stengeventilen. Den ovenfor beskrevne testen er deretter utført for de to eller flere ventilene individuelt. Stengeventilene kan ha sine egne selvdiagnosesystem og et felle sikkerhets-kontrollssystem, eller et sikkerhetskontrollsystem for hver stengeventil. Alternativt, kan stengeventilene ha et selvdiagnosesystem og et sikkerhetskontrollsystem som arbeider mot alle stengeventilene. Foreliggende oppfinnelsen et overtrykkbeskyttelsessystem med en økende pålitelighet slik at det ikke er noe behov for et trykkavlastningssystem. En konfigurasjon hvor overtrykksbeskyttelsessystemet i henhold til oppfinnelsen omfatter to stengeventiler kan oppnå en feilrate på mindre enn 1 gang i en driftstid på 50 000 000 år til overtrykksbeskyttelsessystemet.

Claims (8)

1. Et overtrykksbeskyttelsessystem,karakterisert vedå omfatte en rørseksjon (I) som strekker seg mellom en trykkreduksjonsventil (4) og et lavtrykksfluidhåndteringssystem (6), en stengeventil (8) fremskaffet med en aktuator (9) anordnet i rørseksjonen (1), trykksensorer (10,11) anordnet en på hver side av stengeventilen (8) i rørseksjonen (1), et sikkerhetskontrollsystem (15) som kommuniserer med aktuatoren (9) og trykksensorene (10,11) og produserer et signal (31) når det oppdager et høyt trykk i rørseksjonen (1), og et selvdiagnosesystem (30) for å sjekke stengeventilen (8) og trykksensorene (10,11) som kommuniserer med aktuatoren (9), trykksensorene (10,11) og sikkerhetskontrollsystemet (15), hvor selvdiagnosesystemet (30) produserer et signal(31) når det oppdager en feil i enten stengeventilen (8) eller trykksensoren (10,11) eller begge.

2. Overtrykksbeskyttelsessystem ifølge krav 1,karakterisert vedat signalet (31) er et varselsignal til en operatør i tilfelle av en feil.

3. Overtrykksbeskyttelsessystem ifølge krav 1,karakterisert vedat signalet (31) også vil forårsake avbrytelse i driften til lavtrykksfluidhåndteringssystemet (6) innenfor en predefinert tid.

4. Overtrykksbeskyttelsessystem ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat selvdiagnosesystemet (30) er programmert til å utføre, når stengeventilen (8) er fullt åpen, stegene med: å måle kontinuerlig trykkene med trykksensorene (10,11); å kalkulere trykkdifferansen; og å gi et signal hvis differansen er større enn en predefinert grense.

5. Overtrykksbeskyttelsessystem ifølge krav 4,karakterisert vedat selvdiagnosesystemet (30) er videre programmert til å utføre stegene med: å forskyve ventillegemet til stengeventilen for å starte og lukke stengeventilen (8); å registrere trykkene målt av trykksensorene (10,11) oppstrøms og nedstrøms til stengeventilen (8); å stoppe forskyvningen av ventillegemet når trykkdifferansen over stengeventilen (8) er større enn en forutbestemt grense og oppstrømstrykket (10) er større enn nedstrømstrykket (II) ; å deretter gjenåpne stengeventilen (8).

6. Overtrykksbeskyttelsessystem ifølge ett av kravene 4 eller 5,karakterisertved at selvdiagnosesystemet (30) er ytterligere programmert for å utføre stegene med: å forårsake aktuatoren (9) til å forskyve ventillegemets stengeventil (8); å sammenlikne forskyvningen av ventillegemet og energien tilført aktuatoren (9) med forventet forskyvning og energi; og å gi et signal hvis enten forskyvningen eller energien ikke er som forventet.

7. Overtrykksbeskyttelsessystem ifølge krav 6,karakterisert vedat forskyvningen av ventillegemet til stengeventilen (8) er gjort over en del av slaglengden til ventillegemet.

8. Overtrykksbeskyttelsessystem ifølge krav 6,karakterisert vedå forskyve ventillegemet til stengeventilen (8) over hele slaglengden til ventillegemet.