NO332761B1 - Undersjoisk ventilsystem og fremgangsmate for beskyttelse herav - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører undersjøisk ventilsystem som innbefatter en ventil, en fluidtilførselsledning som kan forbindes med en fjerntliggende fluidtilførsel og er i forbindelse med et innløp i ventilen, et utløp i ventilen som kan forbindes med en fluidutløpsledning, og et fluidtett hus som i det minste delvis omslutter ventilen. Ifølge oppfinnelsen innbefatter fluidtilførselsledningen et utløp inne i huset, hvorved det etableres et trykk inne i huset som i hovedsaken svarer til tilførselsfluidets trykk ved ventilinnløpet. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for beskyttelse av et undersjøisk ventilsystem.

Description

Oppfinnelsen vedrører et undersjøisk ventilsystem, samt en fremgangsmåte for beskyttelse av et ventilsystem. Ved oppfinnelsen oppnås det en øket anvendbarhet for vanlige ventiler i et undersjøisk miljø.

I de fleste undersjøiske applikasjoner brukes elektrisk-hydrauliske ventiler for styring av utstyr så som prosessventiler (åpning og lukking) og aktuatorer. Ventilene drives enten med elektrisk energi som tilføres direkte fra overflaten gjennom separate elektriske ledninger, eller ved hjelp av elektrisk energi i ledninger fra et lokalt undersjøisk styresystem. Ventilene kan være anordnet inne i en undersjøisk beholder (kapsel) sammen med det undersjøiske styresystemet, eller kan være anordnet i en viss avstand fra styresystemet, vanligvis også i en dedikert beholder. Hovedhensikten med beholderen er å tilveiebringe en gunstig atmosfære for ventilhusene, og beholderen er derfor vanligvis fylt med et fluid som gir elektrisk isolasjon og korrosjonsbeskyttelse, vanligvis et hydraulisk fluid eller en silikonolje.

Væsken inne i beholderen holdes vanligvis under samme trykk som det omgivende eksterne trykket på vanndypet. Typisk vil det omgivende trykket være rundt 300 bar på 3000 meter vanndyp. Trykket inne i beholderen holdes derfor vanligvis også på tilnærmet 300 bar, idet man bruker trykkompenserende innretninger. Trykkompensatorer er typisk blærer som kan ekspandere eller trekke seg sammen for derved å kompensere for mindre endringer i fluidvolumet i beholderen som følge av temperatur- eller absoluttrykkendringer.

Når vanndypet øker vil også det eksterne overtrykket på utsiden av ventilhuset øke. Dersom fluidet som ventilen påvirker må holdes på et lavt trykk, så vil forskjellen mellom det styrte fluidtrykket og det omgivende trykket rundt ventilhuset øke. Eksempelvis vil det eksterne trykket ligge på ca. 500 bar på 5000 meter vanndyp, og dersom fluidtrykket er eksempelvis 100 bar, så vil trykkforskjellen som ventilen møter være 400 bar. Denne store trykkforskjellen kan være en utfordring for eksisterende, kvalifiserte ventiler.

Det er vanlig å trykkteste undersjøiske rørledningssystemer for derved å undersøke systemene med hensyn til lekkasje, og et testtrykk som ofte benyttes er 10000 psi, eller ca. 690 bar. Testtrykket virker i tillegg til det statiske dybdetrykket. På meget dypt vann kan det absolutte trykket under en trykktesting være meget høyt, typisk 1000 bar ved et vanndyp på 3000 meter.

De elektrisk-hydrauliske ventilene brukes noen ganger for styring av et barrierefluid som brukes inne i utstyr, typisk utstyr så som elektromotorer. Barrierefluidet holdes under et trykk på testtrykket pluss en liten margin for derved å sikre at det foreligger et positivt overtrykk, typisk 20-30 bar over testtrykket.

Dette betyr at eksempelvis på 3000 meter vanndybde, med eksempelvis et testtrykk på 10000 psi, vil væsken som den elektrisk-hydrauliske ventilen skal styre, holdes under 700+300+30=1030 bar ved innløps-/utløpsportene.

Dersom det i slike tilfeller benyttes en elektrisk-hydraulisk ventil som anordnes inne i et kammer hvor trykket er balansert mot det eksterne vanntrykket på det aktuelle dypet, så vil trykkforskjellen mellom det eksterne ventilhuset og væsken som styres kunne være meget stor, typisk 1030-300=730 bar. Denne store trykkforskjellen kan representere en utfordring for eksisterende, kvalifiserte ventiler.

Det skal vises til følgende publikasjoner som viser eksempler på kjent teknikk: N0324777, NO322680, NO321072.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å forbedre de foreliggende systemer eller fjerne noen av de problemene som er kjente i forbindelse med dagens systemer. Nok en hensikt er å tilveiebringe et ventilsystem som kan brukes på større vanndyp sammen med standard ventiler.

Disse hensikter oppnås med et ventilsystem ifølge oppfinnelsen og som angitt i de selvstendige patentkravene. Andre oppfinneriske trekk er definert i de uselvstendige patentkravene og i beskrivelsen.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt et undersjøisk ventilsystem innbefattende en ventil, en fluidtilførselsledning som kan forbindes med en fjerntliggende fluidtilførsel og er i forbindelse med et innløp i ventilen, et utløp i ventilen som kan forbindes med en fluidutløpsledning, og et fluidtett hus som i det minste delvis omslutter ventilen, kjennetegnet ved at fluidtilførselsledningen innbefatter et utløp inne i huset, hvorved det etableres et trykk i huset som hovedsaklig svarer til trykket i tilførselsledningen ved innløpet i ventilen.

Derfor kan ventilen betjenes med en mindre trykkforskjell mellom fluidet i ventilen og et fluid som omgir ventilen.

Ifølge et aspekt kan det fluidtette huset fullstendig omslutte ventilen. Det fluidtette huset kan da være et standard fluidtett hus som har åpninger for fluidtilførselsledningen til ventilen og for en utløpsledning fra ventilen. Det kan også forefinnes andre styrekabler som går inn i ventilen i huset. Huset kan også innbefatte andre ventiler og også styreenheter og annet utstyr.

Ifølge et annet aspekt kan den fjerntliggende fluidtilførselen være anordnet over overflaten til det vannet hvor ventilsystemet er neddykket. Fluidtilførselsledningen vil i et slikt tilfelle gå fra denne fjerntliggende fluidtilførselen over overflaten og til det undersjøiske ventilsystemet. I en annen utførelse kan også den fjerntliggende fluidtilførselen være neddykket, men være anordnet i en avstand fra ventilsystemet, eventuelt på samme eller et annet vanndyp som ventilsystemet.

Ifølge nok et aspekt kan ventilen være en elektrisk-hydraulisk ventil.

Ifølge nok et aspekt kan huset innbefatte minst én hovedventil og minst én pilotventil for drift av den i det minste ene hovedventilen, idet fluidtilførselsledningen er forbundet med både hovedventilen og pilotventilen. Det kan også foreligge én felles eller to separate fluidtilførselsledninger til to hovedventiler, idet én hovedventil da bare krever ett utløp fra én fluidtilførselsledning i huset for å etablere et trykk i huset som ligger tettere opptil det trykket som foreligger i ventilen enn det omgivende trykket på ventilsystemets sted.

Ifølge nok et aspekt kan huset være anordnet i en ytre beholder, hvilken ytre beholder holdes under et innsidetrykk som i hovedsaken er lik det foreliggende omgivende trykket på ventilsystemets anvendelsessted. I en annen utførelse kan ventilsystemet være forbundet med et neddykket pumpesystem, anordnet inne i en neddykket beholder.

Ifølge nok et aspekt kan utløpet fra fluidtilførselsledningen, inne i huset føre til et trykkompenseringssystem som er anordnet inne i huset. Dette trykkompenseringssystemet kan eksempelvis være et belgsystem, idet trykkompenseringssystemet overfører fluidtrykket i fluidtilførselsledningen til et fluid inne i huset, men uten at disse to fluidene blandes. På denne måten kan man fremdeles ha et driftsmessig gunstig fluid rundt ventilene, samtidig som dette kan trykksettes til et nivå lik fluidtrykket ved ventilinnløpet.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for beskyttelse av et undersjøisk ventilsystem hvor en ventil med et innløp og et utløp i det minste delvis er plassert inne i et fluidtett hus, idet en fluidtilførselsledning forbindes med innløpet i ventilen og med en fjerntliggende fluidtilførsel, et utløp i fluidtilførselsledningen tilveiebringes inne i huset, det tilveiebringes et tilførselsfluid i fluidtilførselsledningen hvorved ekstra fluid tilføres til inne i huset med etablering av et fluidtrykk inne i huset i hovedsaken lik trykket til tilførselsfluidet som tilføres gjennom fluidtilførselsledningen til ventilens innløp.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser utførelseseksempler. På tegningen er Fig. 1 en prinsippskisse som viser en mulig bruk av det undersjøiske ventilsystemet, og Fig. 2 viser en mulig utførelse av et ventilsystem ifølge oppfinnelsen. Foreliggende oppfinnelse vedrører et undersjøisk ventilsystem som er neddykket under en havoverflate 1, og i noen tilfeller kan være plassert på havbunnen eller i andre tilfeller kan være plassert i en avstand over havbunnen, eksempelvis nær én eller som en del av en undersjøisk installasjon, så som et brønnhode, en prosessenhet, etc. Ventilsystemet tilføres fluid fra et fjerntliggende sted. I fig. 1 er dette indikert som en struktur 2 over havflaten 1.1 denne strukturen 2 er det anordnet en fluidtank 3 som er forbundet med fluidtilførselsledningen 10.1 fluidtilførselsledningen 10 er det anordnet en enveisventil 4 og en pumpe 5 for øking av trykket i fluidet i fluidtilførselsledningen 10 opp til et nivå som man ønsker for levering av tilførselsfluidet til ventilsystemet. For å jevne ut trykket og for å begrense trykkpulser i fluidtilførselsledningen, er det også anordnet en første akkumulator 6, en dyse 8 og en andre akkumulator 9 rundt en styre ventil 7. Fluidtilførselsledningen 10 kan levere tilførselsfluid til én eller flere neddykkede beholdere 16.

Som vist i fig. 2 kan det inne i en neddykket beholder 16 være anordnet ulikt utstyr, blant annet huset 11 som ifølge oppfinnelsen skal omgi den første ventilen 12. Fluidtilførselsledningen 10 er forbundet med innløpet 13 i den første ventilen 12. Den første ventilen 12 har også et utløp 14 som er forbundet med en utløpsledning 15. Denne utløpsledningen går ut fra huset 11 og til et system med en akkumulator 19, en motor 17 som er forbundet med en pumpe 18, etc. Ifølge oppfinnelsen er det inne i huset 11 anordnet et utløp 101 fra fluidtilførselsledningen 10. Huset 11 vil via dette utløpet 101 bli fylt med fluid fra fluidtilførselsledningen 10, og dette fluidet har et trykk tilsvarende trykket ved den første ventilens 12 innløp 13.1 den viste utførelsen er det anordnet en andre ventil 20 med et innløp 21 som er forbundet med fluidtilførselsledningen 10, og med et utløp 22 som er forbundet med utløpsledningen 15.

Når ventilutløpet 22 er lukket og omgivelsestrykket øker i huset 11, kan et volum i ledningen 303, mellom utløpet 22 og tilbakeslagsventilen 201, fanges under et lavere trykk. For å hindre dette er det anordnet en avlastningsventil 302 i ledningen mellom ventilutløpet 22 og tilbakeslagsventilen 201. Denne avlastningsventilen 302 avgir fluid til ledningen under et visst overtrykk (typisk 345 bar, er et ikke-begrensende trykkeksempel). Tilbakeslagsventilen 301 hindrer en strøm fra ledningen 303 og inn i huset 11.

Oppfinnelsen er foran forklart i form av et utførelseseksempel. En fagperson vil vite at det kan tenkes mange ulike endringer og modifikasjoner av dette systemet, alt innenfor den oppfinneriske rammen som definert i patentkravene. Utløpet 101 i huset 11 kan være anordnet slik at det fører til et belgsystem (ikke vist) i hust 11, for på den måten å trykkompensere det med internt fluidfylte rom i huset 11 i forhold til fluidtrykket i fluidtilførselsledningen 10. Huset kan være plassert direkte i vannet, uten den ytre beholderen 16. Det kan være anordnet annet utstyr inne i huset. Det kan også dreie seg om bare én ventil som er anordnet inne i ett hus.

Claims (9)

1. Undersjøisk ventilsystem innbefattende en ventil (12), en fluidtilførselsledning (10) som kan forbindes med en fjerntliggende fluidtilførsel og er i forbindelse med et innløp (13) i ventilen, et utløp (14) i ventilen som kan forbindes med en fluidutløpsledning (15), og et fluidtett hus (11) som i det minste delvis omslutter ventilen (12), karakterisert vedat fluidtilførselsledningen (10) innbefatter et utløp (101) inne i huset, hvorved det etableres et trykk i huset som hovedsaklig svarer til trykket i tilførselsledningen ved innløpet i ventilen.

2. Undersjøisk ventilsystem ifølge krav 1, karakterisert vedat huset (11) helt omslutter ventilen.

3. Undersjøisk ventilsystem ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den fjerntliggende fluidtilførselen er anordnet over overflaten til det vannet hvor ventilsystemet er neddykket.

4. Undersjøisk ventilsystem ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat ventilen er en elektrisk-hydraulisk ventil.

5. Undersjøisk ventilsystem ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat huset innbefatter minst én hovedventil og minst én pilotventil for betjening av den i det minste ene hovedventilen, idet fluidtilførselsledningen er forbundet både med hovedventilen og pilotventilen.

6. Undersjøisk ventilsystem ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat huset er anordnet inne i en ytre beholder (16), hvilken ytre beholder holdes under et innsidetrykk som i hovedsaken er lik det foreliggende omgivelsestrykket på stedet.

7. Undersjøisk ventilsystem ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat ventilsystemet er forbundet med et neddykket pumpesystem (18), anordnet inne i en neddykket beholder (16).

8. Undersjøisk ventilsystem ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat utløpet inne i huset fører til et trykkompenseringssystem som er anordnet inne i huset.

9. Fremgangsmåte for beskyttelse av et undersjøisk ventilsystem hvor en ventil (12) med et innløp (13) og et utløp (14) i det minste delvis er plassert inne i et fluidtett hus (11), idet en fluidtilførselsledning (10) forbindes med innløpet (13) i ventilen og med en fjerntliggende fluidtilførsel, et utløp (101) i fluidtilførselsledningen (10) tilveiebringes inne i huset (11), det tilveiebringes et tilførselsfluid i fluidtilførselsledningen hvorved ekstra fluid tilføres til inne i huset (11) med etablering av et fluidtrykk inne i huset i hovedsaken lik trykket til tilførselsfluidet som tilføres gjennom fluidtilførselsledningen (10) til ventilens innløp (13).