NO335610B1

NO335610B1 - Innretning for termisk isolering av ett eller flere elementer i en undersjøisk installasjon fra omgivende kaldt havvann

Info

Publication number: NO335610B1
Application number: NO20130444A
Authority: NO
Inventors: Olav Hånde
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2015-01-12
Also published as: US9297236B2; BR102014007242B1; GB2513990A; US20140290902A1; BR102014007242A2; GB2513990B; GB201405395D0; NO20130444A1

Abstract

Innretning for termisk isolering av minst ett element (2) i en undersjøisk installasjon fra omgivende kaldt havvann, idet innretningen (1) omfatter en ekstern kapsling (4) som omslutter et internt fluidkammer (5). Fluidkammeret gir plass til et fluid som har kapasitet for lagring av varme, og nevnte element blir mottatt i fluidkammeret med fluidet som omgir elementet slik at fluidet får mulighet til å forsinke avkjølingen av elementet ved hjelp av varme lagret i fluidet. Et varme lagringselement (6) er montert i fluidkammeret slik at det er omgitt av nevnte fluid. Varmelagringselementet inneholder et medium som har kapasitet for å lagre varme slik at varme kan overføres fra nevnte fluid til mediet i varmelagringselementet og vice versa og derved tillate varmelagringselementet å forsinke avkjøling av nevnte fluid ved hjelp av varme lagret i mediet i varmelagringselementet.

Description

Innretning for termisk isolering av ett eller flere elementer i en undersjøisk installasjon fra omgivende kaldt havvann

Oppfinnelsens område og kjent teknikk

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning for termisk isolering av ett eller flere elementer i en undersjøisk installasjon fra omgivende kaldt havvann i henhold til ingressen til krav 1.

I forbindelse med installasjoner som produserer olje og gass er det velkjent at avkjøling av produksjonsfluid og høyt fluidtrykk kan føre til at det dannes hydrater, noe som kan føre til tilstopping rør og rørledninger. Avkjøling av produksjonsfluidet kan være forårsaket av omgivende kaldt havvann, spesielt under et midlertidig avbrudd i produksjonen. For å forsinke avkjøling av produksjonsfluidet i tilfellet med et avbrudd i produksjonen, må en sørge for at en eller annen termisk isolasjon og varmelagringsmedium er til stede for det element som produksjonsfluidet flyter gjennom. Nevnte element kunne for eksempel være et rør, en manifold, en ventil, en konnektor osv. WO 01/63088 Al og WO 2006/106406 Al beskriver bruk av en såkalt varmebank for termisk isolering av et element i en undersjøisk installasjon. Varmebanken omfatter en kapsling som er innrettet til å omslutte et fluid som har kapasitet for lagring av varme, for eksempel vann, og som har et internt rom med plass til nevnte element og nevnte fluid, idet fluidet omgir elementet, slik at tillate fluidet å forsinke avkjøling av elementet ved hjelp av varme lagret i fluidet. Kapslingen, med fluidet som er innesluttet i denne, danner en termisk barriere mellom nevnte element og det omgivende havvannet på utsiden av kapslingen. Ved hjelp av varmen som er lagret i fluidet inne i kapslingen vil varmebanken beskytte elementet fra en for rask avkjøling. Under normal drift blir fluidet i varmebanken oppvarmet av varmen som avgis fra det beskyttede elementet. Denne varmen kommer fra produksjonsfluidet som strømmer gjennom elementet. Dersom varmen som tilføres det beskyttede elementet fra produksjonsfluidet blir redusert eller avbrutt av en eller annen årsak, vil varmen som er lagret i fluidet inne i kapslingen bidra til at det beskyttede elementet blir langsommere avkjølt av det kalde havvannet som omgir utsiden av kapslingen.

US 2012/073823 Al beskriver termisk isolering av elementer i en undervannsinstallasjon bestående av et lukket kammer med et indre rom. I kammeret er det varmeelementer som varmer opp vannet rundt brønnhode for å hindre hydratdannelse i kammeret.

US 2012/152517 Al beskriver en buffertank i forbindelse med oppvarming og separasjon av olje og gass bestående av en primær varmekrets med solfanger, og en sekundær varmekrets med en buffertank med varmeelementer koblet til solfangerne hvor varmen fra solfangerne varme opp væsken i buffertanken. Buffertanken skal være så stor at dersom den primære varmekretsen ikke tilfører tilstrekkelig varme for å varme opp væsken i den sekundære varmekretsen vil den forlenge tiden før væsken i den sekundære varmekretsen blir nedkjølt.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å oppnå en videre utvikling av en innretning av ovenfor nevnte type for termisk isolering av ett eller flere elementer av en undersjøisk installasjon fra omgivende kaldt havvann slik at det kan lages en innretning som er forbedret i det minste i noen aspekter.

I henhold til oppfinnelsen blir denne hensikten oppnådd ved en innretning som har de trekkene som er definert i krav 1.

Innretningen i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter følgende: - en ekstern kapsling som omslutter et internt fluidkammer, der dette fluidkammeret inneholder et fluid som har kapasitet for å lagre varme, der elementet eller elementene er termisk isolert og mottatt i fluidkammeret slik at fluidet omgir elementet eller elementene og derved er i stand til å forsinke avkjøling av elementet eller elementene ved hjelp av varme lagret i fluidet; og - minst ett varmelagrende element montert i fluidkammeret, slik at det er omgitt av fluidet som finnes i fluidkammeret, idet varmelagringselementet inneholder et medium som kan lagre varme og dermed overføre varme fra fluidet som omgir varmelagringselementet til mediet i varmelagringselementet når temperaturen hos mediet i varmelagringselementet er lavere enn temperaturen hos fluidet som omgir varmelagringselementet, og kan overføre varme fra mediet i varmelagringselementet til fluidet som omgir varmelagringselementet når temperaturen hos mediet i varmelagringselementet er høyere enn temperaturen hos fluidet som omgir varmelagringselementet, slik at varmelagringselementet derved kan forsinke avkjøling av nevnte fluid ved hjelp av varme lagret i mediet i varmelagringselementet. Varmelagringselementet er atskilt fra den utvendige kapslingen ved fluidet som fyller rommet i det innvendige fluidkammeret mellom varmelagringselementet og den utvendige kapslingen, og overføring av varme direkte fra varmelagringselementet til den utvendige kapslingen blir derved forhindret. Når varme-tilførselen til det beskyttede elementet blir redusert eller avbrutt, vil avkjølingen av elementet bli forsinket ved en to-trinns varmestrømning. Etter hvert som fluidet i det innvendige fluidkammeret avgir varme til det omgivende havvannet i form av varmeoverføring gjennom den utvendige kapslingen, vil fluidet motta varme fra mediet som befinner seg i varmelagringselementet. Avkjølingen av fluidet i det innvendige fluidkammeret, og dermed avkjølingen av det beskyttede element, blir forsinket av denne varmeoverføringen fra mediet som befinner seg i varmelagringselementet til fluidet i fluidkammeret.

Ytterligere fordeler og fordelaktige trekk ved innretningen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil fremgå av de avhengige patentkravene og følgende beskrivelse.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

Med henvisning til de vedlagte tegningsfigurene følger det nedenfor en spesifikk beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, referert som eksempler. Tegningsfigurene viser følgende: Figur 1 viser en skjematisk illustrasjon av en innretning i henhold til en første utførelse av foreliggende oppfinnelse, sett i et lengdesnitt, Figur 2 viser en skjematisk illustrasjon av en innretning i henhold til en andre utførelse av oppfinnelsen, sett i et lengdesnitt, og Figur 3 viser en skjematisk illustrasjon av en innretning i henhold til en tredje utførelse av oppfinnelsen, sett i et lengdesnitt.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

Ulike utførelser av en innretning 1 i henhold til foreliggende oppfinnelse for termisk isolering av ett eller flere elementer 2 i en undersjøisk installasjon fra omgivende kaldt havvann, er illustrert på figurene 1-3. Innretningen 1 omfatter en ekstern kapsling 4 som omslutter et innvendig fluidkammer 5. Kapslingen 4 er av termisk isolerende materiale og/eller er foret eller belagt med ett eller flere lag av termisk isolerende materiale. Kapslingen 4 er eksempelvis laget av kompositt sandwich-materiale, for eksempel med en syntaktisk epoksyskumkjerne dekket med et lag epoksyfiberglasskompositt på hver side. Kapslingen 4 kan for eksempel ha en konstruksjon av typen som er beskrevet i WO 01/63088 Al eller hvilken som helst annen passende konstruksjon. Innretning 1 skal installeres under-sjøisk med havvann som omgir den utvendige kapslingen 4. Utsiden av kapslingen 4 er altså eksponert for omgivende havvann.

Fluidkammeret 5 inneholder et fluid som har varmelagrende kapasitet, for eksempel vann eller en annet passende væske. Dette fluidet er således lukket inne i kapslingen 4 og dermed atskilt fra det omgivende havvannet av kapslingen 4. Nevnte element eller elementer 2 er mottatt i fluidkammeret 5 med fluidet som omgir elementet eller elementene, slik at fluidet ved hjelp av varmen lagret i fluidet kan beskytte elementet eller elementene mot for hurtig avkjøling.

Minst ett av elementene 2 som er mottatt i fluidkammeret 5 må være et element som avgir varme under normal drift. Dette varmeavgivende elementet 2 kan for eksempel være en rørforbind-else, en ventil eller en måleinnretning for en undersjøisk olje og/eller gass-produserende installasjon, idet elementet 2 blir oppvarmet fra produksjonsfluid som strømmer gjennom elementet. Følgelig kan elementet 2 som er mottatt i fluidkammeret 5 for eksempel utgjøre en del av et undersjøisk rørledningssystem for prosessering eller transport av olje og/eller gass.

I utførelsene som er illustrert på figurene 1-3 er et element 2 1 form av en klammerforbindelse mottatt i fluidkammeret 5 og omgitt av fluidet som er plassert i fluidkammeret.

Kapslingen 4 og fluidet som er plassert i denne, utgjør en termisk barriere mellom nevnte element 2 og det omgivende havvannet på utsiden av kapslingen. Fluidet i fluidkammeret 5 blir oppvarmet av varme som blir avgitt av det beskyttede elementet 2 under normal drift. I de illustrerte utførelsene kommer denne varmen fra produksjonsfluidet som strømmer gjennom elementet 2. Hvis varmen som tilføres elementet 2 fra produksjonsfluid blir redusert eller avbrutt, vil varmen som er lagret i fluidet i fluidkammeret 5 forsinke avkjølingen av elementet 2 som skyldes det omgivende kalde havvannet på utsiden av kapslingen 4.

Minst ett varmelagringselement 6 er montert i fluidkammeret 5 slik at det er omgitt av fluidet som befinner seg i fluidkammeret 5. I de illustrerte utførelsene er to slike varmelagringselementer 6 montert i fluidkammeret 5 på hver sin side av elementet 2. Innretningen 1 kan imidlertid også være utstyrt med bare ett varmelagringselement 6, eller flere enn to varmelagringselementer 6 inne i fluidkammeret 5.

Hvert varmelagringselement 6 inneholder et medium som har varmelagringskapasitet, slik at det er mulig med overføring av varme fra fluidet som omgir varmelagringselementet 6 til mediet i varmelagringselementet når temperaturen i mediet i varmelagringselementet 6 er lavere enn temperaturen i fluidet som omgir varmelagringselementet, og overføring av varme fra mediet i varmelagringselementet 6 til fluidet som omgir varmelagringselementet når temperaturen av mediet i varmelagringselementet 6 er høyere enn temperaturen i fluidet som omgir varmelagringselementet. Under normal drift, når elementet 2 blir oppvarmet internt av produksjonsfluidet og derved avgir varme til fluidet i fluidkammeret 5, vil mediet i varmelagringselementene 6 bli oppvarmet til hovedsakelig samme temperatur som fluidet i fluidkammeret 5. Dersom varmen tilført til elementet 2 fra produksjonsfluidet reduseres eller blir avbrutt, vil fluidet i fluidkammeret 5 gradvis bli avkjølt av det omgivende kalde havvannet på utsiden av kapslingen 4, og elementet 2 blir derved også gradvis avkjølt. Avkjølingen av elementet 2 og fluidet i fluidkammeret 5 er forsinket på grunn av varmen tilført fluidet fra varmen som er lagret i mediet i varmelagringselementene 6.

I den utførelsen som er illustrert på figur 1 omfatter hvert varmelagringselement 6 en beholder 7 av varmeledende materiale som gir plass til nevnte medium. Beholderen 7 er for eksempel utformet som fiberglasspaneler i massiv epoxy. Det varmelagrende mediet er mottatt i et innvendig rom 8 i beholderen 7 og er atskilt fra fluidet i fluidkammeret 5 ved de eksterne veggene i beholderen. Mediet inne i beholderen 7 er fortrinns-vis en væske, for eksempel vann eller hvilken som helst annen passende væske. Mediet inne i beholderen 7 kan være det samme som fluidet i fluidkammeret 5 eller forskjellig fra fluidet i fluidkammeret 5. Dersom mediet inne i beholderen 7 er forskjellig fra fluidet i fluidkammeret 5, må beholderen 7 være et lukket hulrom som holder mediet fullstendig lukket inne. Beholderen 7 er montert inne i kapslingen 4 på en slik måte at den er termisk isolert fra kapslingen 4, slik at varmeledning direkte fra beholderen 7 til kapslingen 4 blir forhindret. Varmeoverføring fra fluidet i fluidkammeret 5 til mediet i det innvendige rommet 8 i beholderen 7, eller motsatt, finner sted via de eksterne veggene på beholderen 7.

I den utførelsen som er illustrert på figur 2 omfatter hvert varmelagringselement 6 et legeme 9 av porøst materiale som er mettet med det varmelagrende mediet, idet det ikke finnes noen vegg mellom legemet 9 og fluidet som omgir varmelagringselementet 6. I dette tilfellet er mediet i varmelagringselementet 6 det samme som fluidet i fluidkammeret 5 og blir holdt hovedsakelig stillestående inne i det porøse legemet 9. Naturlig konveksjon i fluidet inne i kapslingen 4 er begrenset på grunn av det faktum at en del av fluidet blir holdt hovedsakelig stillestående i nevnte legeme 9, og overføring av varme fra fluidet til det omgivende havvannet på utsiden av kapslingen 4 skjer derfor langsommere. Det porøse materialet i legemet 9 kan for eksempel være polymerskum med lav tetthet og åpne celler, filt med lav tetthet laget av polymerfiber, slik som type PET (polyethylen teraphtalat) eller PP (polypropylen) fiber.

I den utførelsen som er illustrert på figur 3 omfatter hvert varmelagringselement 6 et fast legeme 10 dannet av det varmelagrende mediet. Legemet 10 kan være atskilt fra fluidet i fluidkammeret 5 ved en ytre kapsling som omslutter legemet 10. Som et alternativ kan legemet 10 være uten en ytre kapsling og være direkte eksponert mot fluidet i fluidkammeret 5.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke på noen måte begrenset til de utførelsene som er beskrevet ovenfor. Tvert imot vil mange mulige modifikasjoner være tenkbare for en person med kunnskap på området, uten å avvike fra grunnideen ved oppfinnelsen slik som den er definert i de vedlagte patentkravene.

Claims

1. Innretning for termisk isolering av ett eller flere elementer (2) i en undersjøisk installasjon fra omgivende kaldt havvann, idet innretningen (1) omfatter en ekstern kapsling (4) som omslutter et innvendig fluidkammer (5), idet dette fluidkammeret (5) inneholder et fluid som har varmelagringskapasitet, der nevnte element eller elementer (2) er mottatt i fluidkammeret (4) med fluidet som omgir elementet eller elementene slik at fluidet får mulighet til å forsinke avkjøling av elementet eller elementene ved hjelp av varme lagret i fluidet,karakterisert vedat minst ett varmelagringselement (6) er montert i fluidkammeret (5) slik at det er omgitt av fluidet som finnes i fluidkammeret, idet varmelagringselementet (6) inneholder et medium som har varmelagringskapasitet, slik at det kan overføres varme fra fluidet som omgir varmelagringselementet (6) til mediet i varmelagringselementet (6) når temperaturen av mediet i varmelagringselementet (6) er lavere enn temperaturen i fluidet som omgir varmelagringselementet, og overføring av varme fra mediet i varmelagringselementet (6) til fluidet som omgir varmelagringselementet (6) når temperaturen i mediet i varmelagringselementet (6) er høyere enn temperaturen i fluidet som omgir varmelagringselementet, slik at varmelagringselementet (6) derved kan forsinke avkjøling av nevnte fluid ved hjelp av varme lagret i mediet i varmelagringselementet.

2. Innretning i henhold til krav 1,karakterisert vedat varmelagringselementet (6) omfatter en beholder (7) av varmeledende materiale som gir plass til nevnte medium.

3. Innretning i henhold til krav 2,karakterisert vedat mediet som finnes i beholderen (7) er en væske.

4. Innretning i henhold til krav 2 eller 3,karakterisert vedat beholderen (7) er termisk isolert fra den eksterne kapslingen (4).

5. Innretning i henhold til krav 1,karakterisert vedat varmelagringselementet (6) omfatter et legeme (9) av porøst materiale som er mettet med nevnte medium.

6. Innretning i henhold til krav 1,karakterisert vedat varmelagringselementet (6) omfatter et massivt legeme (10) formet av nevnte medium.

7. Innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat to eller flere slike varmelagringselementer (6) er montert i fluidkammeret (5) slik at de blir omgitt av fluidet som finnes i fluidkammeret.

8. Innretning i henhold til hvilket som helst av kravene 1-7,karakterisert vedat den eksterne kapslingen (4) består av termisk isolerende materiale og/eller er foret eller dekket med ett eller flere lag av termisk isolerende materiale.