NO338506B1 - Undervannskjøler - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelsen angår kompakte utforminger av kjølere for subsea anvendelser.

Bakgrunn

Undervannskjølere er velkjente. På grunn av omgivelsene i hvilke de blir brukt må flere utfordringer som vanligvis ikke påtreffes i ikke-undervannskjølere bli løst. Eksempler på undervannskjølere for kjøling av en brønnstrøm, slik som en hydrokarbonstrøm, er vist i for eksempel søkerens egne publiserte søknad WO 2011008101 Al, som herved er inkorporert ved referanse i sin helhet, eller i det norske patentet NO 330761 Bl. Andre kjente undervannskjølere er beskrevet i WO 2010110674 A2, WO 2010110676 A2, WO 2013/125960 Al og WO 2012/141599 Al.

En vanlig løsning for undervannskjølere er bruken av passive kjølere. I disse løsningene blir fluidet som skal kjøles, f.eks. en brønnstrøm, ledet gjennom et flertall rør anordnet i stort felles volum med kjølefluid, dvs. sjøvann. Store mengder sjøvann passerer gjennom fellesvolumet ved en relativt lav hastighet på grunn av naturlig konveksjon, dvs. sjøvannet stiger gjennom kjøleren siden det blir varmet opp av fluidet som skal kjøles. Følgelig er det vanskelig å regulere eller kontrollere kjøleeffekten til passive kjølere. Videre gjør utformingen av passive kjølere det vanskelig å oppnå en kompakt kjøler på grunn av begrensninger forårsaket av varmeoverføringshastigheten, den nødvendige avstanden mellom kjølefluidrørene osv.

En mulig løsning på i det minste noen av ulempene til en passiv kjøleløsning er bruken av aktive kjølere som har en "rør-i-rør" løsning. I disse kjølerne er et første rør som inneholder fluidet som skal kjøles omgitt av et andre rør (eller et element som har en kanal gjennom hvilken det første røret er anordnet). Den indre veggen til det andre røret (eller kanalen til elementet) og den ytre veggen til det første røret avgrenser en strømningskanal gjennom hvilken kjølefluidet blir ført. I en "rør-i-rør" løsning blir hastigheten til kjølefluidet kontrollert ved en pumpe. Fordelene med en "rør-i-rør" løsning er den forbedrede temperaturkontrollen (dvs. økt kontroll av kjøleeffekt) og, som en konsekvens av å være en aktiv kjøler, muligheten for å utforme en mer kompakt kjøler.

Et eksempel på en «rør-i-rør» løsning er vist i WO 2013/002644 Al.

Imidlertid medfører bruken av en "rør-i-rør" løsning med sjøvann som kjølefluid korrosjonsproblemer som ikke er tilstede i passive kjølere. For det første er det vanskelig å beskytte de indre rørene mot korrosjon på grunn av de snevre strømningskanalene, og for det andre kan korrosjon ha ødeleggende virkninger siden korrosjonsprodukter kan blokkere strømningskanalen. Et eksempel på anodisk korrosjonsbeskyttelse er vist i US 2002/0108849 Al.

Basert på den tidligere kjente teknikken er det et behov for en kompakt undervannskjøler som tilveiebringer økt temperaturkontroll.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en utforming av en undervannskjøler som minsker eller letter minst noen av ulempene forbundet med bruken av "rør-i-rør" kjølere subsea.

Sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en utforming av en undervannskjøler som letter i det minste noen av ulempene med kjølere i den kjente teknikken.

Oppfinnelsen er definert i de tilknyttede krav, og i det følgende:

I en hoved-utførelsesform tilveiebringer oppfinnelsen en undervannskjøler omfattende minst ett rør og et hus, hvor røret har et inntak og et utløp for et fluid som skal kjøles; huset omslutter minst en del av røret, og omfatter en indre overflate som danner en strømningskanal som strekker seg langs med og omringer røret; og strømningskanalen er fluidkoblet til et inntak og et utløp for et kjølefluid og et pumpeelement for å drive kjølefluidet gjennom strømningskanalen, hvor minst en offeranode er posisjonert i strømningskanalen slik at offeranoden er i elektrisk kontakt med røret via en elektrisk leder; hvor strømningskanalen omfatter minst ett hulrom anordnet slik at korrosjonsprodukter fra offeranoden kan akkumuleres i nevnte hulrom ved hjelp av gravitasjon og/eller ved å bli dyttet til nevnte hulrom av en kjølefluidstrøm, under bruk.

I en utførelsesform av undervannskjøleren omfatter røret rette seksjoner sammenkoblet ved buede seksjoner.

I forbindelse med den foreliggende søknaden er uttrykket fluidkoblet i sammenheng med strømningskanalen ment å bety en kobling, slik som en ledning/kanal, som sørger for at kjølefluid blir overført fra inntaket til strømningskanalen og fra strømningskanalen til utløpet.

I en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen, er strømningskanalen utformet ved minst en første indre overflate og minst en andre indre overflate til huset, og hvor den første indre overflaten strekker seg langs en rett seksjon til røret, og den andre indre overflaten strekker seg langs minst deler av en buet seksjon, hvor en offeranode er anordnet ved den andre indre overflaten. Den andre indre overflaten kan danne minst deler av en strømningskanal langs med, og rundt, en buet seksjon. Den andre indre overflaten kan tilveiebringes ved utsiden av et bend for å danne minst deler av strømningskanalen rundt bendet. De første og andre indre overflatene kan danne en kontinuerlig strømningskanal for et fluid ved utsiden av de sammenkoblede rette og buede seksjonene til røret.

Den andre indre overflaten kan også beskrives som å være anordnet på utsiden av en buet seksjon. Uttrykket "på utsiden av en buet seksjon" er ment å bety at den andre indre overflaten til huset er plassert ved en avstand til røret til den buede seksjonen og også anordnet ved utsiden til bendet i nevnte buede seksjon. Minst deler av den andre indre overflaten kan fordelaktig være vinkelrett i forhold til den første indre overflaten.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen er strømningskanalen dannet ved minst en første indre overflate og minst en andre indre overflate til huset, og hvor den første indre overflaten strekker seg langs en rett seksjon til røret, og den andre indre overflaten strekker seg langs minst deler av en buet seksjon, hvor en offeranode er anordnet ved den første indre overflaten, fortrinnsvis er anoden delvis innlagt i den første indre overflaten slik at en hovedsakelig uhindret strømningskanal blir oppnådd.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen er hver buede seksjon til røret i elektrisk kontakt med en offeranode.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen er den minst ene offeranoden i elektrisk kontakt med røret via en elektrisk leder, slik som en ledning.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen er minst en del av minst en av de indre overflatene til huset lagd i et ikke-metallisk materiale.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen, kobler en ytterligere elektrisk leder den minst ene offeranoden til røret, slik at en lukket krets blir dannet mellom røret og anoden.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen er tverrsnittsarealet til strømningskanalen større ved de buede seksjonene enn ved de rette seksjonene, nevnte tverrsnitt i et plan som er perpendikulært til en senterlinje av røret.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen er hulrommet anordnet under en buet seksjon.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen omfatter de rette seksjonene til røret et flertall finner i den langsgående retningen til den korresponderende rette seksjonen, fortrinnsvis er høyden (h) til finnene slik at finnene er i stand til å støtte røret mot den første indre overflaten.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen omfatter undervannskjøleren omfatter flere parallelt anordnede rør, hvor utløpene til rørene er koblet til et felles utløpssamlerør og inntakene til rørene er koblet til et felles inntakssamlerør.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen har huset flere huselementer omfattende minst et første huselement som inkluderer den første indre overflaten og minst et andre huselement som inkluderer minst en av de andre indre overflatene.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen omfatter det første huselementet en blokk som har flere gjennomgående boringer, hver boring omfattende en første indre overflate.

Det andre huselementet er fortrinnsvis anordnet for å omslutte flere parallelle buede seksjoner.

I nok en annen utførelsesform av undervannskjøleren ifølge oppfinnelsen omfatter det andre huselementet minst ett hulrom anordnet slik at korrosjonsprodukter fra offeranoden kan akkumuleres i nevnte hulrom ved hjelp av gravitasjon under bruk.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser et langsgående og et transversalt tverrsnitt av et typisk rør-i-rør arrangement. Fig. 2 viser de transversale tverrsnittene av to alternative rør-i-rør arrangementer. Figurer 3a og 3b er et tverrsnittsriss av en undervannskjøler ifølge oppfinnelsen. Figurer 4a-4d viser forskjellige snittriss av undervannskjøleren illustrert i figurer 3a og 3b. Fig. 5 er et tverrsnittsriss av en alternativ utførelsesform av en undervannskjøler ifølge oppfinnelsen. Figurer 6a-6e viser forskjellige snittriss en undervannskjøler ifølge oppfinnelsen som har en alternativ løsning på huset. Fig. 7 er et tverrsnittsriss av en strømningskanal omfattende et hulrom for korrosj onsprodukter. Fig. 8 er et transversalt tverrsnittsriss av to alternativer for rør-i-rør løsninger omfattende langsgående finner.

Beskrivelse av noen utførelsesformer av oppfinnelsen

Prinsippet med rør-i-rør kjøleløsninger er vist i fig. 1, hvor et første rør 1 er omgitt av et andre rør, eller hus 4. En strømningskanal 8 blir dannet mellom en indre overflate 7 til huset og det første røret. Ved bruk blir et kjølefluid transportert gjennom strømningskanalen 8, mens et fluid som skal kjøles (f.eks. et prosessfluid slik som gass og/eller olje) blir transportert gjennom det første røret 1. Vanligvis er retningen til de to separate fluidstrømmene motsatt av hverandre, dvs. strømingene er motstrøms. Som vist i fig. 2 kan utformingen av den indre overflaten til huset 4 varieres for å oppnå forskjellige transversale tverrsnitt av strømningskanalen 8.

Et tverrsnitt av en undervannskjøler ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 3a. Kjøleren omfatter et rør 1 omgitt av et hus 4. Røret omfatter både rette seksjoner 5 og buede seksjoner 6. En strømningskanal 8 blir dannet mellom en indre overflate 7,13 til huset og røret. Røret 1 inkluderer et inntak 2 og et utløp 3 for et fluid som skal kjøles, f.eks. et prosessfluid, og strømningskanalen omfatter et inntak 9 og et utløp 10 for et kjølefluid, f.eks. sjøvann. Inntaket 9 til strømningskanalen er koblet til et pumpeelement 20.1 kjøleløsninger for subsea-anvendelser er korrosjon et vanlig problem, spesielt når kjølefluidet er sjøvann. I en kjøler ifølge oppfinnelsen, dvs. en rør-i-rør løsning, er korrosjon av røret spesielt viktig å unngå siden blokkering av strømningskanalen lett kan forekomme på grunn av det begrensede tverrsnittsarealet til strømningskanalen 8. I denne utførelsesformen, for å minske eller løse dette problemet, er offeranoder 11 anordnet utenfor hver buede seksjon 6, og koblet til røret via en elektrisk leder 12. I tillegg er offeranoder anordnet nær inntaket 2 og utløpet 3 til røret. Et forstørret riss av en buet seksjon 6 koblet til en offeranode 11 utenfor nevnte seksjon er vist i fig. 3b. Anoden er koblet til røret via en elektrisk leder (f.eks. en ledning) og en klemme 23. Den elektriske lederen kan være enhver kobling eller kontakt som tillater en elektrisk strøm å passere mellom røret 1 og offeranoden. For eksempel hvis røret 1 ved et punkt er i kontakt med huset 4 (f.eks. rør som har finner 15, fig. 8), huset er lagd av et metall, og anoden 11 er i kontakt med huset 4, er en separat kobling mellom anoden og rør overflødig siden elektrisk strøm kan passere fra røret via huset til anoden.

Snittriss av kjøleren i fig. 3 er vist i fig. 4a-4d. En toppseksjon, en midtseksjon og en bunnseksjon er oppmerket i fig. 4a. Snittriss-figurene 4b-4d er vist i et horisontalt plan perpendikulært i forhold til det vertikale planet til tverrsnittet i fig. 4a. Bruken av uttrykkene vertikal og horisontal er kun ment for illustrative formål og antyder ikke noen nødvendig retning for plasseringen av kjøleren under bruk. Kjøleren omfatter flere parallelle rør 1. Utløpet 3 til hvert rør er koblet til et felles utløpssamlerør 16, og inntaket 2 til hvert rør er koblet til et felles inntakssamlerør 17. Strømningskanalene 8 er fluidkoblet til strømningskanalinnløpet 9 via et felles innløpssamlerør 21, og til strømningskanalutløpet 10 via et felles utløpssamlerør 22.

En alternativ utførelsesform av en kjøler ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 5. I denne utførelsesformen er offeranodene 11 anordnet langs med de rette seksjonene 5 til røret 1, i tillegg til offeranoder anordnet nær inntaket 2 og utløpet 3 til røret. Når anodene 11 er anordnet i strømningskanalen 8 ved de rette seksjonene 5 er det foretrukket at anodene er delvis innlagt i den indre overflaten 7 til huset. Ved å ha anodene delvis innlagt, fortrinnsvis slik at bare en overflate av anoden er eksponert for strømningskanalen 8 (dvs. overflaten er i flukt med den indre overflaten til huset), blir ikke strømningskanalen begrenset av anodene i betydelig grad.

En ytterligere utførelsesform av en kjøler ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 6a-e. En toppseksjon, en midtseksjon, en bunnseksjon og et A-A tverrsnitt er oppmerket i fig. 6a. Snittriss-figurene 6b-6d er vist i et horisontalt plan perpendikulært i forhold til det vertikale planet til tverrsnittet i fig. 6a. Bruken av uttrykkene vertikal og horisontal er kun ment for illustrative formål og antyder ikke noen nødvendig retning for plasseringen av kjøleren under bruk kjøleren under bruk. I denne kjøleren er huset dannet av flere huselementer 18,24. Det første huselementet er en blokk 18 omfattende flere gjennomgående boringer 19. De gjennomgående boringene er for å huse minst deler av den rette seksjonen til hvert rør. Et andre huselement omfatter avlange bokser 24. Boksene dekker flere parallelle buede seksjoner 6, og danner fluidtette koblinger med blokken 18, for dermed å danne flere strømningskanaler 8 som omslutter rørene 1. I denne utførelsesformen er offeranoder 11 anordnet ved en indre overflate av boksene.

Når offeranodene 11 (dvs. galvaniske anoder) blir korrodert blir det dannet et korrosjonsprodukt (f.eks. AI2O3, ZnO eller Mg(OH)2). Korrosjonsproduktene er vanligvis ikke vannløselige og kan representere et potensielt blokkeringsproblem i strømningskanalen 8. For å unngå blokkering på grunn av disse korrosjonsproduktene kan kjøleren fordelaktig omfatte hulrom 14 i strømningskanalen 8. Hulrommene 14 er anordnet slik at minst noe av korrosjonsproduktene, hvis/når de skiller seg fra offeranoden 11, blir akkumulert i hulrommene 14 på grunn av gravitasjon. Et tverrsnittsriss av en buet seksjon 6 omfattende et hulrom 14 i det omsluttende huselementet 4, eller strømningskanal 8, er vist i fig. 7. En betydelig del av korrosjonsproduktene dannet ved offeranoden 11 vil akkumulere i hulrommet 14 på grunn av gravitasjon. Et slikt hulrom 14 vil også være fordelaktig når offeranoden 11 er anordnet langs med en rett seksjon 5 til røret 1. Korrosjonsprodukter vil da bli dyttet eller ført i retningen til strømmen, og til slutt akkumulere i hulrommet 14 på en liknende måte som når offeranoden 11 er på utsiden av den buede seksjonen 6. Utformingen av hulrommet kan også inkludere et element som reduserer turbulens i hulrommet. Et slikt element kan for eksempel være en leppe på kanten av hulrommet.

I rør-i-rør kjølere må det indre røret 1 være støttet for å holde sin posisjon i strømningskanalen 8. En løsning for å oppnå slik støtte er å tilveiebringe de rette seksjonene 5 til røret(ene) med finner 15, se fig. 8. Finnene 15 strekker seg i den langsgående retningen til røret, og har en høyde (h) slik at finnene 15 er i stand til å støtte røret 1 mot en indre overflate til det ytre røret (eller hus 4). En ytterligere fordel med finner er økt areal for varmeoverføring.

Claims (8)

1. En undervannskjøler omfattende minst ett rør (1) og et hus (4), hvor røret har et inntak (2) og et utløp (3) for et fluid som skal kjøles; - huset (4) omslutter minst en del av røret, og omfatter en indre overflate som danner en strømningskanal (8) som strekker seg langs med og omringer røret; og strømningskanalen (8) er fluidkoblet til et inntak (9) og et utløp (10) for et kjølefluid og et pumpeelement for å drive kjølefluidet gjennom strømningskanalen (8), hvor minst en offeranode (11) er posisjonert i strømningskanalen (8) slik at offeranoden er i elektrisk kontakt med røret (1) via en elektrisk leder (12); karakterisert vedat strømningskanalen (8) omfatter minst ett hulrom (14) anordnet slik at korrosjonsprodukter fra offeranoden kan akkumuleres i nevnte hulrom ved hjelp av gravitasjon og/eller ved å bli dyttet til nevnte hulrom av en kjølefluidstrøm, under bruk.

2. En undervannskjøler ifølge krav 1, hvor røret (1) omfatter rette seksjoner (5) sammenkoblet ved buede seksjoner (6).

3. En undervannskjøler ifølge krav 2, hvor strømningskanalen (8) blir dannet ved minst en første indre overflate (7) og minst en andre indre overflate (13) til huset (4), og hvor den første indre overflaten (7) strekker seg langs en rett seksjon (5) til røret, og den andre indre overflaten (13) (strekker seg langs minst deler av en buet seksjon) er plassert på utsiden av en buet seksjon, hvor en offeranode (11) er anordnet ved den andre indre overflaten (13).

4. En undervannskjøler ifølge krav 2 eller 3, hvor strømningskanalen (8) blir dannet ved minst en første indre overflate (7) og minst en andre indre overflate (13) til huset (4), og hvor den første indre overflaten (7) strekker seg langs en rett seksjon (5) til røret, og den andre indre overflaten (13) (strekker seg langs minst deler av en buet seksjon) er plassert på utsiden av en buet seksjon, hvor en offeranode (11) er anordnet ved den første indre overflaten (7), fortrinnsvis er anoden delvis innlagt i den første indre overflaten (7) slik at en hovedsakelig uhindret strømningskanal (8) blir oppnådd.

5. En undervannskjøler ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor hver buede seksjon (6) til røret er i elektrisk kontakt med en offeranode.

6. En undervannskjøler ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor en ytterligere elektrisk leder kobler den minst ene offeranoden til røret, slik at en lukket krets blir dannet mellom røret og anoden.

7. En undervannskjøler ifølge hvilket som helst av kravene 2-6, hvor hulrommet (14) er anordnet under en buet seksjon.

8. En undervannskjøler ifølge hvilket som helst av kravene 2-7, hvor de rette seksjonene til røret omfatter et flertall finner (15) i den langsgående retningen av den korresponderende rette seksjonen, fortrinnsvis er høyden (h) til finnene slik at finnene er i stand til å støtte røret mot den første indre overflaten.