NO773133L - Fremgangsmaate og innretning for frysing av en vaeskeklump i en seksjon av en fluidumoverfoeringsledning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår generelt installasjon, vedlikehold

og prøving av fluidumoverføringsledninger, og særlig en fremgangsmåte og en innretning for frysing av et væskevolum i en høytrykks-rørledning med stor diameter, for hydrostatisk prøving og for reparasjons- eller endringsformål.

Rørledninger med stor diameter har vært benyttet i

mange år for transport av råolje, naturgass, bensin, jetflybrenn-stoff og andre kjemiske produkter over store avstander. Disse rørledningssystemer samler opp petroleumsproduktene fra feltet og transporterer disse til raffinerier og behandlingsanlegg. De ferdige produkter fra raffineriene og behandlingsanleggene transporteres deretter over store avstander til markedet.

Disse rørledninger må drives ved høye trykk for på økonomisk måte å overføre store fluidumvolumer. De høye driftstrykk representerer en betydelig prosentdel av det maksimumtrykk som rørledningen vil tåle før brudd eller lekkasje, selv om den er i perfekt tilstand. På grunn av petroleumsproduktenes natur, kan brudd på en rørledning, eller til og med forholdsvis små lekkasjer, i alvorlig grad skade økologien og bringe menneskeliv i fare. Nye rørledninger kan lekke eller briste av et antall grunner, deriblant mangelfull fremstilling av rørledningen, defekte sveiseskjøter eller skade på rørledningen under transport eller installasjon. Rørledninger som har vært i bruk i en viss tidsperiode, er også utsatt for lekkasje eller brudd på

grunn av korrosjon.

På grunn av de alvorlige konsekvenser og den forholdsvis høye sannsynlighet for brudd og lekkasjer, anvendes rigorøs hydrostatisk prøving for å sikre integriteten av hver ny rør-ledningsinstallasjon. Disse hydrostatiske prøvemetoder er meget kostbare og representerer en meget stor andel av de totale om- kostninger ved legging av rørledninger. Den hydrostatiske prø-ving av eksistereridé rørledninger er erfla. mer kostbar på grunn av at rørledningen må taes ut av drift i en vesentlig periode.

På grunn av de vesentlige utgifter som er involvert, blir metoder for installasjon og prøving av nye rørledninger, eller for prøving, reparasjon eller endring av eksisterende rør-ledninger, til stadighet forbedret. En sådan forbedret metode er beskrevet i US patent 3 827 282 (B.D. Brister). Ifølge dette patent kan en rørledning som har stor diameter og er konstruert for transport av fluidumprodukter over store avstander ved høye trykk, prøves ved trykk som er lik den minimale, nominelle flytegrense for rørledningen, ved å fylle en prøveseksjon eller et prøveavsnitt av rørledningen med vann, å fryse et volum av vannet ved ytre anvendelse av meget lave temperaturer for å danne en isblokk i avsnittet, og deretter heve trykket av vannet mot det frosne vann til prøvetrykket mens også isproppen holdes ved like, og å overvåke et lavt trykk på isproppens bakside for å detektere en feilaktig ispropp. En kombinasjon av trykksylindre og kjøle-spiraler fylt. av et cryogenisk kjølefluidum, såsom flytende nitrogen, benyttes til å danne isproppen ved ledningsoverføring av varmeenergi fra vannvolumet i prøveavsnittet gjennom rørled-ningens vegger og gjennom veggene i trykksylindrene og kjølespi-ralene. Det er fortsatt betydelig interesse for generell forbed-ring av de fremgangsmåter og innretninger som utnytter et cryogenisk kjølefluidum for å danne isproppen. Særlig på grunn av økede arbeidsomkostninger og tap av produktfortjeneste som er knyttet til spilltid, er det ønskelig med en ytterligere reduk-sjon av den tid som kreves for å etablere en ispropp.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og en innretning for frysing av et væskevolum i et avsnitt av en fluidumoverføringsledning ved effektiv anvendelse av et cryogenisk kjølefluidum på ytre overflatepartier av over-føringsledningen på en slik måte at isproppen dannes raskt og holdes lettvint ved like under hydrostatisk prøving og for reparasjons- eller endringsformål uten forandring av overføringsled-.ningens fysiske egenskaper.

Ifølge en side ved oppfinnelsen kan denne praktiseres

i kombinasjon med en fluidumoverføringsledning, såsom-en rørled-

ning med stor diameter, for transport av flytende hydrocarbon-produkter over vesentlige avstander ved høye trykk. I overensstemmelse med nevnte hydrostatiske prøvemetoder kan et sådant rørledningssystem prøves ved trykk som er lik den minimale, nominelle flytegrense for rørledningen ved å fylle et prøveavsnitt av rørledningen med vann og fryse en kort lengde av vannet ved ytre anvendelse av meget lave temperaturer for å danne en ispropp i rørledningen.

Ifølge nye trekk ved den foreliggende oppfinnelse er rørledningens prøveavsnitt varmeisolert fra det omgivende miljø ved hjelp av en avtagbar innhylling med sidedeler som omgir prøve-avsnittet og endedeler som er koplet til rørledningen. Side- og endedelene avgrenser et ringformet kammer som er montert rundt rørledningen. Et grenrør er anordnet inne i kammeret for å fordele strømmen av et cryogenisk kjølefluidum, såsom flytende nitrogen, på ensartet måte gjennom hele kammeret. Grenrøret omfatter et antall rørdeler som er innrettet til å slippe en strøm av det cryogeniske kjølefluidum direkte inn i kammeret og mot rørledningens overflate. Varme overføres fra vannvolumet inne i rørledningen ved hjelp av konveksjon til rørledningen, ved varme-ledning gjennom rørledningen og ved konveksjon fra rørlednin-gen til det omgivende basseng av flytende, cryogenisk kjøleflui-dum. Varmeveksling fra rørledningens overflate til det omgivende cryogeniske kjølefluidum oppstår som et resultat av varmeover-føring direkte fra rørledningens overflate til den omgivende væske ved virkningen av konveksjonsstrømmer. Konveksjonsstrøm-mene etableres ved å sette i bevegelse bassenget av flytende cryogenisk kjølef 1-uidum som omgir rørledningen inne i kammeret. Ved en utførelse av oppfinnelsen iverksettes omrøring av bassenget av cryogenisk kjølgefluidum ved å sende en strøm av fordampet, cryogenisk kjølefluidum gjennom det omgivende basseng. Konveksjonsstrømmene er et resultat av den kraftige omrøring av væsken ved bevegelsen av dampen når denne sendes gjennom bassenget. Den totale varmeutveksling står i forhold til volumet av dampbobler som sendes inn i bassenget, frekvensen for disses avgivelse og hvor godt kjølefluidumet fukter rørledningens opp-varmingsflate.

Ifølge en annen side ved oppfinnelsen økes varmeover-føringsprosessen ved hjelp av en spredeanordning som er operativt anordnet i•flate-mot-flate-kontakt med rørledningen for på ensartet måte å fordele det flytende kjølefluidum over rørledningens overflate.

De nye trekk som karakteriserer oppfinnelsen, er angitt i etterfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et skjematisk diagram av et typisk rør-ledningssystem, fig. 2 viser et forenklet, gjennomskåret sideriss av et prøveavsnitt av rørledningen som er vist på fig. 1, fig. 3 viser et forenklet sideriss av en cryogenisk innhylling som er montert rundt prøvéavsnittet av den på fig. 2 viste rørledning, fig. 4 viser et snittbilde etter linjen IV - IV på fig. 3, fig. 5 viser et sideriss av den på fig. 3 viste innhylling i hovedsaken etter linjen V - V, og fig. 6 viser et skjematisk riss som illustrerer fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen.

Idet det nå henvises til tegningene, er et forenklet rørlédningssystem på fig. 1 betegnet med henvisningstallet 10. Rørledningssystemet 10 omfatter en utgangsstasjon 12 for pumping av fluidumprodukter, såsom råolje eller naturgass, eller raffiner-te petroleumsprodukter, såsom bensin, jetflybrensel eller liknende, inn i rørledningen. Fluida fra pumpestasjonen 12 sendes gjenom en ventil 14 til en seksjon eller et avsnitt av rørled-ningen 16 som har utskyter-mottagere 18 og 20 og hovedlednings-ventiler 22, 23 og_ 24. Et andre avsnitt av en rørledning 26 har utskyter-mottagere 28 og 30 ved hver ende og hovedledningsventi-ler 32 - 35. En mottagende stasjon vist ved 36 kan være en annen pumpestasjon, et raffineri, en fordelingsterminal eller liknende. En avgreningsledning 38 ender i en utskyter-mottager 40. Rør-ledningen 16 kan være opp til 1,5 meter i diameter og av sveiset konstruksjon. Ytterligere utskyter-mottagere kan være anordnet langs ledningene 16 og 38 etter behov. Endeventiler 19, 42, 29, 31 og 41 er sikret i fluidumkommunikasjon mellom respektive utskyter-mottagere 18, 20, 28, 30 og 40 og de tilhørende rørled-ningsavsnitt 16, 26 og 38 for å lette utskytnings- og mottagel-se sope ra sjoner .

De tre utskyter-mottagere 20, 28 og 40 kan være sammenkoplet for enten å sende ut eller motta såkalte "sats-griser"

(prøveapparater som sendes gjennom rørledningene). Utskyter-mottagerne 20 og 40 vil typisk bli benyttet til å motta "griser". Utskyter-mottageren 28 vil typisk bli benyttet til å utsende eller utskyte en gris. En gris kan utskytes fra utskyter-mottageren 28 ved lukning av ventilene 42 og 44, åpning av endelukke-anordningen 46 og innføring av grisen i halsen på røret 48.

Samlesystemet 10 på fig. 1 kan ha en lengde på flere hundre kilometer. For eksempel kan rørledningsavsnittet 16 ha én diameter på ca. 20 cm og kan starte i et oljefelt i New Mexico. Rørledningen 38 kan komme fra et oljefelt i vest-Texas og kan også ha en diameter på ca. 20 cm. Ledningen 26 kan ha en diameter på ca. 25 eller ca. 30 cm og kan strekke seg flere hundre mil tvers over staten Texas til et raffineri ved Gulf-kysten. Hovedpro-duktet som føres av systemet 10, kan være råolje. De normale driftstrykk for systemet kan være så høye som ca. 50 eller ca.

2

105 kg/cm .

En passende metode for hydrostatisk prøving av systemet 10 er vist og beskrevet i det forannevnte US patent 3 827 282. Idet det nå henvises til fig. 2, i overensstemmelse med den gene-relle metode som er beskrevet i det nevnte patent, startes hydrostatisk prøving av en rørledning 16 som er i drift, dvs. fører et fluidumprodukt 50 som kan være f.eks. råolje, ved at produktet 50 forskyves med vann 52 ved hjelp av en standard sats-gris 54 som kan utskytes fra hvilken som helst passende utskyter-mottager, f.eks. utskyter-mottageren 20 bak fluidumproduktet 50 ved benyttelse av vann 52 som drivfluidum. En andre sats-gris 56 utskytes bak vannet 52 og foran produktet 50. En passende mengde vann 52 innsprøytes i ledningen 16 for å fylle det avsnitt, eller stykke 16T som skal prøves. Deretter blir en kort lengde eller et volum 52P av vannet i ledningen 16 frosset for å danne en ispropp i en forutbestemt posisjon (f.eks. Stasjon "F") langs ledningen 16.

Isproppen 52P kan fryses ved benyttelse av den innretning som er generelt betegnet med henvisningstallet 60 på fig.

3, 4 og 5. Innretningen 60 omfatter en innhylling eller boks,

generelt betegnet med henvisningstallet 62, som har i hovedsaken sylindriske halvdeler eller skall 64 og 66 som monteres rundt rørledningen 16 for å avgrense et ringformet kammer 70 med øvre og nedre kammerområder for opptagelse av det flytende kjøleflui-dum. Hvilken som helst passende fluidumtetningsanording 72 kan benyttes langs sømmen mellom halvdelene 64 og 66 for å tette kammeret. 70. Tetningsmaterialet 72 er anbragt mellom i lengderetningen forløpende flenspartier 74, 76 og 78, 80 på halvdelene 64 hhv. 66. Halvdelene 64, 66 omfatter også radialt forløpende flenspartier 82, 84 og 86, 88 som er sammenkoplet med rørlednin-gens 16 ytre omkrets. Sidepartiene 64 - 66 og endepartiene 82 88 avgrenser det ringformede kammer 70 når de er montert rundt rørledningen 16. Tetningsanordningens 72 innerflate og de langsgående flenser 74 - 80 er festet til hverandre ved hjelp av hvilken som helst passende anordning, for eksempel en bolt 90 og en mutter 92.

Et lag 94 av isolasjon er anbragt rundt den ytre overflate av skalldelene 64 og 66. Isolasjonen består fortrinnsvis av polyurethanskum som er festet til den ytre overflate av de sylindriske skalldeler. Imidlertid kan det også benyttes andre skummaterialer med gode varmeisolasjonsegenskaper, såsom poly-styren, gummi og silikoner.

De radialt forløpende flenspartier 82 - 88 omfatter fortrinnsvis i lengderetningen utspredte partier 100 - 106 på hver ende av innhyllingen 62 for å fullføre den fluidumtette forsegling rundt rørledningen 16. De utspredte partier 100 - 106 kan være festet til rørledningen 16 i en trykkforbindelse ved hjelp av metallbånd (ikke vist).

Et grenrør, som er generelt vist ved 110, er anbragt i kammeret 70 for å fordele strømmen av cryogenisk kjølefluidum i hovedsaken ensartet gjennom hele kammeret. I det foretrukne arrangement som er beskrevet her, omfatter grenrøret 110 en øvre halvdel 112 og en nedre halvdel 114 som svarer henholdsvis til den øvre skalldel 64 og den nedre skalldel 66 av. innhyllingen 62. Hvert grenrør 112, 114 er et rett, rørformet element med et antall åpninger med hvilket et antall fordelings-rørelementer 116 og 118 er forenet i fluidumforbindelse. Hvert grenrør 112 og 114 er festet i fluidumforbindelse med en innløpsport 120 hhv. 122 for tilførsel av en strøm av cryogenisk kjølefluidum til kammeret 70. Som vist på fig. 4, stikker innløpsportene 120 og 122 radialt gjennom innhyllingens 62 vegger 64 og 66 og også gjennom isolasjons-laget 94. Det fremgår at rørlelementene 116 og 118 er stort sett bueformede elementer som i hovedsaken stemmer med krumningen av den sentralt anbragte rørledning 16. Hvert fordelingsrør omfatter et antall åpninger eller utløpsporter 124 og 126 som svarer henholdsvis til de øvrel. og nedre halvdeler av kammeret 70. Åpningene eller utløpsportene 124, 126 er innrettet til å slippe kjølefluidum direkte inn i kammeret og mot rørledningens 16 overflate, og fortrinnsvis i en retning som står i hovedsaken normalt på rørledningens 16 overflate. Da grenrørene 112 og 114 ikke står i fluidumforbindelse med hverandre, er det mulig å la kjølefluidum av forskjellige kvaliteter og strømningshastigheter strømme ut i de to hovedområder av kammeret 70, hvilket er nød-vendig for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen slik som senere nærmere beskrevet. Under varmeutvekslingen fra vannvolumet i rørledningen 16 til det omgivende kjølefluidum i kammeret 70 vil store volumer av flytende kjølefluidum fordampe og danne damp. Denne damp slippes ut fra kammeret 70 ved hjelp av en utløpsport 128 som rager gjennom innhyllingsveggen 64 og også gjennom den omgivende isolasjon 94. Dampen kan strømme ut til den omgivende atmosfære, men den slippes fortrinnsvis ut utenfor endepartiene av innhyllingsveggene 64, 66 for å avkjøle den ytre overflate av den avdekkede og uisolerte rørledning.

Under drift tilveiebringer innretningen 6 0 et fluidumtett, varmeisolerende kammer i hvilket et kjølefluidum, såsom flytende nitrogen, strømmer inn inntil i det minste en del av den omsluttede_ overføringsledning 16 er nedsenket i et basseng av det flytende kjølefluidum. Det viktigste middel ved hvilket varme overføres fra rørledningens 16 overflate til det omgivende basseng av kjølefluidum, er ved konvektiv varmeoverføring ved hvilken forholdsvis varme og kalde deler av det omgivende fluidum blandes når fluidumet settes i bevegelse. Det meste av varmeutvekslingen skjer som et resultat av overføring direkte fra rørledningens 16 overflate til den omgivende væske ved virkningen av konveksjonsstrømmer. Ifølge den foreliggende oppfin- neise etableres konveksjonsstrømmer ved at en strøm av fordampet kjølefluidum slippes gjennom innløpsporten 122 slik at dampen strømmer inn i kammeret 70 og "bobler" gjennom det omgivende, ringformede basseng av flytende kjølefluidum. Konveksjonsstrøm-mene er et resultat av den kraftige omrøring av væsken på grunn av dampboblenes bevegelse. Den totale varmeutveksling står i forhold 'til volumet av boblene, frekvensen for disses avgivelse og hvorvidt kjølefluidumet "fukter" rørledningens 16 overflate eller ikke.

For oppnåelse av hurtig varmeoverføring bør hele over? flaten av den omsluttede rørledning 16 til stadighet fuktes og mettes av det flytende kjølefluidum. Denne effekt oppnås delvis ved av<g>ivelsen av strømmer av det flytende kjølefluidum fra rør-elementenes 116 og 118 åpninger 124 og 126. Man har imidlertid funnet at fordelingenav kjølefluidum over rørledningens 16 overflate forøkes i sterk grad ved tilveiebringelse av et lag 132 av et gjennomtrengelig materiale for spredning av strømmene av fly-gende kjølefluidum som strømmer mot rørledningen 16. Det gjennomtrengelige materiale omfatter fortrinnsvis et materiale som lett fuktes av kjølefluidumet. I et foretrukket arrangement er laget 132 av gjennomtrengelig materiale en hylse av vevd materiale, såsom en skjerm av trådnetting. En passende diffusjons- eller spredeanordning kan imidlertid bestå av en gjennomhullet meta11-bane eller alternativt en vekematrise av rustfritt stål eller glassfibre. Andre passende materialer som har gjennomtrengelige egenskaper, kan med fordel benyttes. Beste resultater er blitt oppnådd ved utnyttelse av de ovenfor beskrevne, gjennomtrengelige materialer anbragt i flate-mot-flate-trykkontakt med rørledningen 16.

Ved benyttelse av innretningen 6 0 for frysing av en ispropp avdekkes rørledningen 16 på det sted som skal fryses, bare i en lengde som er tilstrekkelig til å installere innretningen 6 0 rundt rørledningen. Rørledningen 16 fylles med vann som fortrinnsvis holdes i en statisk tilstand, selvsagt med mindre det er umulig å gjøre dette på grunn av en lekkasje i ledningen.

Det beskyttende belegg som vanligvis dekker rørledningen 16, fjelrnes fortrinnsvis i det område hvor innhyllingen 62 skal an-bringes. Etter at innhyllingen 62 er blitt festet rundt rørled- ningen, dekkes hele innretningen 6 0 av et isolerende dekke eller teppe 140 for å øke varmeoverføringshastigheten ved grenseflaten mellom innhyllingen 62 og rørledningen 16 (se fig. 6). Etter at prøveavsnittet av rørledningen er blitt omsluttet av det varme-isolerte kammer 70, blir flytende nitrogen eller et annet passende, cryogenisk kjølefluidum, innført i kammeret 70 inntil i det minste en del og fortrinnsvis hele den omsluttede rørledning 16 er nedsenket i et basseng av flytende nitrogen. Flytende nitrogen innføres i kammeret 70, som vist ved pilene 144, fortrinnsvis inntil kammeret -70 er i hovedsaken fylt av den flytende nitrogen. Strømmen av flytende nitrogen inn i kammeret 70 avsluttes i løpet av et forutbestemt intervall mens den flytende nitrogen fordamper som reaksjon på varmeoverføringen fra den omsluttede rørledning 16, idet damp strømmer ut gjennom utløpspor-ten 128 til et grenrør 176, som vist med piler 147, hvor dampen fordeles ved hjelp av to rør 148 og 150 for utstrømning under det isolerte teppe 140 som dekker endepartiene av innretningen 60, slik som vist med piler 149, 151. Ytterligere flytende nitrogen tilføres til kammeret 70 etter behov for å erstatte det fordampede kjølefluidum.

Den hastighet og frekvens med hvilken flytende nitrogen tillates å strømme inn i innretningen 60, kan bestemmes ved av-føling av temperaturen på overflaten av den omsluttede rørledning 16 etter hvert som kammeret 70 fylles. Denne funksjon kan utfø-res manuelt eller automatisk med en temperaturindikator 152 som reagerer på temperaturavhengige forandringer i en temperaturtøler 154 som er anbragt i flate-mot-flate-kontakt med den omsluttede rørledning 16, og som er passende isolert fra det omgivende basseng av flytende nitrogen ved hjelp av et isolerenlde lag 156. Føleren eller proben 154 er elektrisk forbundet med temperatur-indikatoren 152 ved hjelp av en bunt ledere 158. Ytterligere flytende nitrogen tilføres til kammeret 70 for å etterfylle den fordampede nitrogen når rørledningens 16 temperatur øker til et forutbestemt nivå over den temperatur som indikeres av tempera-turindikatoren 152 når kammeret 70 er i hovedsaken fylt av flytende nitrogen.

For automatisk styring av strømmen av flytende nitrogen er en nivåkontrollanordning 159 anordnet i kammeret 70. Nivå- kontrollane-rdningen 159 kan være en forskyvningsomformer av kon-vensjonell konstruksjon som tilveiebringer et elektrisk styresig-nal 161 som reaksjon på forskyvning av kontrollanordningen i forhold til en vilkårlig referanseposisjon. Nivåstyresignalet 161 og et temperaturstyresignal 163 utgjør inngangssignaler til en strømstyreenhet 165. En strømstyreventil 167 reagerer på et strømstyresignal 169 fra styreenheten 165 for å måle den mengde flytende nitrogen som kreves for å opprettholde et foreskrevet væskenivå i kammeret 70. Strømstyresignalet 161 reagerer på en forutbestemt funksjon av væskenivåstyresignalet 161 og rørled-nings-temperaturstyresignalet 163 for å tilveiebringe en positiv styring av nivået av flytende nitrogen i kammeret 70.

Et viktig trinn ved den hydrostatiske prøving og ved reparasjons- eller endringsprosesser som utnytter en ispropp,

er bestemmelsen av det tidspunkt hvor fryseprosessen har begynt og når en passende ispropp 52P er blitt dannet i rørledningens 16 prøveavsnitt 16T. En metode for bekreftelse av eksistensen av en ispropp i prøveavsnittet 16T, er å avføle dannelseshastigheten for krystaller i vannvolumet etter hvert som det fryser. Ved den foreliggende oppfinnelse utføres dette ved hjelp av en lyd-indikator 16 0 som detekterer enten amplituden eller frekvensen av den støy som generes i det frysende vannvolum når krystaller av is ekspanderer og kolliderer med hverandre etter hvert som volumet eller klumpen fryser. Et elektrisk signal som er pro-porsjonalt med den støy som genereres av de kolliderende iskrystaller, genereres av en omformer 162 som er anbragt i kontakt

med rørledningens 16 ytre overflate og er elektrisk forbundet med lydindikatoren 160 ved hjelp av en bunt ledere 164. Det er blitt eksperimentelt verifisert at under prosessen for frysing av vannvolumet i prøveavsnittet 16T øker frekvensen og amplituden av den av de kolliderende iskrystaller genererte støy raskt når fryseprosessen begynner, og avtar deretter kontinuerlig og nærmer seg et nominelt nivå etter at isproppen er blitt dannet. En operatør kan derfor utnytte temperaturindikasjonene og lydindikasjonene for å bestemme med hvilken hastighet deh flytende nitrogen bør tilføres til kammeret og ved hvilket punkt start av hydrostatisk prøving kan begynne med sikkerhet for at en fullstendig ispropp er blitt dannet.

Et viktig trekk ved oppfinnelsen er det trinn å sette

i bevegelse den flytende nitrogen som er dannet i et basseng rundt rørledningen 16. Slik som ovenfor omtalt, oppnås dette ved å sende en strøm av nitrogendamp gjennom bassenget av flytende nitrogen, slik som angitt med pilene 164 på fig. 6. Omrøring av bassenget av flytende nitrogen som omgir det omsluttede rørled-ningsavsnitt, kan opptre på naturlig måte på grunn av oppdrifts-bevegelsen gjennom bassenget av nitrogendampbobler som frembringes som reaksjon på varmeoverføring fra de nedsenkede partier av rør-ledningen til den omgivende væske. Imidlertid kan kraftigere om-røring ønskes under de tidlige trinn av fryseprosessen, hvilket kan oppnås meget lettvint ved uttømming av nitrogendamp gjennom innløpsporten 122.

Selv om det generelt er ønskelig å danne isproppen så hurtig som mulig, kan det på grunn av struktur- eller material-begrensninger som er knyttet til det metall som omgir rørlednin-gen 16, være ønskelig å forhåndsavkjøle prøveavsnittet før innfø-ringen av flytende nitrogen til kammeret 70, for å unngå tempera-turs jokk. Dette kan oppnås ved å tilføre nitrogendamp til kammeret gjennom innløpsporten 120 i en forutbestemt tidsperiode før det trinn å tilføre flytende kjølefluidum til kammeret, slik at den forholdsvis varme overflate av rørledningen (ca. 300° Kelvin) reduseres mot den forholdsvis lave temperatur på kokende nitrogen (ca. 77° Kelvin).

Felterfaring og laboratorieprøving har bekreftet at egenskapene for en rørledning som trykksettes og fryses ved hjelp av fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen, ikke endres på noen måte. I et nylig gjennomført prøveprogram ble prøve-eksemplarer fjernet fra et ikke-trykksatt avsnitt, et trykksatt avsnitt og fra et frosset avsnitt og ble utsatt for standard strekkprøver, slagprøver og metallografiske undersøkelser. Strekkprøvedataene avslørte bare normal spredning på alle tre steder. Slagprøvedataene avslørte ingen forskyvning av overgangs-temperatur. Dataene fra alle prøver passet inn i et normalt spredningsbånd. Mikrostrukturene på alle steder ble funnet å være like hverandre, bestående av laminær perlitt i en grunnmas-se av ferritt, med et lavt nivå av ikke-mealliske innleiringer. Ingen mikrosprekker eller noen andre uvanlige strukturtilstander

ble oppdaget.

Fryseprosessen kan akseleres kraftig ved å spre den flytende nitrogen over i det minste en del av den omsluttede rør-ledning 16 og fortrinnsvis på en ensartet måte over hele dennes omsluttede overflate. Den flytende nitrogen kan selvsagt spres over overflaten av den omsluttede rørledning ved ganske enkelt å rette strømmen av flytende nitrogen direkte mot rørledningens overflate. Den flytende nitrogen blir imidlertid spredt mer ensartet og fullstendig over overflaten ved at en strøm av flytende nitrogen rettes direkte mot overflaten av et gjennomtrengelig medium, såsom den vevede skjerm 132 som er anbragt direkte på overflatearealet av den omsluttede rørledning 16. I tillegg til sin evne til å spre den flytende nitrogen over overflaten av den omsluttede rørledning 16, virker det gjennomtrengelige medium 132 også til å omrøre bassenget av flytende nitrogen som omgir den omsluttede rørledning, på grunn av flytebevegelsen gjennom bassenget av flytende nitrogen av bobler av fordampet nitrogen som frembringes som reaksjon på varme som overføres fra de nedsenkede partier av den omsluttede rørledning ved uregelmessigheter i overflaten av det gjennomtrengelige medium 132 som er anbragt på.de nedsenkede partier av overføringsledningen.

Flytende nitrogen er det foretrukne kjølefluidum for benyttelse sammen med den beskrevne innretning. Det er et sikkert kjølemiddel som er kjemisk forholdsvis inaktivt og som hverken er eksplosivt eller giftig. Det er videre alminnelig tilgjengelig på markedet og det er lett å fremstille ved fraksjonering av flytende luft. Et stort volum av flytende nitrogen kan transporteres, sikkert og lettvint på feltet ved hjelp av en transportabel be-holder 170 som er vist på fig. 6. En væskelédning 172 er tilkoplet i fluidumforbindelse med væskeinnløpsporten 12 0 og en venti-lasjonsledning 174 er tilkoplet i fluidumforbindelse med dampinn-løpsporten 122 for tilførsel av damp til kammeret 70. En pumpe 176 styrer strømningshastigheten for flytende nitrogen og damp gjennom væskeledningen 172 og ventilasjonsledningen 174.

Så snart det antas at en propp er blitt frosset, idet det tas hensyn til temperaturindikasjonene fra indikatoren 152 og lydindikasjonene fra indikatoren 160, kan hydrostatisk prøving begynne idet trykket på den ene side av isproppen (PH) heves langsomt for å prøve dens integritet (se fig. 2 og 6). Dersom baksidetrykket (PL) ikke øker når ytterligere vann pumpes inn i prøveavsnittet 16T, indikerer dette at isproppen er frosset til massiv tilstand. Ytterligere vann pumpes deretter inn i prøve-avsnittet 16T inntil det ønskede prøvetrykk er oppnådd i dette. Prøvetrykket for rørledninger over jorden, såsom utskyter-mottageren 18, og utløpsloddingen som er knyttet til stasjonen 12, vil typisk være fra ca. 140 - 197 kg/cm 2, hvilket er noe høyere enn de normale prøvetrykk for de nedgravde partier av rørledningen 16.

Etter at prøvetrykket er oppnådd, opprettholdes dette i en lengre periode, vanligvis 24 timer. Hvilken som helst varia-sjon i trykk som ikke kan tilskrives endringer i temperatur, indikerer en lekkasje. En eventuell økning av trykket P sammenkoplet med et trykktap i prøveavsnittet indikerer at isproppen har glidd langs ledningen eller at isproppen har lekket. Et trykktap på baksiden som ikke sammenkoples med trykktapet på prø-vesiden, indikerer at en lekkasje har inntruffet mellom isproppen 52P og hovedledningsventilen 23. I tilfelle av en lekkasje må denne finnes og repareres, og en vellykket prøve må fullføres før man går videre til det neste prøveavsnitt.

Etter utførelse av en vellykket prøve tillates proppen 52P å tine, og vannvolumet 52 fremføres til en annen posisjon langs rørledningen, for videre prøving. Opptining av isproppen 52P lettes ved å åpne en avløpsventil 130 i den nedre halvdel 66 av innhyllingen 62, for å tillate den flytende nitrogen å bort-ledes raskt fra kammeret 70.

En dagbok over hendelser som er knyttet til en typisk frysing utført ved hjelp av fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen, er vist i den etterfølgende tabell:

Fysedata

Ut fra den foregående beskrivelse av foretrukne utførel-ser av oppfinnelsen vil fagfolk på området innse at fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen tilveiebringer en ispropp mye raskere og med mer pålitelighet enn tidligere arrangementer. Da den bestemmende mekanisme eller virkemåte ved varmeoverførings-prosessen består av konvektiv varmeoverføring fra rørledningens overflate direkte til flytende, cryogenisk kjølefluidum i stedet for ved ledning gjennom et mellomliggende legeme, dannes isproppen mye raskere og vedlikeholdes under den hyrostatiske prøving og ved reparasjons- eller endringsprosesser med mindre innsats enn ved tidligere kjente arrangementer.

Claims (38)

1. Innretning for frysing av et væskevolum i et avsnitt av en fluidumoverføringsledning,karakterisert vedat den omfatter en innhylling med sidepartier for omslutning av et avsnitt av overføringsledningen og endepartier for sammenkopling med overføringsledningen, idet side- og endepartiene avgrenser et ringformet kammer når de er montert rundt overføringsled-ningen, idet kammeret når det er fylt, er innrettet til å inne-slutte et volum av kjølefluidum i dets væskefase i intim kontakt med hele den ytre overflate av overføringsledningen som er omsluttet av innhyllingen, idet innhyllingen omfatter en innløpsport-anordning for å slippe inn en strøm av et kjølefluidum til kammeret og en utløpsportanordning for å slippe ut kjølefluidum fra kammeret, en grenrøranordning som er anordnet i kammeret og står i fluidumkommunikasjon med innløpsportanordningen for fordeling av strømmen av kjølefluidum inne i kammeret, og et antall røran-ordninger som står i fluidumkommunikasjon med grenrøret, idet hver røranordning omfatter en åpning for utslipp av en strøm av kjølefluidum til kammeret og mot i det minste en del av den overflate av overføringsledningen som er omsluttet av innhyllingen.

2. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at iden omfatter en gjennomtrengelig anordning for spredning av kjølefluidumet som strømmer mot overføringsledningen, idet spredeanordningen er operativt anbragt i flate-mot-flate-inngrep med overføringsledningen.

3. Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at spredeanordningen omfatter et materiale som lett fuktes av kjølefluidumet.

4. Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at spredeanordningen omfatter en hylse av vevet materiale.

5. Innretning ifølge krav 4,karakterisertved at hylsen av vevet materiale er en trådnetting.

6. Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at spredeanordningen omfatter en gjennomhullet bane.

7. Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at spredeanordningen omfatter en vekematrise.

8. Innretning ifølge krav 7,karakterisertved at vekematrisen består av rustfritt stål.

9. Innretning ifølge krav 7,karakterisertved at vekematrisen består av fiberglass.

10. _ Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at åpningene i røranordningen er innrettet til å slippe ut en strøm av kjølefluidum i en retning i hovedsaken vinkelrett på spredeanordningens overflate.

11. Innretning ifølge krav 1,karakterisert' ved at innhyllingens sidepartier omfatter en første og en andre skalldel, idet de første og andre skalldeler omfatter i lengderetningen forløpende flenspartier som samarbeider for å tillate tilpasset sammenkopling av skalldelene med hverandre for å danne en lukket konstruksjon, og idet innhyllingens endepartier omfatter f lenspartier som strekker seg radialt fra endene av hver av skalldelene, for tilpasset sammenkopling med overføringsled-ningen ved hvert endeparti av innhyllingen.

12. Innretning ifølge krav 11,karakterisertved at den omfatter et lag av isolasjon som er anbragt på skalldelenes ytre overflate, en anordning for tetning av grenseflaten mellom de langsgående flenser, en anordning for tetning av grense-flatene mellom de radiale flenser og overføringsledningen, en anordning for å feste skalldelene og de tilhørende skalltetnings-anordninger til hverandre for å tilveiebringe et fluidumtett kammer, et isolert dekke for dekning av hver ende av innhyllingen og det tilknyttede' endeavsnitt av overføringsledningen for å avgrense en forkjølingssone på hver side av innhyllingen, og en utløpsrøranordning som er koplet i fluidumforbindelse med utløps-portanordningen for utslipp av fordampet kjølefluidum til den av det nevnte dekke omsluttede forkjølingssone.

13. Innretning ifølge krav 12,karakterisertved at det nevnte lag av isolasjon omfatter polyurethanskum som er bundet til skalldelenes ytre overflate.

14. Innretning ifølge krav 11,karakterisertved at de første og andre skalldeler hver omfatter en halvsylin- der, idet hver røranordning omfatter et rør med et antall utløps-åpninger, idet rørene er buet for å passe til overføringslednin-gens krumning og er i hovedsaken ensartet innbyrdes adskilt i forhold til innhyllingens akse, idet hvert rørs utløpsåpninger er i hovedsaken ensartet adskilt fra hverandre.

15. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at den omfatter et reservoar, et i reservoaret anbragt forråd • av kjølefluidum som har en væskefase og en dampfase og som endres fra væske- til dampfase i et forutbestemt område av atmosfære-trykk- og temperaturtilstander, en anordning for overføring av kjølefluidum fra reservoaret til innløpsportanordningen, en anordning for styring av kjølefluidumets strømningshastighet gjennom overføringsanordningen, og en anordning for å detektere frysingen av et vannvolum som er anbragt i det avsnitt av overfø-ringsledningen som er omsluttet av innhyllingen.

16. Innretning ifølge krav 15,karakterisertved at detekteringsanordningen omfatter en anordning for avføling av temperaturen på den overflate av overføringsledningen som er omsluttet av innhyllingen, og en anordning for detektering av den støy som frembringes ved dannelsen av iskrystaller etter hvert som vannvolumet i rørledningsavsnittet fryser som reaksjon på at varmeenergi overføres fra vannet gjennom overføringsledningen til kjølefluidumet som tilføres til kammeret av den nevnte overfø-ringsanordning.

17. Innretning for frysing av et væskevolum i et avsnitt av en fluidumoverføringsledning,karakterisert vedat den omfatter en innhylling med sidepartier for omslutning av et avsnitt av overføringsledningen og endepartier for sammenkopling med overføringsledningen, idet side- og endepartiene avgrenser et kammer når de er montert rundt overføringsledningen, idet innhyllingen omfatter en innløpsportanordning for å slippe en strøm av kjølefluidum inn i kammeret og en utløpsportanordning for å slippe kjølefluidum ut av kammeret, idet innløpsportanordningen omfatter en første åpning i innhyllingen for å slippe en strøm av kjølefluidumet inn i et første område av kammeret, og en andre åpning i innhyllingen for å slippe en strøm av kjølefluidumet inn i et andre område av kammeret, en grenrøranordning som er anordnet i kammeret og koplet i fluidumforbindelse med innløpsport- anordningen for å fordele strømmen av kjølefluidum i kammeret, idet grenrøranordnigen omfatter første og andre grenrør som er koplet i fluidumforbindelse med henholdsvis de første og andre innløpsportåpninger, og et antall røranordninger som er koplet i fluidumforbindelse med grenrøret, idet hver røranordning omfatter en åpning for å slippe en strøm av kjølefluidum inn i kammeret og mot i det minste et parti av overføringsledningens overflate, idet røranordningene omfatter første og andre grupper av rør som er koplet i fluidumforbindelse med henholdsvis de første og andre grenrør, idet rørene i den første gruppe er innrettet til å til-føre en strøm av kjølefluidum mot den overflate av overførings-ledningen som er knyttet til det første kammerområde, og rørene i den andre gruppe er innrettet til å tilføre en strøm av kjøle-fluidum mot en overflate av overføringsledningen som er knyttet til det andre kammerområde.

18. Innretning ifølge krav 17,karakterisertved at den omfatter et reservoar, et i reservoaret anbragt forråd av kjølefluidum i væsketilstand og i damptilstand, en anordning for transport av flytende kjølefluidum fra reservoaret og som er koplet i fluidumforbindelse med den første innløpsportåpning, en anordning for styring av strømningshastigheten av flytende kjøle-fluidum inn i kammeret, en anordning for transport av kjøleflui-dumdamp fra reservoaret og som er koplet i fluidumforbindelse med den andre innløpsportanordning, en anordning for styring av strøm-ningshastigheten for kjølefluidumdamp inn i kammeret og en anordning for detektering av frysingen av et vannvolum som er anbragt i det avsnitt av overføringsledningen som er omsluttet av innhyllingen.

19. Innretning ifølge krav 18,karakterisertved at kjølefluidumet er nitrogen og at væskevolumet i overfø-ringsledningsavsnittet er vann.

20. Innretning for frysing av et vannvolum i et utvalgt avsnitt av en overføringsledning for transport av flytende produkter,karakterisert vedat den omfatter en innhylling med øvre og nedre partier som svarer til øvre og nedre partier av overføringsledningen og avgrenser et kammer når de er anbragt rundt det utvalgte avsnitt, et første grenrør som er anbragt i kammeret og har et antall rør som er innrettet til å tilføre fluidum over i det minste et parti av overføringsled-ningens øvre halvdel, et andre grenrør som er anbragt i kammeret og har et antall rør som er innrettet til å tilføre fluidum over i det minste et., parti av overføringsledningens nedre halvdel, en anordning for utstrømning av damp fra kammeret til den omgivende atmosfære, et reservoar av cryogenisk kjølefluidum i væske- og damptilstander, en første tilførselsledning som forbinder reservoaret med det første grenrør for å tilføre et kjølefluidum i enten væske- eller damptilstand over i det minste et parti av overføringsledningens øvre halvdel, en andre tilførselsledning som forbinder reservoaret med det andre grenrør for å tilføre kjølefluidum i enten væske- eller damptilstand over i det minste et parti av overføringsledningens nedre halvdel, og en anordning for selektiv fylling av tilførselsledningene med kjølefluidum i enten væske- eller damptilstand.

21. Innretning ifølge krav 20,karakterisertved at den første tilførselsledning fylles med kjølefluidum som i hovedsaken består i væskefase, og at den andre tilførselsled-ning fylles med kjølefluidum som i hovedsaken består i dampfase, og at den videre omfatter et basseng av kjølefluidumvæske som er anbragt i det nedre parti av innhyllingen, idet kjølefluidumdam-pen strømmer ut fra det andre grenrør gjennom bassenget.

22. Fremgangsmåte for frysing av et væskevolum i et avsnitt av en fluidumoverføringsledning ved overføring av varmeenergi fra væskevolumet gjennom overføringsledningen til et kjølefluidum som fordamper når det .utsettes for et forutbestemt område av trykk-og temperaturtilstander,karakterisert ved. at over-føringsledningsavsnittet omsluttes av varmeisolerende materiale for å avgrense et isolert kammer rundt avsnittet, at flytende kjølefluidum slippes inn i kammeret inntil i det minste en del av den omsluttede overføringsledning er nedsenket i et basseng av flytende kjølefluidum, at væsken i bassenget settes i bevegelse og at kjølefluidumdamp slippes ut fra kammeret.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22,karakterisertved at trinnet med tilførsel av flytende kjølefluidum til kammeret utføres inntil kammeret er i hovedsaken fylt av væsken, idet trinnet deretter avsluttes i et forutbestemt intervall mens væsken fordampes som reaksjon på overføring av varme fra overfø-ringsledningen, og idet trinnet deretter gjentas for å etterfylle det fordampede kjølefluidum.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23,karakterisert vedat temperaturen på overflaten av den omsluttede rør-ledning avføles etterhvert som kammeret fylles, idet trinnet med tilførsel av flytende kjølefluidum inn i kammeret gjentas for å etterfylle det fordampede kjølefluidum når overføringsledningens temperatur øker til et forutbestemt nivå over overføringslednin-gens temperatur slik den indikeres ved hjelp av temperaturav-følingstrinnet når kammeret er i hovedsaken fullt.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24,karakterisert' ved at hastigheten for dannelse av krystaller i væskevolumet avføles etter hvert som dette fryser.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25,karakterisert vedat hastighetsavfølingstrinnet utføres ved detektering av amplituden av den støy som genereres i væskevolumet ved bevegelsen av krystaller etter hvert som volumet fryser.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 25,karakterisert vedat hastighetsavfølingstrinnet utføres ved detektering av frekvensen av den støy som genereres i væskevolumet ved bevegelsen av krystaller etter hvert som volumet fryser.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 27,karakterisert vedat kjølefluidumdamp tilføres til kammeret i en forutbestemt periode før det nevnte trinn med tilførsel av flytende kjølefluidum til kammeret.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 28,karakterisert vedat trinnet med tilførsel av kjølefluidumdamp til kammeret fortsettes under utførelsen av det nevnte trinn med tilførsel av flytende kjølefluidum til kammeret.

30. Fremgangsmåte ifølge krav 22,karakterisert vedat det flytende kjølefluidum spres over i det minste et: parti av den upmsluttede overføringsledning når fluidumet tilføres til kammeret.

31. Fremgangsmåte ifølge krav 30, karakteri sert ved at spredetrinnet utføres ved å rette en strøm av væskekjølefluidum mot overføringsledningens overflate.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 30,karakterisert vedat spredetrinnet utføres ved å rette en strøm av væskekjølefluidum mot overflaten av et gjennomtrengelig medium som er anbragt på overføringsledningen.

33. Fremgangsmåte ifølge krav 22,karakterisert vedat trinnet med omrøring av bassenget av væskekjøle-fluidum utføres ved å sende en strøm av kjølefluidumdamp gjennom bassenget.

34. Fremgangsmåte ifølge krav 33,karakterisert vedat en strøm av kjølefluidumdamp rettes mot den omsluttede overflate av overføringsledningen samtidig med strømmen av kjølefluidumdamp gjennom bassenget.

35. Fremgangsmåte ifølge krav 22,karakterisert vedat trinnet med omrøring av væskebassenget utføres ved flytebevegelsen gjennom bassenget av bobler av kjølefluidum-damp som frembringes som reaksjon på varme som overføres fra de nedsenkede partier av overføringsledningen til den omgivende væ ske.

36. Fremgangsmåte ifølge krav 22,karakterisert vedat trinnet med omrøring av væskebassenget utføres ved flytebevegelsen gjennom bassenget av bobler av kjølefluidum-damp som frembringes som reaksjon på varme som overføres fra de nedsenkede partier av overføringsledningen ved struktururegel-messigheter i overflaten av et gjennomtrengelig medium som er anbragt på det nedsenkede parti av overføringsledningen.

37. Fremgangsmåte ifølge krav 22,karakterisert vedat kjølefluidumdampen som strømmer ut fra kammeret, slippes ut mot det varmeisolerende materiale.

38. Fremgangsmåte ifølge krav 37, hvor det isolerte kammer omfatter et avtagbart skall og hvor det isolerende materiale omfatter en kledning som dekker forbindelsen mellom hver ende av skallet og de partier av overføringsledningen som strekker seg utenfor det omsluttede avsnitt,karakterisert vedat utslippstrinnet utføres ved at kjølefluidumdampen slippes gjennom et grenrør som er koplet i fluidumforbindelse med kammeret, idet grenrøret har et antall rør gjennom hvilke kjøle-fluidumdampen slippes ut mot kledningen ved hver ende av avsnittet.