NO340406B1

NO340406B1 - Dobbeltvirkende sluseventil med flere aktiveringsmodi

Info

Publication number: NO340406B1
Application number: NO20101652A
Authority: NO
Inventors: David Studer
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2017-04-18
Also published as: WO2009154874A1; GB2472750A; GB2472750B; US8616230B2; US20110056566A1; NO20101652A1; GB201021461D0

Description

BAKGRUNN

[0001]Denne seksjon er ment å introdusere leseren for forskjellige aspekter av teknikk som kan relateres til forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse, som er beskrevet og/eller kreves beskyttet nedenfor. Denne omtale antas å være nyttig for å forsyne leseren med bakgrunnsinformasjon for å fremme en bedre forståelse av de forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse. Det skal følgelig forstås at disse angivelser skal leses i dette lys, og ikke som innrømmelser av kjent teknikk.

[0002]Som det vil forstås, naturressurser, så som olje og naturgass har en dyp innvirkning på moderne økonomier og samfunn. Innretninger og systemer som avhenger av olje og naturgass, er faktisk allesteds-nærværende. For eksempel brukes olje og naturgass til brensel i et bredt mangfold av kjøretøy, så som biler, fly, båter og lignende. Videre blir olje og naturgass ofte brukt til å varme opp boliger om vinteren, for å generere elektrisitet og fremstille en forbausende rekke av dagligdagse produkter.

[0003]For å tilfredsstille etterspørselen etter slike naturressurser, investerer selskaper ofte betydelig mengder av tid og penger i søking etter og utvinning av olje, naturgass og andre underjordiske ressurser fra jorden. Særlig, så snart en ønsket ressurs oppdages under jordens overflate, blir bore- og produksjons-systemer ofte anvendt for adgang til og utvinning av ressursen. Disse systemer kan være lokalisert på land eller offshore, avhengig av lokaliseringen av en ønsket ressurs. Så snart naturressursen er utvunnet, blir den generelt transportert til prosesserings-lokaliseringer, så som raffinerier. Transporten av disse ressurser utføres gjennom et system av rørledninger, som styres gjennom forskjellige typer av ventiler lokalisert i forskjellige punkter gjennom hele systemet.

[0004]Slike utvinningssystemer kan inkluderer rørledninger eller annen transport-infrastruktur for å transportere ressursen fra en kilde, eksempelvis en brønn, til en destinasjon, så som ytterligere transportsystemer eller lagringsfasiliteter. Rørledningene, eller annen transport-infrastruktur kan inkludere trykkstyring, regulering og sikkerhetsinnretninger, som kan inkludere ventiler, aktuatorer, sensorer, og elektroniske styringsmoduler. Slike innretninger kan være konfigurert til å avlaste trykk eller stenge av strøm av ressursen hvis det detekteres en tilstand med høyt trykk.

[0005]En slik innretning eller gruppe av innretninger kan refereres til som et høy-integritets trykk-beskyttelsessystem (High Integrity Pressure Protection System, HIPPS). Et HIPPS kan være påkrevet for å oppfylle visse spesifikasjoner i henhold til forskrifter, så som et minimum risiko reduksjonsnivå, referert til som et sikkerhets-integritetsnivå (Safety Integrity Level, SIL). HIPPS kan brukes til å stenge av fluidstrøm som respons på en tilstand med høyt trykk, slik at utstyr nedstrøms for HIPPS ikke skades av det høye trykk.

[0006]Konvensjonelle systemer tilveiebringer ofte en automatisk respons på en tilstand med høyt trykk via en sensor, elektronisk styringsmodul og en aktuator som stenger en ventil som respons på tilstanden med høyt trykk. Hvis en sensor, elektronisk styringsmodul eller aktuator svikter, kan det høye trykket i ventilen eller andre krefter tvinge ventilen til å åpne. Høytrykksfluidet kan skade utstyr nedstrøms for HIPPS som ikke er stand til å motstå tilstanden med høyt trykk. Ytterligere testing blir rutinemessig gjennomført på HIPPS for å oppfylle eller opprettholde godkjenning i henhold til forskrifter. Under testing kan HIPPS være ømfintlig for tilstandene med høyt trykk omtalt ovenfor, og svikt i HIPPS kan resultere i uønskede høye trykk nedstrøms for HIPPS.

[0007]US 6321768 B1 angår en fluidtrykkfølsom styringsventil innbefattende en bøyelig pinne, som normal holder ventilen åpen, som foldes sammen for å lukke ventilen som respons på fluidtrykk over et forhåndsbestemt nivå.

[0008]I et første aspekt tilveiebringer oppfinnelsen et system omfattende en ventil omfattende et hus, et skaft, et bevegelig parti anordnet inne i huset og koplet til skaftet, hvor det bevegelige parti er konfigurert til å tillate fluidstrøm gjennom ventilen når det er i en første posisjon og å hindre fluidstrøm gjennom ventilen når det er i en annen posisjon, en aktuator koplet til skaftet, hvor aktuatoren er konfigurert til å bevege det bevegelige parti mellom den første posisjon og den annen posisjon, en mekanisk forbindelse mellom aktuatoren og skaftet, hvor den mekaniske forbindelse er konfigurert til å svikte som respons på et innvendig trykk, hvor svikten av den mekaniske forbindelse opprettholder det bevegelige parti i den annen posisjon, og en styringsmodul koblet til aktuatoren, der styringsmodulen er konfigurert til å styre aktuatoren til å bevege den mekaniske forbindelsen uten svikt til å forårsake bevegelse av det bevegelige parti mellom den første posisjon og den annen posisjon.

[0009]I et andre aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for

operasjon av en ventil, omfattende styring av en aktuator til å bevege en mekanisk forbindelse uten svikt til å forårsake bevegelse av ventilen mellom første og annen posisjoner, og atskilling av en mekanisk forbindelse mellom en aktuator og et skaft av ventilen som respons på et trykk, slik at atskillelsen forårsaker at ventilen

blokkerer fluidstrøm gjennom ventilen.

[0010]Foretrukkede utførelsesformer er angitt i kravene 2 - 10 og 12 - 14.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0011]Forskjellige trekk, aspekter og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil bedre forstås når den følgende detaljerte beskrivelse leses med henvisning til ledsagende figurer, hvor like tegn representerer like deler gjennomgående på figurene, hvor:

[0012]Fig. 1 er et skjematisk diagram av et rørlednings- og HIPPS-system i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0013]Fig. 2 er et skjematisk diagram som viser ytterligere detaljer ved en sluseventil i et HIPPS i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0014]Fig. 3 er et tverrsnitt av sluseventilen på fig. 2 i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0015]Fig. 4 er et tverrsnitt av sluseventilen på fig. 2 i en åpen posisjon i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0016]Fig. 5 er et tverrsnitt av sluseventilen på fig. 2 i en stengt posisjon i samsvar med en utførelser av den foreliggende oppfinnelse;

[0017]Fig. 6 er et tverrsnitt av sluseventilen på fig. 2 med en knekt pinne i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

[0018]Fig. 7 er et tverrsnitt av sluseventilen på fig. 2, og viser utbytting av en knekt pinne i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; og

[0019]Fig. 8 er et flytskjema over operasjonen av sluseventilen på fig. 2 i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV SPESIFIKKE UTFØRELSER

[0020]Én eller flere spesifikke utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor. Disse beskrevne utførelser er kun eksemplifiserende for den foreliggende oppfinnelse. I tillegg, i en innsats for å tilveiebringe en konsis beskrivelse av disse eksemplifiserende utførelser, kan det være at alle trekk ved en faktisk implementering ikke blir beskrevet i patentskriftet. Det skal forstås at i utviklingen av enhver slik faktisk implementering, som i ethvert prosjekt med ingeniørarbeid eller design, må det foretas tallrike implementeringsspesifikke beslutninger for å oppnå utviklerens spesifikke mål, så som overensstemmelse med systemrelaterte og forretningsrelaterte restriksjoner, som kan variere fra én implementering til en annen. Dessuten skal det forstås at en slik utviklingsinnsats kan være kompleks og tidkrevende, men vil likevel være et rutineforetakende med design, fabrikasjon og fremstilling for de som har ordinær fagkunnskap og som har fordel av å ha denne offentliggjøring.

[0021]Fig. 1 er et blokkdiagram som illustrerer en utførelse av et mineral-utvinningssystem 100. Det illustrerte mineralutvinningssystem 100 kan være konfigurert til å utvinne forskjellige mineraler og naturressurser, inkludert hydrokarboner (eksempelvis olje og/eller naturgass), eller konfigurert til å injisere substanser inn i jorden. I enkelte utførelser er mineralutvinningssystemet 100 landbasert (eksempelvis et overflatesystem) eller undersjøisk (eksempelvis et undersjøisk system). Som illustrert, inkluderer systemet 10 en kilde 102, så som et brønnhode koplet til en mineralforekomst via en brønn, og en destinasjon 104, så som en ytterligere transport og/eller lagring.

[0022]Mineralutvinningssystemet 100 inkluderer rør 106 og 108, og et HIPPS 110. Røret 106 kan refereres til som et oppstrøms rør 106, ettersom det er oppstrøms for HIPPS 110. Tilsvarende kan røret 108 refereres til som et nedstrøms rør 108, ettersom det er nedstrøms for HIPPS 110. HIPPS 110 kan inkludere én eller flere ventiler 112 og kan inkludere en elektronisk styringsmodul 114. Den elektroniske styringsmodul 114 kan motta signaler fra én eller flere sensorer 116 lokalisert i eller på det oppstrøms rør 106. Sensoren 116 kan være konfigurert til å overvåke trykk, temperatur, strømningsmengde eller enhver annen parameter for fluidet i røret 106. Den elektroniske styringsmodul 114 og sensorene 116 kan videre være forbundet til styreinnretninger eller grensesnitt (ikke vist) som er tilgjengelige for en operatør fra en styringsstasjon.

[0023]Under normal operasjon kan en operatør åpne eller stenge ventilene 112 i HIPPS som respons på avlesninger fra sensorene 116, eller den elektroniske styringsmodul 114 kan automatisk stenge eller åpne den ene eller de flere ventiler 112 i HIPPS 110 som respons på signaler fra sensorene 116. Foreksempel, som respons på en tilstand med høyt trykk, kan den elektroniske styringsmodul 114 motta et signal fra sensoren 116 og stenge én eller flere av ventilene 112 for å hindre høytrykksfluidet i å bevege seg inn i det nedstrøms rør 108 og skade nedstrøms røropplegg eller utstyr. Tilstanden med høyt trykk kan være ethvert trykk som er uønsket i det nedstrøms rør 108 eller annet nedstrøms utstyr. Et slikt system med automatisk respons i HIPPS 110 kan refereres til som et sikkerhets-instrumentert funksjons-sty ringssystem.

[0024]Komponentene i HIPPS 110, så som ventilene 112, den elektroniske styringsmodul 114, sensorene 116 og deres operasjon bidrar til SIL-klassifiseringen av HIPPS. For å oppfylle krav i henhold til forskrifter, kan det være påkrevet at HIPPS 110 har en spesifikk SIL-klassifisering, hvilket kan oppnås gjennom redundante ventiler 112, den elektroniske styringsmodul 114, eller andre innretninger.

[0025]Ventilene 112 i HIPPS 110 kan inkludere hydrauliske, elektroniske og/eller pneumatiske aktuatorer for å åpne og stenge ventilene. Svikten av sensorene 116, den elektroniske styringsmodul 114 eller aktuatorene kan imidlertid resultere i at ventilene forblir åpne under en uønsket tilstand med høyt trykk. Tilsvarende, egenskapen med svikt av sensorene 116, den elektroniske styringsmodul 114 og/eller aktuatorene kan resultere i lavere SIL-klassifiseringerfor HIPPS 110.

[0026]Eksemplifiserende utførelser av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en sluseventil som har en sekundær aktueringsmekanisme, så som en ytterligere mekanisk forbindelse mellom aktuatoren og ventilen 112, som løser de problemer omtalt ovenfor. For eksempel, i tilfelle av en svikt av sensorene 114, den elektroniske styringsmodul 114 eller aktuatorene for ventilene 112 i HIPPS 110, kan den sekundære aktueringsmekanisme svikte på en slik måte at ventilen 112 stenger eller forblir stengt. Introduksjonen av en pålitelig sviktmodus, som er mekanisk snarere enn elektrisk eller hydraulisk/pneumatisk, kan øke SIL-klassifiseringen for en slik ventil 112 og en HIPPS 110 som bruker ventilen 112, hvilket tilveiebringer enklere overensstemmelse med krav i henhold til forskrifter.

[0027]Fig. 2 er et skjematisk riss av en dobbeltvirkende sluseventil 200 med flere aktueringer, så som én som kan brukes i en HIPPS som beskrevet ovenfor. Ventilen 200 kan styres av en hydraulisk eller pneumatisk aktuator 202, som kan styres av den elektroniske styringsmodul 114, også beskrevet ovenfor. Som beskrevet ovenfor, en svikt i den elektroniske styringsmodul 114, kan resultere i en evne til å styre aktuatoren 202. Ventilen 200 kan plasseres mellom et oppstrøms rør 204 som transporterer mineralet fra en kilde, og et nedstrøms rør 206 som transporterer til videre nedstrøms utstyr. Det oppstrøms rør 204 er en høytrykks rørledning, eksempelvis tykkvegget rør, og det nedstrøms rør 206 er en lavtrykks rørledning, eksempelvis tynnvegget rør, og den nedstrøms infrastruktur og utstyr kan også være begrenset til kapasiteter med relativt lavt trykk. En struper, regula-tor eller annen innretning, opprettholder trykket i det oppstrøms røropplegg 204 på akseptable nivåer. Imidlertid, hvis slike nivåer overskrides, kan ventilen 200 stenge for å beskytte det nedstrøms rør 206 og nedstrøms infrastruktur fra det høye trykket.

[0028]I den illustrerte utførelse, inkluderer aktuatoren 202 en øvre port 208, en nedre port 210 og et stempel 212, som samvirker med hverandre og muliggjør operasjon av ventilen 200. Ventilen 200 inkluderer en slusespindel 214 for å operere en ventilplugg inne i ventilhuset 216.1 tillegg inkluderer ventilen 200 et innløp 218 og et utløp 220, selv om innløpssiden og utløpssiden av ventilen er ombyttbare. Ventilen 200 kan være orientert til å tilveiebringe tilgang til ventilen 200 for drift og ettersyn. Innløpet 218 og utløpet 220 er konfigurert til å tilveiebringe en sikker og lekkasjefri tetning med rørene 204 og 206 eller en annen fluid-overføringskomponent i systemet. Som beskrevet videre nedenfor, bevegelse av aktuatoren 202 beveger en sluse inne i ventilhuset 216 via slusespindelen 214, hvilket stenger eller åpner ventilen 200 basert på posisjonen til aktuatoren 202.

[0029]I samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse kan ventilen 200 inkludere en sekundær aktueringsmekanisme 222, eksempelvis en "knekk-pinne", som forbinder stempelet 212 mekanisk til spindelen 214. Knekk-pinnen 222, som også kan refereres til som en "brudd-pinne", tilveiebringer en sekundær og ikke-elektronisk/ikke-hydraulisk mekanisme for å forårsake at ventilen 200 stenger i tilfelle av en situasjon med høyt trykk eller overtrykk i det oppstrøms rør 204.

[0030]I en konvensjonell operasjonsmodus, kan ventilen 200 stenges i en tilstand med høyt trykk av den elektroniske styringsmodul 114. Den elektroniske styrings modul 114 kan være konfigurert til å stenge ventilen 200 ved et trykk under et kritisk trykk som kan knekke knekk-pinnen 222. I tilfellet av en svikt i den elektroniske styringsmodul 114, en sensor 116 eller enhver annen komponent innenfor det elektroniske og/eller hydrauliske system som styrer ventilen 200, vil knekk-pinnen 222 knekke, dvs. bryte sammen, hvilket atskiller forbindelsen mellom aktuatoren 202 og ventilen 200, og derved hindrer aktuatoren 202 i å beveges inn i en posisjon som ville åpne ventilen 200. Knekk-pinnen 222 kan være designet til å bryte sammen ved et trykk som er under det trykk som muligens vil skade det nedstrøms rør 208 eller det nedstrøms utstyr.

[0031]Det er fordel at bruken av den sekundære aktueringsmekanisme 222 ikke griper forstyrrende inn i normal operasjon av ventilen 200. Foreksempel, kan ventilen 200 opereres av en operatør, eller kan opereres automatisk av et sikkerhetsinstrumentertfriksjons-styringssystem i et HIPPS, uten å skade den sekundære aktueringsmekanisme 222. En slik operasjon av ventilen kan sørge for delvis og fullstendig testing av ventilens stenging, så som testing som er nødvendig for å fastlegge eller opprettholde et sikkerhets-integritetsnivå eller en annen sertifisering i henhold til forskrifter, uten å skade eller aktivere knekk-pinnen. Videre, i enkelte utførelser kan det brukes flere ventiler 200, enten i et HIPPS eller i andre konfigurasjoner. I tillegg, som omtalt videre nedenfor, den sekundære aktueringsmekanisme 222 tilveiebringer en sekundær pålitelig mekanisme for beskyttelse under testing av ventilen 200.

[0032]Fig. 3 viser et tverrsnitt av ventilen 200 lagt langs linjen 1-1 på fig. 2, og illustrerer videre indre komponenter i ventilen 200. Som beskrevet ovenfor, ventilen 200 inkluderer ventilhuset 216, som kan innelukke en sluse 224 og en port 226. Slusen 224 beveges generelt i retningen angitt med linjen 2-2, for å åpne og stenge ventilen 200, hvilket kopler porten 226 inn eller ut i forhold til innløpet 218 og utløpet 220. Den illustrerte ventil 200 inkluderer også en fjær 228 konfigurert til å forbelaste slusen 224 til en stengt posisjon. I andre utførelser kan ventilen 200 bruke en Belleville-skive til å forbelaste slusen 224 til en stengt posisjon, eller det kan brukes enhver annen egnet forbelastningsmekanisme. For å åpne ventilen 200, driver aktuatoren 202 mot det innvendige trykk i fluidet i ventilen 200 og kraften fra fjæren 228.

[0033]Den sekundære aktueringsmekanisme 222, f.eks. knekk-pinnen, kan være innrettet og fastgjort til endene av stempelet 212 og spinneren 214. Knekk-pinnen 222 kan f.eks. være sveiset, vedheftet, festet eller på annen måte fastgjort via enhver egnet teknikk eller kombinasjon av disse til stempelet 212 og/eller spindelen 214. Knekk-pinnen 222 forbinder aktuatoren 202 mekanisk til spindelen 214. Som det vil forstås, ventilen 200 og aktuatoren 202 kan være fysisk tilknyttet til hverandre på annen måte, slik at de to komponenter er fysisk hindret i å bevege seg i forhold til hverandre. Som nevnt ovenfor, aktuatoren 202 kan inkludere den øvre del 208 og de to bunndeler 210, som brukes i operasjon av aktuatoren, som beskrevet videre nedenfor.

[0034]Fig. 4 viser ventilen 200 i en åpen posisjon, slik at fluid kan strømme gjennom ventilen 200 via porten 226 i slusen 224, innløpet 218 og utløpet 220. Ventilen 200 kan forbli i den åpne posisjon under normal drift av et mineral-utvinningssystem, og trykket i systemet kan strupes, reguleres eller styres på annen måte av én eller flere innretninger oppstrøms for ventilen 200. For å fastholde ventilen 200 i en åpen posisjon, holdes slusen 222 åpen mot kraften fra fjæren 228 og trykket i fluidet i ventilen som virker på arealet av spindelen 214. Denne kraften er generelt angitt med linjen 3-3. For å bevege stempelet 212 i aktuatoren 202 til den åpne posisjon, kan hydraulisk eller pneumatisk trykk påføres på den øvre port 208, hvilket beveger stempelet 212 i retningen angitt med linjen 4-4. Når stempelet 212 beveger seg nedover, driver stempelet 212 den sekundære aktueringsmekanisme, eksempelvis knekk-pinnen 222, og slusespindelen 214 ned mot fjæren 228. De nedre porter 210 kan ventileres til sjøen eller atmosfæren for å tillate ethvert fluid på denne siden av stempelet 212 å tømmes ut.

[0035]Fig. 5 viser ventilen 200 i en stengt posisjon under normal drift i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Som beskrevet ovenfor, kraften fra fjæren 228 og trykk i fluidet som strømmer gjennom ventilen 200 på arealet av slusespindelen 214 virker i retningen angitt med linjen 3-3. Ventilslusen 224 kan holdes i en stengt posisjon ved hjelp av denne kraften, hvilket beveger porten 226 ut av innretting med innløpet 218 og utløpet 220 og hindrer fluid i å strømme gjennom porten 226 og ventilen 200.

[0036]For å tillate bevegelse av slusen 224 til den stengte posisjon, kan den øvre port 208 av aktuatoren 202 ventileres for å tillate fluidet i det øvre parti av aktuatoren 202 å tømmes ut. Stempelet 212 er fritt til å bevege seg opp inn i aktuatoren 202, som angitt med linjen 5-5, til en avstand bestemt av fjæren 228. De nedre porter 210 åpens for å tillate fluid å strømme inn i det nedre parti av aktuatoren 202 når stempelet drives av fjæren 228. Under denne operasjon og bevegelse av stempelet 212, forblir den sekundære aktueringsmekanisme 222, eksempelvis knekk-pinnen, uskadet og opererer som en sekundær aktueringsmekanisme mellom spindelen 214 og stempelet 212.

[0037]Den stengte posisjon beskrevet på fig. 5 kan være et resultat av at en operatør stenger ventilen under normal operasjon eller testing, eller kan være resultatet hvis det sikkerhetsinstrumenterte styringssystem i et HIPPS sendte ut en kommando om å stenge ventilen for testing eller som respons på en tilstand med høyt trykk.

[0038]Som omtalt ovenfor, svikt i en elektronisk styringsmodul, sensorer og/eller andre komponenter i et overvåkings- og styringssystem kan resultere i at ventilen 200 holdes åpen under en tilstand med høyt trykk. Fig. 6 viser aktivering av den sekundære aktueringsmekanisme 222, eksempelvis knekk-pinnen, for å opprettholde en tenkt posisjon av ventilen 200 i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Som vist på fig. 6, aktuatoren 202 og stempelet 212 er beveget til en slik posisjon at ventilen 200 åpnes, idet den øvre port 208 kan motta hydraulisk eller pneumatisk trykk og de nedre porter 210 ventileres, som beskrevet ovenfor. Kraften fra fjæren 228 og trykket i fluidet i ventilen 200 utøver imidlertid en kraft i retningen angitt med linjen 3-3.

[0039]I tilstanden med høyt trykk illustrert på fig. 6, er trykket i fluidet i ventilen 200 tilstrekkelig til å gjøre at den sekundære aktueringsmekanisme 222, eksempelvis knekkpinnen, svikter, eksempelvis knekker, hvilket forårsaker at ventilslusen 225 beveger seg opp til toppen av ventilhuset 216 og stenger ventilen. Denne tilstand kan være resultatet hvis operatøren av det sikkerhetsinstrumenterte funksjons-styringssystem i et HIPPS unnlot å sende ut en kommando om å stenge ventilen 200, eller én eller flere komponenter i systemet sviktet og ventilen 200 unnlot å stenge. I konvensjonell operasjon, uten den sekundære sviktmekanisme tilveiebrakt av den sekundære aktueringsmekanisme 222, forblir ventilen 200 i den åpne posisjon, hvilket utsetter det nedstrøms rør 206 og nedstrøms utstyr for det høye trykk i fluidet i ventilen 200. Sammenbruddet av den sekundære aktueringsmekanisme 222 av ventilen 200 som respons på et minimumstrykk i fluidet tillater imidlertid slusen 224 å bevege seg til den stengte posisjon og hindre strøm av høytrykksfluid inn i det nedstrøms rør 206 og nedstrøms utstyr.

[0040]I tilfelle av et sammenbrudd av den sekundære aktueringsmekanisme 222, kan det være nødvendig å bytte ut den sekundære aktueringsmekanisme 222. Fig. 7 viser utbytting av den sekundære aktueringsmekanisme i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. For å lette utbytting av den sekundære aktueringsmekanisme 222, kan stempelet 212 i aktuatoren 202 drives til den stengte eller øvre posisjon, så som ved ventilering av den øvre port 208 og de nedre porter 210. Den sekundære aktueringsmekanisme 222 kan løsnes fra bunnen av stempelet 212. Slusen 224 i ventilen 200 forblir i den stengte posisjon på grunn av kraften som utøves av fjæren 228. Fordi fjæren 228 ikke lenger er forbundet til stempelet 212, på grunn av fjerning av den sekundære aktueringsmekanisme 222, behøver fjæren 228 ikke lenger å overvinne det trykk som utøves eller stempelet 212 eller massen av stempelet 212. Den sekundære aktueringsmekanisme 222 kan da fjernes fra spindelen 214 av ventilen 200. En erstatning for den sekundære aktueringsmekanisme 230 kan da installeres på omvendt måte. I enkelte miljøer, så som et undersjøisk utvinningssystem og/eller et HIPPS, kan utbytting av den sekundære aktueringsmekanisme 222 involvere bruk av en fjernstyrt farkost (remotely operated vehicle (ROV) og/eller spesialbygd verktøy eller utstyr.

[0041]Ventilen 200 som bruker den sekundære aktueringsmekanisme 222 kan integreres i eksisterende infrastruktur. Det vil si at det ikke er noe behov for å bytte ut eller designe på ny det oppstrøms eller nedstrøms utstyr, ettersom den sekundære aktueringsmekanisme kan designes til å virke ved trykk-kravene både opp-strøms og nedstrøms for ventilen 200. Videre, ventiler som har andre bevegelige komponenter, så som plugger, konuser, kuler, skiver, osv., kan brukes på den måte som er beskrevet.

[0042]I en utførelse kan den sekundære aktueringsmekanisme 222 være en knekk-pinne bestående hovedsakelig av stål. I andre utførelser kan det brukes andre egnede materialer. Design av den sekundære aktueringsmekanisme 222 kan inkludere faktorer så som styrke eller fasthet, elastisitetsmodul, størrelse, forholdet mellom lengde og diameter for forbindelsen, og størrelsen og vekten av ventilen 200. I enkelte utførelser kan det brukes andre sekundære aktuerings-mekanismer 222 som tilveiebringer en egnet mekanisk forbindelse mellom aktuatoren og ventilen 200. Andre utførelser kan f.eks. bruke en skjærpinne eller en skaftsleide til å tilveiebringe en sekundær aktueringsmekanisme som stenger ventilen i en sviktmodus.

[0043]Fig. 8 viser en prosess 300 som illustrerer operasjon av ventilen 200 under en høytrykkstilstand eller overtrykkstilstand i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Høytrykkstilstanden opptrer initialt (blokk 302) oppstrøms for ventilen 200. Ved respondering på høytrykkshendelsen, kan det opptre forskjellige feil. En sensor kan svikte og være ute av stand til å detektere det høye trykket (blokk 304). Det kan være at en elektronisk styringsmodul som er koplet til aktuatoren for ventilen 200 ikke responderer, ikke mottar et signal fra sensoren, eller generelt kan svikte (blokk 306). Til slutt, andre komponenter i systemet kan svikte (blokk 308), og således å stenge ventilen som respons på tilstanden med høyt trykk. Hvis en hvilken som helst eller enhver kombinasjon av feil opptrer, kan trykket fortsette å stige, hvilket øker alvorligheten av tilstanden med høyt trykk (blokk 308). Til sist når trykket et nivå som er tilstrekkelig til at den sekundære aktueringsmekanisme 222 (blokk 310) bryter sammen. Ved dette trykk bryter den sekundære aktueringsmekanisme 222 sammen (blokk 312), så som knekkingen av knekk-pinnen som illustrert ovenfor på fig. 6. Når den sekundære aktueringsmekanisme 222 bryter sammen, beveges slusen i ventilen 200 opp som respons på kraften fra fjæren i ventilen 200 og trykket i fluidet (blokk 314), hvilket forårsaker at slusen beveger seg til den stengte posisjon og blokker strømning gjennom ventilen (blokk 316).

[0044]Videre kan fig. 8 også beskrive operasjon av ventilen 200 under testing. Initialt, for å simulere en tilstand med høyt trykk, kan et høytrykks-signal sendes til en elektronisk styringsmodell som er koplet til aktuatoren for ventilen 200. Høytrykks-signalet er ment å simulere en faktisk trykktilstand som vil detekteres av én eller flere sensorer i rørledningen eller annet utstyr oppstrøms for ventilen 200. Når den elektroniske modul mottar høytrykks-signalet, kan den elektroniske styringsmodul som respons stenge ventilen 200. Fordi den sekundære aktuerings mekanisme 222 tillater normal operasjon av ventilen, tilveiebringer den sekundære aktueringsmekanisme 222 en sekundær redundant og pålitelig mekanisme forfeil i tilfelle av en virkelig tilstand med høyt trykk under testing. For eksempel, hvis ventilen 200 ikke responderer på stenging under testen, forblir ventilen 200 åpen og tillater fluid å strømme til den nedstrøms rørledning og utstyr. Hvis det inntreffer en tilstand med høyt trykk, kan den sekundære aktueringsmekanisme 222 bryte sammen som beskrevet ovenfor, hvilket stenger ventilen 200 og minimerer enhver skade på nedstrøms rørledning eller annet utstyr under testen.

[0045]Selv om oppfinnelsen kan ha forskjellige modifikasjoner og alternative former, har spesifikke utførelser blitt vist som eksempel på tegningene, og har her blitt beskrevet i detalj. Det skal imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de bestemte former som er offentliggjort. Snarere skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens omfang slik dette er angitt i de følgende vedføyde krav.

Claims

1. Systemomfattende: en ventil (112, 200), omfattende: et hus (216); et skaft (214); et bevegelig parti (224) anordnet inne i huset (216) og koplet til skaftet (214), hvor det bevegelige parti (224) er konfigurert til å tillate fluidstrøm gjennom ventilen (112, 200) når det er i en første posisjon og å hindre fluidstrøm gjennom ventilen (112, 200) når det er i en annen posisjon; en aktuator (202) koplet til skaftet (212), hvor aktuatoren (202) er konfigurert til å bevege det bevegelige parti (224) mellom den første posisjon og den annen posisjon; en mekanisk forbindelse (222) mellom aktuatoren (202) og skaftet (212), hvor den mekaniske forbindelse (222) er konfigurert til å svikte som respons på et innvendig trykk, hvor svikten av den mekaniske forbindelse (222) opprettholder det bevegelige parti (224) i den annen posisjon, og en styringsmodul (114) koblet til aktuatoren (202), der styringsmodulen (114) er konfigurert til å styre aktuatoren (202) til å bevege den mekaniske forbindelsen (222) uten svikt til å forårsake bevegelse av det bevegelige parti (224) mellom den første posisjon og den annen posisjon.

2. System som angitt i krav 1, hvor den mekaniske forbindelse omfatter en pinne konfigurert til å knekke som respons på et trykk.

3. System som angitt i krav 1, hvor den mekaniske forbindelse omfatter en pinne konfigurert til å klippes over som respons på et trykk.

4. System som angitt krav 1, omfattende en skruefjær konfigurert til å assistere bevegelse av det bevegelige parti fra den første posisjon til den annen posisjon.

5. System som angitt krav 1, omfattende en Belleville-skive konfigurert til å assistere bevegelse av det bevegelige parti fra den første posisjon til den annen posisjon.

6. System som angitt krav 1, hvor aktuatoren omfatter en fluiddrevet aktuator.

7. System som angitt krav 1, hvor aktuatoren er koplet til en elektronisk styringsmodul konfigurert til å aktivere aktuatoren.

8. System som angitt krav 1, hvor aktuatoren omfatter et stempel koplet til den mekaniske forbindelse.

9. System som angitt krav 1, omfattende et mineral-utvinningssystem koplet til ventilen, hvor mineral-utvinningssystemet omfatter en brønn, et brønnhode, et undersjøisk ventiltre, en mineralforekomst, et verktøy, en verktøykonnektor, en ventil, en kontroller-rørledning, eller en kombinasjon av disse.

10. System som angitt krav 1, hvor den bevegelige komponent omfatter en plugg, en konus, en skive, en kule, en sluse eller enhver kombinasjon av disse.

11. Fremgangsmåte for operasjon av en ventil (112, 200), omfattende: styring av en aktuator (202) til å bevege en mekanisk forbindelse (222) uten svikt til å forårsake bevegelse av ventilen (112, 200) mellom første og annen posisjoner; og atskilling av en mekanisk forbindelse (222) mellom en aktuator (202) og et skaft (214) av ventilen (112, 200) som respons på et trykk, slik at atskillelsen forårsaker at ventilen (112, 200) blokkerer fluidstrøm gjennom ventilen (112, 200).

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, hvor atskillelsen omfatter knekking av den mekaniske forbindelse.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, hvor atskillelsen omfatter avklipping av den mekaniske forbindelse.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, hvor styringen omfatter å motta signaler fra minst én sensor ved styringsenheten, sende kommando fra styringsenheten til aktuatoren som respons på signalene, og utøve en kraft fra aktuatoren på den mekaniske forbindelsen for å bevege ventilen basert på kommandoen, der å bevege ventilen mellom de første og andre posisjoner omfatter mekanisk svikte den mekaniske forbindelsen automatisk som respons på at trykket overskrider et nivå.