NO831828L - System for aa hindre vaesketilfoersel til et avfaklingsmunnstykke. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et sikkerhetssystem beregnet til å eliminere enhver risiko for tilførsel av væsker til et avfaklingsmunnstykke under avfakling av gass i forbindelse med produksjon av hydrokarboner, særlig til sjøs (offshore).

Det er vanlig kjent at tilførsel av væsker til et avfaklingsmunnstykke, særlig på grunn av tilstopning av separatorer for gass og olje eller gass og kondensat, utgjør en alvor-lig fare på installasjoner for produksjon og behandling av hydrokarboner, og særlig på faste eller flytende installasjoner for offshore-produksjon.

Når oljen eller kondensatet som inneholdes i gassen strøm-mer ut av avfaklingsmunnstykket, antennes denne, og faller brennende ned på installasjonen eller umiddelbart inntil denne, og setter således hele installasjonen og livet til alt personalet i fare.

Denne fare er dessto større på offshore-installasjoner, fordi personalet risikerer å bli innesperret av flammer på plattformen eller den flytende bærekonstruksjon, og dessuten kan oljen eller kondensatet som flyter på sjøen danne en vegg av flammer som avskjærer enhver mulighet for eva-kuering.

I et forsøk på å eliminere denne risiko består en av

de hittil beste løsninger i at det mellom drivkilden for de flytende hydrokarboner og avfaklingsmunnstykket anbrin-ges tre rom, nemlig en separator, en sikkerhets-rense-anordning og en beholder under munnstykket, montert i serie i strømningsbanen til gassen, idet disse rom er utstyrt med tre innretninger for detektering av høydehivået, som be-virker, når nivået til væsken overstiger en forut bestemt høyde, stengning av tilførselen av hydrokarboner til in-

stallasjoner.

Dessuten, i en slik installasjon, utgjør beholderen under munnstykket, eller kan utgjøre, et rom for å holde tilbake væske, slik at det oppnås tilstrekkelig tid for man-uell stengning av ventilene for tilførsel av hydrokarboner til installasjonen.

Det er imidlertid klart at i alle utførelser, og særlig

i det tilfelle at munnstykket er vertikal eller skrått på produksjonstårnet, avhenger sikkerheten til personalet og hele plattformen av: funksjoneringen til detekterings-automatikken og virkningen til mekanikken som alltid er gjenstand for skader med tiden, alt etter driftsforholdene, og

som en siste mulighet, tiden for tilbakeholding av væske i beholderen under munnstykket, hvilken tid bestemmes som en funksjon av varigheten til menneske-lige inngrep, hvilke alltid er tvilsomme og har en usikker karakter som ikke er forenlig med en god sik-ker he ts logikk.

Dessuten skal nevnes at beholderen under munnstykket,

som hovedsakelig befinner seg i det nederste parti av installasjonen, er i fare for å utgjøre en betydelig ulempe, som kan være uakseptabel, på grunn av sine dimensjoner.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å unngå alle de nevnte ulemper.

Det foreslås således et sikkerhetssystem som omfatter at det i strømningsbanen for gassen, mellom drivkilden for væskene og avfaklingsmunnstykket, anordnet i det minste et rom, slik som f.eks. en beholder under munnstykket, utstyrt med et overløpsrør som munner ut under havnivået,

i en bestemt avstand fra tilkoblingen til rommet.

Det oppnås således et sikkerhetssystem som er særdeles enkelt og pålitelig og som kan komplettere eller erstatte vanlige sikkerhetssystemer, og som medfører den fordel at det ikke omfatter noen detekteringsinnretning eller noe mekanisk organ som er utsatt for skader.

Således vil, ved en langsom eller plutselig uregelmessig-het på installasjonen, den overskytende væske ledes til sjøen, med meget liten sannsynlighet for brann, på grunn av: at det trengs et meget varmt punkt i den sone der væsken

treffer havoverflaten for å bevirke antennelse.

at væsken på grunn av den dybde som den ledes til og

på grunn av havstrømmene som finnes på de fleste steder, kommer til overflaten bare i en viss avstand fra installasjonen.

Dessuten er overløpsrøret i visse anvendelser utstyrt med en ledeinnretning innvendig, hvis forskjellige virk-ninger har de prinsippielle formål, men ikke utelukkende,

å bremse eller hindre oppstigningen av de flytende hydrokarboner til overflaten, og å minske, begrense eller hindre forurensning på grunn av hydrokarbonene.

Forøvrig, ved visse anvendelser, er munnstykket utstyrt med manuelle eller automatiske midler for tenning og slukking, hvilke muliggjør antennelse eller kvelning iav flammen i forskjellige operative tilstander, eller av sikkerhetsgrunner eller andre grunner.

Utførelsesformer av oppfinnelsen skal beskrives i det følg-ende, ved hjelp av ikke begrensende eksempler , under henvisning til de vedføyde tegninger, i hvilke: Fig. 1 viser skjematisk en første produksjonsinstallasjon utstyrt rred en sikkerhetsanordning i henhold til et første eksempel på utførelse av oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk en annen installasjon som er mindre overlesset og er utstyrt med midler for å hindre forurens-ninger . Fig. 3 viser skjematisk en tredje installasjon, der stammen til munnstykket utgjør en beholder under munnstykket.

Med henvisning til fig. 1, omfatter installasjonen en drivkilde for flytende hydrokarboner, dannet av en separator 1 som mottar råolje eller gass gjennom en tilførselsled-ning 2. Separatoren er på vanlig måte utstyrt med en vanlig returledning 3 for olje eller kondensat og et ut-løp for gass tilkoblet en strømningsbane 4 for gass, til et avfaklingsmunnstykke 5.

Denne strømningsbane 4 for gass omfatter, mellom separatoren 1 og avfaklingsmunnstykket 5, en beholder 6 under munnstykket, soiri på vanlig måte er utstyrt med en returledning 7 for restinnhold,eventuelt omfattende en pumpe 8.

Separatoren 1 og beholderen 6 under munnstykket er begge utstyrt med en detekteringskrets for høydenivået, beregnet til å stenge, i tilfelle væskenivået blir unormalt høyt, tilførselen av råolje eller gass til installasjonen.

I henhold til oppfinnelsen omfatter denne installasjonen et overløpsrør 10 som er tilkoblet (hullet 11) beholderen 6 under munnstykket og har en beliggenhet som tilsvarer et forut bestemt, maksimalt nivå, og munner ut under havnivået 12, en avstand L rs. under tilkoblingen 11 til beholderen 6.

Dette overløpsrør 10 er utstyrt med den nevnte ledeanord-ning 14' og midler 13' for retur av flytende hydrokarboner som har strømmet ut i overløpsrøret, for å føre disse tilbake til de normale behandlingskretser. Disse midler for retur er f.eks. dannet av pumper av forskjellige typer eller ejektorer for væske eller gass. De kan an-bringes under byggingen av installasjonen eller senere,

og kan eventuelt være demonterbare.

Således informerer de to systemene for detektering av nivå under normaldrift operatørene om funksjonerings-feil, og avbryter tilførselen av råolje dersom feilen ikke kan rettes.

I tilfelle av olutelige urecrelmessiaheter oq dersom de

to systemer for detektering av nivå ikke funksjonerer, ledes væskene ut i havet aiennom overløpsrøret 10, munnstykket tilføres fortsatt gass, inntil feilen er rettet eller inntil tilførselen av råolje er stengt man-uelt eller automatisk.

Det oppnås således en krets med meget høy sikkerhet. Riktignok oppviser den, på grunn av dimensjonene til beholderen 6 under munnstykket, en betydelig ulempe (som kan unngås takket være tiltak som skal beskrives, særlig i forbindelse med fig. 2 og 3.

Det skal presiseres at for å oppnå akseptabel funksjo-nering må overløpsrøret 10 tilfredsstille dimensjonert ingskriterier som bestemmes i avhengighet av i det minste

to vesentlige betingelser, nemlig:

å unngå at væsken stiger i stammen 13 til munnstykket,

i tilfelle av tilstopning,

å unngå utstrømning av gass gjennom den nedre ende 14

til overløpsrøret 10 under normal drift.

Disse betingelser kan uttrykkes som følger:

A) For å unngå tilstopning av beholderen 6 under munnstykket eller at væsken stiger i stammen 13, er det hensikts-messig å sikre utslipp av væsken i havet, hvilket inne-bærer at den følgende ligning (1) i det minste må oppfylles, uten at det medregnes de forskjellige trykktap i ledningene:

i hvilken:

er høyde til tilkoblingen 11 i forhold til det høy-este sjønivå (uttrykt i meter),

L H. er lengden til overløpsrøret 10 (uttrykt i meter),

er det indre trykk i beholderen 6 under munnstykket

(uttrykt i Ea)

Patmer atmosfæretrykk;et (i Pa) •

d oer den spesifikke masse til væsken (i kg/m 3) ved tem-eratur T^) ,

d^er den spesifikke masse til sjøvannet (kg/m 3 ved tem-peratur T2) •

Den ugunstigste tilstand oppstår når P = Patm (som oppstår etter tilstopning og fullstendig fylling av væske i overløpsrøret 10 i lengden L R), og ligningen (1) kan forenkles til

Anvendelser.

1) Por d = 1020

w

dQ= 700 (olje som gass ufullstendig er fjernet

fra)

L = 50 meter

R

er denminste høyde 15,7 meter (eksempel 1).

2) Under de samme betingelser som ovenfor, men med en olje som gassen er mere fullstendig fjernet fra, og som har dQ= 800, er høyden 10,8 meter (eksempel 2). 3) Under de samme betingelser som i eksempel 1, men med et kortere overløpsrør 10, med lengde L R = 40 meter, er den minste høyde L ^ 12,5 meter (eksempel 3). 4) Under de samme betingelser som i eksempel 3, men med en oljedensitet dQ = 800, er den minste høyde 8,62 meter (eksempel 4). B) For å unngå utstrømning av gass gjennom den nedre ende til overløpsrøret 10, må den følgende ligning være oppfylt:

i hvilken L2er høyden til tilkoblingen i forhold til det laveste sjønivå (uttrykt i meter).

Anvendelser.

1) Med d = 1020

w

L = 50 meter

R

L = 30 meter

D = 1,013 x IO5 Pa

atm

blir trykket P1 under 3,013 x IO<5>Pa.

2) Med d = 10 20

w

L = 40 meter

H.

= 30 meter

P . = 1,013 x IO5 Pa

atm

blir trykket P under 2,013 x IO<5>Pa.

En betraktning av ligningene 1 og 3 ovenfor viser at

det foreslåtte sikkerhetssystem ikke kan anvendes i alle disse tilfeller, og særlig ikke ved de minste vanndybder.

Dersom ligningene 1 og 3 oppfylles for en bestemt installasjon med rimelige sikkerhetsfaktorer, og dersom dimensjonene til ledningene er korrekte og tar hensyn til de forskjellige trykktap, er faren for tilstopning av munnstykket meget usannsynlig.

Allikevel er det stadig en risiko for tilførsel av væske til av'faklingsmunnstykket 5, unntatt når beholderen 6 under munnstykket er dimensjonert som en tofase separator som arbeider på et meget lavt nivå. Dette fører til anordningen av en beholder 6 hvis dimensjoner og vekt risikerer å være utelukket.

Ellers, når separeringen mellom olje og gass skjer uten noen reell kontroll, i en separatorbeholder 6 der inn-vendige innretninger praktisk talt er utelukket, for-blir risikoen for medføring av små væskedråper stor.

En betraktninq av liqningene 1 og 3 viser at økningen av dimensjonene L og LRmedfører en forbedring av sikkerheten.

Forurensning.

I tilfelle av tilstopning, enten installasjonen omfatter dette sikkerhetssystem eller ikke, blir den væskemengde som tilføres havet hovedsakelig den samme.

Ikke dessto mindre, ved en tilstopning med begrenset varighet, kan væskemengden som er innesperret i overløps-røret føres tilbake opp i installasjonene og ekvakueres.

Fare for uttidig antennelse av flytende hydrokarboner på sjøen.

Som vist i fig. 1, slippes væskene ut i sjøen fra et ut-løp, og det vil si at det trengs et meget varmt punkt i den sone der de flytende hydrokarboner kommer til vannoverflaten, for å bevirke antennelse.

Imidlertid, på grunn av strømmer i vannet som kan opp-tre på mange steder, kommer de flytende hydrokarboner opp til overflaten i en viss avstand fra installasjonen.

Som et eksempel, for et overløpsrør 10 som munner ut 50 meter under det midlere havnivå, og med en olje som har spesifikk masse på 850, treffer denne overflaten omtrent 60 meter fra vertikalretningen til røret 10,

ved en strøm på 0,25 knop.

Virkningen av bølger.

Vannivået inne i overløpsrøret 10 følger med forsink-else og dempning vannivået utenfor. Imidlertid kan det bestemmes et punkt for å unngå inntrengning av luft i stammen 13 til munnstykket, særlig i de tilfeller der overløpsrøret 10 er kort og gassmengden er liten. Ene: generelle regel er at et lengre overløpsrør 10 gir mindre merkbar virkning fra bølger.

På bakgrunn av de punkter som er nevnt ovenfor, er det utviklet et arrangement (fig. 2) som følger: Beholderen 6 under munnstykket, hovedsakelig anbragt lavt i installasjonen, inneholder under normal drift et restinnhold (kretsene 7, 8). Dens' dimensjoner og vekt blir -igjen akseptable. Den er utstyrt med en separator 15 for væske og gass, anbragt i det indre av stammen 13 til munnstykket, som bare benyttes i tilfeller av tilstopning.

Denne separatoren 15 kan være anordnet i tårnet 16

som holder munnstykket. Den virker med meget lavt nivå og lavt trykk.

Fra en viss dybde kan overløpsrøret 10 eventuelt være utvidet, for å danne et lagringsrom 17, for å unngå enhver forurensning i løpet av en.begrenset tid. De flytende hydrokarboner som således stenges inne kan senere føres tilbake til installasjonene ved hjelp av midlene 13.

Det nedre parti av røret 10 kan være perforert sideveis, for bedre å dispergere de flytende hydrokarboner i havet.

For visse anvendelser utgjør den utførelsesform som

er vist i fig. 3 en forenklet løsning.

Den vertikale stammen 20 for munnstykket er dannet av

et rør, eventuelt med varierende tverrsnitt, som i visse anvendelser motstår ytre påvirkninger, og har en slik diameter at hastigheten som gassen stiger med er tilstrekkelig liten til at detsskjer separasjon mellom gass og væske. Økning av hastigheten til gassen kan om nødven-dig skje i munnstykket 5, ved strømning forbi et. rørfor-met innsnevret parti 21, eller ved hjelp av andre midler .

Den nedre enden 22 av stammen til munnstykket utgjør beholder under munnstykket under normal drift, og er utstyrt med et overløpsrør 10, slik som tidligere be-skrevet, samt en krets 7, 8 og 13' for retur av restinnhold.

En ytterligere forenkling består for visse anvendelser

i å utføre hele stammen til munnstykket og overløps^røret som et kontinuerlig rør, eventuelt med varierende tverrsnitt, idet kretsen for retur av restinnhold mon-teres i en passende høyde på dette kontinuerlige rør.

Dessuten, i alle utførelser av installasjoner av dette sikkerhetssystem, kan det utnyttes, i praktiske utførel-i • ser, partier av allerede eksisterende rør, av stal eller andre materialer, slik som betong, og som kan fylle andre funksjoner, slik som understøttelse av installasjonene. Understøttelsen kan likeledes skje ved hjelp av bjelker eller understøttelser som eventuelt er nødvendige for å utføre andre oppgaver.

Claims (14)

1. Sikkerhetssystem beregnet til å eliminere enhver risiko for tilførsel av væsker til et avfaklings-itunnstykke (5) eller en åpning, under avfakling eller utslipp av gass i forbindelse med produksjon eller behandling av hydrokarboner på jorden eller til sjøs, karakterisert ved at det i en strøm-ningsbane for gass er anordnet et rom, slik som en beholder (6), mellom en drivkilde (1) for væsken og et avfaklingsmunnstykke (5) eller en åpning, under munnstykket, utstyrt med et overløpsrør (10) som munner ut under et væskeriivå, f.eks. sjøvannsnivået, i en bestemt avstand fra dets tilkobling (11) til rommet.

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter, tilkoblet utløpet for gassen fra en separator (1) som mottar hydrokarboner * via en til førselsledning (2) og er utstyrt med en returkrets (3) for væsker, en strøm-ningsbane (4) for gass til avfaklingsmunnstykket (5) , som omfatter en beholder (6) under munnstykket, eventuelt utstyrt méd en returkrets (7) for restinnhold, og til hvilken er koblet det nevnte overløpsrør.

3. System som angitt i krav 2, karakterisert ved at den nevnte separator (1) og den nevnte beholder (6) under munnstykket er utstyrt med en krets for å detektere høydenivået, innrettet til å stenge tilførselen av råolje til installasjonen i tilfelle væskenivået blir unormalt høyt.

4. System som angitt i tet av de foregående krav, karakterisert ved at beholderen (6) under munnstykket er dimensjonert som en tofase-separator .

5. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter midler for oppsamling av den mengde flytende hydrokarboner som er innestengt i overløpsrøret (10).

6. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at fra en viss dybde er overløpsrøret (10) utvidet for å danne et rom for lag-ring, og at det nedre parti av det nevnte rør er perforert sideveis for bedre å dispergere oljen i sjøen.

7. System som angitt i ét av de foregående krav, karakterisert ved at beholderen (6) under munnstykket, fortrinnsvis anbragt lavt i installasjonen, etterfølges av en separator (15) for olje og gass, anbragt i det nedre parti av stammen (13) til munnstykket, fortrinnsvis i tårnet (16) som holder munnstykket.

8. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det er utstyrt med systemer som hindrer eller minsker forurensning..

9. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det er utstyrt med systemer som hindrer eller minsker oppstigningen av flytende hydrokarboner til vannoverflaten.

10. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det er utstyrt med automatiske og/eller manuelle systemer for antennelse eller slukking av flamme.

11. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at stammen (20) til munnstykket har en slik diameter at hastigheten til den oppstigende gass er tilstrekkelig liten til at det kan utføres en separering mellom gass og væske, og at en hastighetsøkning for gassen om nødvendig skjer i avfaklingsmunnstykket (5) ved passering gjennom et rørformet, innsnevret parti (21), og at den nedre ende (22) av stammen til munnstykket som utgjør beholder under munnstykket er utstyrt med et overløpsrør (10) av nevnte type.

12. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at stammen (20) til munnstykket og overløpsrøret er et rør med varierende tverrsnitt.

13. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det er dannet, del-vis eller fullstendig, for den praktiske utførelse og for understøttelse, av installasjonselementer som kan ut-føre andre funksjoner.

14. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det er montert på jorden eller til sjøs, på hvilken som helst type fast eller flytende understøttelse.