-
Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufnehmen und Vorwärtsschieben
eines mit Hilfe eines Fluiddrucks durch eine Fluid transportierende Rohrleitung
geführten
Molches, mit einer durch ein Ventilmittel mit der Rohrleitung verbundenen
Aufnahme und weiter mit einem Gehäuse mit einem durchgehenden
Fluidströmungskanal
und einem davon abzweigenden, zu einer Molchschleuse führenden Kanal
(siehe beispielsweise US-A-3,000,028).
-
In
Systemen für
die Offshore-Produktion von Kohlenwasserstoffen (Öl und Gas)
besteht eine Notwendigkeit zum Befördern von Schabwerkzeugen, sogenannten
Molchen, durch Rohrleitungen und Steigrohre hindurch zum Entfernen
von Wachs, Partikeln und unerwünschten
Flüssigkeitsansammlungen
oder Hydraten.
-
Ein
solches System für
die schwimmende Produktion von Kohlenwasserstoffen kann typischerweise
aus einer Feldentwicklung mit mehreren Produktionsplattformen bestehen,
die durch Rohrleitungen auf dem Meeresboden und zugeordnete Steigrohre
mit sogenannten FPSO-Gefäßen oder
-Behältern
verbunden sind, d.h. Behältern
zum Produzieren, Lagern und Abladen von Kohlenwasserstoffen, oder
mit einem FSO-Behälter,
d.h. einem Behälter zum
Lagern und Abladen von Kohlenwasserstoffen. In einem solchen System
werden die Molche von den Plattformen oder dem Behälter aus
abgeschickt und dort auch wieder empfangen, abhängig von der Strömungsrichtung
des aktuellen Mediums in der Rohrleitung. Ein Schabmolch, der von
einer Plattform aus abgeschickt wird, wird durch den Quellendruck
durch die Rohrleitung gepresst, bewegt sich aufwärts durch das Steigrohr hindurch
und wird in einer Molchaufnahme an dem Behälter aufgefangen. Eine Molchaufnahmeanordnung
mit einer herkömmlichen
Ausgestaltung ist oft sehr aufwändig,
was die Größe, das Gewicht
und die Kosten angeht. Sie beinhaltet eine eigens dafür vorgesehene
Molchverzweigungsrohrleitung von dem Hauptstrom aus mit mehreren
großen
Schiebern und einer Molchaufnahmekammer mit Serviceschiebern und
Instrumenten.
-
In
Verbindung mit der schwimmenden Produktion von Kohlenwasserstoffen
auf der Grundlage von FPSO-Behältern
ist bereits ein Bojen-/Drehteilkonzept entwickelt worden, das als
sogenannte Submerged Turret Production (STP) oder Unterwasser-Drehkreuzproduktion
bezeichnet wird. Dieses Konzept basiert auf einer Unterwasserboje
mit einem am Boden verankerten zentralen Element und einem äußeren Bojenelement,
das drehbar an dem zentralen Element angebracht ist und in einem
unter Wasser befindlichen Aufnahmeraum im Boden des FPSO-Behälters gesichert
ist. Das äußere Bojenelement
bildet einen Drehkörper
(ein Drehkreuz), der eine Drehung des Behälters unter dem Einfluss von Wind
und Wetter ermöglicht.
Die relevanten Steigrohre sind an dem zentralen Element der Boje
angebracht, und an der oberen Seite der Boje sind sie mit einer
Drehteileinheit verbunden, die eine Verbindung zwischen den Steigrohren
und einem Rohrleitungssystem an dem Behälter bildet.
-
Das
STP-System ist sehr kompakt und betriebssicher und auch effizient
und daher sehr wettbewerbsfähig.
In den Fällen,
wo eine Notwendigkeit für
die Verwendung von Molchen besteht, können diese Molche jedoch nicht
durch die Drehteileinheit hindurch gesandt werden, die sehr enge
Leitungen hat, und daher müssen
sie aus der Drehteileinheit herausgenommen werden, aber oberhalb
der Boje. Eine Molchanordnung mit der herkömmlichen Ausgestaltung wird
jedoch so viel Platz einnehmen, dass das System insgesamt nicht
so kompakt wie gewünscht
oder notwendig gebaut werden kann.
-
Vor
diesem Hintergrund ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Molcheinrichtung zu schaffen, die sehr kompakt und relativ leichtgewichtig ist
und vernünftig
herstellbar ist, was die Kosten angeht.
-
Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine solche Einrichtung zu schaffen,
die eine spezielle Schieberanordnung hat, mit der das Molchen auf
sichere Art und Weise insofern ausgeführt werden kann, als immer
zwei Barrieren zwischen der Prozessflüssigkeit und der Umgebung bestehen.
-
Um
dieses Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine
Einrichtung der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, dass sie einen den Molch aufnehmenden Kugelschieber
umfasst, der im Strömungskanal angeordnet
ist und einen Schieberkörper
mit einem Innenraum für
das Aufnehmen eines Molches durch eine Einlassöffnung aufweist, wobei der
den Molch aufnehmende Schieber eine erste Funktionsposition aufweist,
in der die Öffnung
zu dem Strömungskanal zeigt,
und eine zweite Funktionsposition, in der die Öffnung zu dem Seitenkanal zeigt;
einen in dem Seitenkanal angeordneten, den Molch transportierenden Schieber
mit doppelten Dichtungen zwischen dem den Molch aufnehmenden Schieber
und der Molchschleuse; und einen in dem Gehäuse angeordneten Durchgang
für das
Einführen
einer Betätigungsstange
zum Transportieren eines Molches aus dem den Molch aufnehmenden
Schieber in die Molchschleuse oder umgekehrt, wobei der Durchgang
mit einem zusätzlichen
Schieber mit doppelten Dichtungen zur Außenseite der Vorrichtung verbunden
ist.
-
Die
Erfindung wird nun in Verbindung mit einer beispielhaften Ausführungsform
mit Bezug auf die Zeichnungen weiter beschrieben, wobei
-
1 eine
Schnittansicht eines Teils eines Behälters mit einem Aufnahmeraum
und einer Boje ist, wobei eine Drehteileinheit und eine erfindungsgemäße Einrichtung
in einem Raum oberhalb der Boje angeordnet sind;
-
2 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt;
und
-
die 3 bis 10 ähnliche
Schnittansichten wie 2 zeigen, und zwar von aufeinanderfolgenden
Betriebsphasen, wenn ein Molch in der Einrichtung aufgenommen ist.
-
In
der nun folgenden Beschreibung wird die Erfindung in Verbindung
mit dem eingangs erwähnten
STP-System beschrieben. Die erfindungsgemäße Anordnung kann aber auch
in Verbindung mit herkömmlichen
Drehkreuzsystemen verwendet werden.
-
1 zeigt
eine Schnittansicht eines Bodenbereichs der Hülle 1 eines FPSO-Behälters mit
einem unter Wasser befindlichen Aufnahmeraum 2, in welchem
eine Boje 3 der oben erwähnten Art eingebracht und gesichert
ist. Ankerleitungen und Steigrohre, die in der Praxis an dem zentralen
Bojenelement angebracht sind und sich abwärts in dem Wasser unterhalb
der Boje erstrecken, sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Oberhalb
der Boje sind die Steigrohre mit einer Drehteileinheit oder einem
Drehteilstapel 4 verbunden, der in einem STP-Raum 5 angeordnet
ist und mit einem Rohrleitungssystem (angedeutet bei 6)
an dem Behälter
durch flexible Schläuche 7 verbunden
ist. Der Drehteilstapel 4 ist an einem Schlitten 8 angebracht,
der auf Schienen 9 beweglich ist, so dass der Drehteilstapel
seitlich zwischen einer Parkposition und der veranschaulichten Betriebsposition
verschoben werden kann.
-
Die
Seitenansicht in 1 zeigt zwei Molcheinrichtungen 10 gemäß der Erfindung,
die in dem STP-Raum 5 zwischen der Oberseite der Boje 3 und dem
Drehteilstapel 4 angeordnet sind. Jede Einrichtung weist
eine kompakte Schieberanordnung mit einem Schieberblock auf, wie
er noch beschrieben wird. Jede Schieberanordnung ist mit einem jeweiligen
Steigrohr 11 verbunden. In der Praxis können sich mehrere Steigrohre
durch die Boje hindurch erstrecken und mit einer entsprechenden Molcheinrichtung
verbunden sein. Ein Isolationsschieber 12 ist in jedem
Steigrohr im oberen Bereich der Rohrleitung eingesetzt.
-
Jedes
Steigrohr hängt
in dem zugehörigen Schieberblock,
beispielsweise mittels eines hydraulisch betätigten Schnellkupplungsmittels,
das bei 13 angedeutet ist. Mit dieser Aufhängeanordnung
wird erreicht, dass thermische Ausdehnungen und Produktionstoleranzen
für die
Bauteile nicht in Betracht gezogen werden müssen.
-
Eine
Ausführungsform
der Einrichtung 10 gemäß der Erfindung
ist in den 2 bis 10 dargestellt.
Die Einrichtung weist ein Gehäuse 15 auf, das
mit einer durchgehenden Leitung 16 für den Durchfluss eines Prozessfluids
und einer damit verbundenen Verzweigungsleitung 17 versehen
ist, die sich in der veranschaulichten Ausführungsform in rechten Winkeln
bezüglich
der Durchflussleitung 16 erstreckt. In der Durchflussleitung
ist am Einlass zu der Verzweigungsleitung ein Molchaufnahmeventilmittel
in Form eines Kugelschiebers 18 mit einem Schieberkörper 19 mit
einem kreiszylindrischen Innenraum 20 zum Aufnehmen eines
Molchs 21 (siehe z.B. 4) angeordnet,
der durch eine Einlassöffnung 22 hindurch
in den Raum 20 eingebracht werden kann. Der Schieberkörper 19 ist
drehbar zwischen einer ersten funktionalen Position (beispielsweise
in den 3 und 4 gezeigt), in welcher die Öffnung 22 zu
dem Durchflusskanal 16 hinweist, und einer zweiten funktionalen
Position (beispielsweise gezeigt in den 2 und 5 bis 7),
in welcher die Öffnung 22 zu
der Verzweigungsleitung 17 hinweist.
-
Wie
sich aus den 3 und 4 ergibt,
hat die Durchflussleitung 16 an ihrem Einlassende, d.h. am
Boden der Figuren, einen Durchmesser entsprechend dem Durchmesser
des Molchs 21 und daher auch entsprechend dem Durchmesser
des relevanten Steigrohrs 11 (1), wohingegen
die Leitung in dem Bereich des Schiebers 18 einen verbreiterten Bereich
mit einem größeren Durchmesser
hat. Dieser vergrößerte Bereich
ermöglicht
eine solche Dimensionierung des Schiebers 18, dass auch
der Raum 20 in dem Schieber einen etwas größeren Durchmesser hat
als der Molch 21. Dadurch wird erreicht, dass Prozessfluid
durch den Schieber hindurch auch dann strömen kann, wenn sich ein Molch
in dem Raum befindet, wie in 4 veranschaulicht.
-
Aus 2 ergibt
sich, dass die Verzweigungsleitung 17 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser
hat wie der Raum 20 in dem Schieber 18.
-
Der
Raum 20 ist durch einen Durchgangskanal in dem Schieberkörper 19 gebildet.
Ein perforiertes Mittel zum Anhalten des Molchs, das in der veranschaulichten
Ausführungsform
die Form eines Gitters 23 hat, ist über den Kanal hinweg an demjenigen Ende
des Kanals angeordnet, das der Öffnung 22 gegenüberliegt,
so dass Prozessfluid in der ersten funktionalen Position des Schieberkörpers ungehindert durch
den Schieber 18 hindurch strömen kann. Außerdem ist
der Schieberkörper 19 mit
Durchflussöffnungen 24 versehen,
die mit der Durchflussleitung 16 in der zweiten funktionalen
Position des Schieberkörpers 19 ausgerichtet
sind (siehe beispielsweise 2 und 5 bis 7),
so dass ein Fluidstrom dann auch durch den Schieber hindurchströmen kann.
-
Der
drehbare Schieberkörper 19 ist
mittels eines Paares von Rohrleitungsstücken 25 angebracht,
die auf gegenüberliegenden
Seiten des Schieberkörpers
in die Durchflussleitung 16 eingesetzt sind.
-
In
Verbindung mit der Verzweigungsleitung 17 ist ein Molchbeförderungsschieber 26 zum
Befördern
eines Molchs 21 zwischen dem Molchaufnahmeschieber 18 und
einer Molchkammer 27 zum Aufnehmen eines Molchs in Verbindung
mit einem Molchvorgang angeordnet. Der Beförderungsschieber ist ein Kugelschieber
mit einem Schieberkörper 28 mit
einem Durchgangskanal 29 für die Beförderung des Molchs. Der Schieberkörper ist
drehbar in einem Gehäuseelement 30 angeordnet,
das als separates Teil dargestellt ist, welches an dem Gehäuse 15 fixiert
ist, das aber auch ein integraler Teil des Gehäuses sein kann. Der Schieberkörper 28 ist
drehbar zwischen einer ersten funktionalen Position (gezeigt beispielsweise
in den 3 und 4), in welcher der Kanal 29 rechtwinklig
zu der Verzweigungsleitung 17 verläuft und der Schieber so geschlossen
ist, und einer zweiten funktionalen Position (in den 2 und 7 dargestellt),
in welcher der Kanal mit der Verzweigungsleitung ausgerichtet ist
und so die Beförderung
des Molchs möglich
ist. Auf jeder Seite des Schieberkörpers 28 ist eine
Ringdichtung 31 angeordnet, die dichtend gegen den Schieberkörper ruht, so
dass doppelte Abdichtbarrieren zwischen dem Prozessfluid und der
Umgebung ausgebildet sind, wenn der Schieber geschlossen ist.
-
Die
Molchkammer 27 ist in einem Kammergehäuseelement 35 ausgebildet,
das an dem Gehäuseelement 30 angebracht
ist. An seinem äußeren Ende
hat das Gehäuseelement 35 eine Öffnung,
die normalerweise auf fluiddichte Art und Weise mittels eines Verschlusses 36 verschlossen
ist, der mittels geeigneter Arretiermittel an seiner Stelle gehalten wird.
Außerdem
kommuniziert die Molchkammer mit einem normalerweise geschlossenen
Einlassschieber 37 und einem normalerweise geschlossenen Auslassschieber 38,
die für
den Durchfluss einer Reinigungsflüssigkeit zum Reinigen eines
Molchs in der Kammer oder für
den Durchfluss oder das Befüllen der
Kammer mit einem inerten Gas, wie beispielsweise Stickstoff (N2), geöffnet
werden können.
-
Auf
der mit Bezug auf die Verzweigungsleitung 17 gegenüberliegenden
Seite des Molchaufnahmeschiebers 18 befindet sich ein Kanal 45 in
dem Gehäuse 15,
der für
das Einbringen einer Betätigungsstange 46 zum
Drücken
gegen einen Molch 21 und zum Befördern eines Molchs 21 von
dem Aufnahmeschieber 18 hin zu der Molchkammer 27 vorgesehen
ist. Der Kanal 45 kommuniziert mit einem zusätzlichen
Schieber 47, der in 2 in einem Schiebergehäuse 48 angeordnet
dargestellt ist, das an dem Gehäuse 15 angebracht
ist, das aber alternativ auch in dem Gehäuse 15 integriert
sein kann, wie in den 3 bis 10 dargestellt.
Auch dieser zusätzliche
Schieber ist ein Kugelschieber mit einem Schieberkörper 49 mit
einem Durchgangskanal 50, der zum Hindurchtretenlassen
der Betätigungsstange 46 ausgestaltet
ist. Der Schieberkörper
ist drehbar zwischen einer ersten funktionalen Position (beispielsweise
in 3 bis 5 dargestellt), in welcher der
Schieberkanal 50 rechtwinklig zu dem Kanal 45 verläuft, und
einer zweiten funktionalen Position (gezeigt in den 2, 6 und 7),
in welcher die beiden Kanäle 45 und 50 miteinander
ausgerichtet sind. Auf jeder Seite des Schieberkörpers 49 befindet
sich eine ringförmige
Dichtung 51, die dichtend gegen den Schieberkörper ruht,
so dass auch hier doppelte Abdichtbarrieren zwischen dem Prozessfluid
und der Umgebung ausgebildet sind, wenn der Schieber geschlossen
ist.
-
Die
Betätigungsstange 46 bildet
einen Teil eines Presswerkzeugs 52, das einen hydraulisch
betätigten
Zylinder 53 mit einer teleskopisch verlängerbaren Betätigungsstange
aufweisen kann, wie in 2 dargestellt. In der Betriebsposition
in 2 ist der Zylinder 53 starr an einem
Flanschelement befestigt, das mit dem Schiebergehäuse 48 verbunden
ist. Wenn der Schieber 47 in dem Gehäuse 15 integriert ist,
wird das Werkzeug direkt an dem Gehäuse befestigt sein, wie in
den 6 bis 8 dargestellt. Wenn das Werkzeug 52 gerade
nicht verwendet wird, wird es durch einen blinden Flansch 54 ersetzt,
wie es beispielsweise in den 3 und 4 dargestellt
ist.
-
In
dem Gehäuse 15 befindet
sich auch ein Notabsperrschieber 58 in der Durchflussleitung 16 zwischen
dem Molchaufnahmeschieber 18 und dem Ende der Leitung,
das für den
Anschluss an ein zugehöriges
Steigrohr 11 vorgesehen ist (1). Wie
sich aus den 3 bis 10 ergibt,
ist auch der Notabsperrschieber ein Kugelschieber, und sein Schieberkörper 59 hat
einen Kanal 60 mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser
wie die benachbarten Bereiche der Durchflussleitung 16.
Auf eine Art und Weise, die der des Molchaufnahmeschiebers 18 entspricht,
ist der Schieberkörper 59 mittels
zweier Rohrleitungsstücke 61 angebracht,
die in die Leitung 16 auf jeder Seite des Schieberkörpers eingesetzt sind.
-
Die
oben beschriebenen Kugelschieber sind geeignet so angeordnet, dass
sie hydraulisch betätigt werden.
Das Antriebssystem ist an sich bekannt und wird daher nicht weiter
dargestellt oder beschrieben. Es wird nur darauf hingewiesen, dass
in 1 ein Einlass 62 und ein Auslass 63 für Hydrauliköl dargestellt
sind, für
die Betätigung
des Notabsperrschiebers 58. In 2 ist dieser
Schieber in dem Gehäuse 15 hinter
einer verschraubten Abdeckung 64 angebracht.
-
Die
verschiedenen Betriebsschritte beim Aufnehmen eines Molchs mit der
erfindungsgemäßen Einrichtung
sind in den 3 bis 10 veranschaulicht.
-
In 3 kommt
ein Molch 21 bei der Einrichtung 10 an und passiert
den normalerweise offenen Notabsperrschieber 58. Der Molchaufnahmeschieber 18 ist
ebenfalls offen, wohingegen die verbleibenden Schieber 26, 37, 38 und 47 geschlossen
sind. Die Pfeile A1 und A2 bezeichnen einen Durchflusseinlass von
einem Steigrohr bzw. einen Durchflussauslass hin zu einem Drehteil.
-
In 4 befindet
sich der Molch 21 in seiner Endposition in dem Raum 20 des
Molchaufnahmeschiebers 18. Wie oben erwähnt, kann Fluid durch den Schieber
hindurch auch dann strömen,
wenn sich ein Molch in dem Raum 20 befindet.
-
In 5 ist
der Molchaufnahmeschieber 18 geschlossen worden, aber das
Produktionsfluid kann mit einer reduzierten Menge durch die Öffnung 24 in dem
Schieberkörper 19 hindurchströmen, so
dass die Produktion reduziert weiterlaufen kann. Nach dem Schließen des
Schiebers 18 werden der blinde Flansch 54 entfernt
und das Werkzeug 52 montiert.
-
In 6 werden
der Molchbeförderungsschieber 26 und
der zusätzliche
Schieber 47 geöffnet.
Anschließend
wird der Molch 21 von dem Molchaufnahmeschieber 18 aus über den
Schieber 26 und in die Molchkammer 27 mittels
der Betätigungsstange 46 des
Werkzeugs 52 gedrückt,
wie in 7 dargestellt. Anschließend wird die Stange 26 zurückgezogen,
und die Schieber 26 und 47 werden geschlossen.
-
Nachdem
der Molch in die Molchkammer 27 eingebracht worden ist
und die Schieber 26 und 47 geschlossen worden
sind, wird der Molchaufnahmeschieber 18 geöffnet, wie
in 8 dargestellt. Die normale Produktion wird daher
wiederaufgenommen. Anschließend
wird das Werkzeug 52 entfernt, und der blinde Flansch 54 wird
angebracht.
-
In 9 werden
die Schieber 37 und 38 geöffnet, und die Molchkammer
wird mit Stickstoff (N2) geflutet. Anschließend werden
die Schieber 37 und 38 geschlossen.
-
In 10 ist
das Arretiermittel für
den Verschluss 36 geöffnet
worden, und der Verschluss 36 ist von der Öffnung der
Molchkammer 27 entfernt worden, so dass der Molch 21 aus
der Kammer herausgenommen werden kann. Dadurch wird der Molchaufnahmevorgang
beendet.
-
Wie
deutlich sein wird, ist die erfindungsgemäße Einrichtung in der obigen
Ausführungsform zum
Aufnehmen eines Molchs in Verbindung mit einem Molchvorgang vorgesehen.
Die Einrichtung kann jedoch auch zum Aussenden eines Molchs von der Molchkammer 27 aus
verwendet werden. In diesem Fall wird der Verschluss 36 mit
einem normalerweise geschlossenen Kanal für die Betätigungsstange des Drückwerkzeugs
versehen sein, oder es kann ein anderer Verschluss verwendet werden,
der für diesen
Zweck mit einem geeigneten Kanal versehen ist.
-
Wie
sich aus der erfolgten Beschreibung ergibt, ist die erfindungsgemäße Einrichtung
so aufgebaut, dass während
des Betriebs der Einrichtung immer zwei Barrieren zwischen dem Prozessfluid
und der Umgebung bestehen. Dies ist ein wichtiges Merkmal in Bezug
auf die Sicherheit. Um sicherzustellen, dass dies der Fall ist,
müssen
beim Ausführen
der Molchvorgänge
das Öffnen
und Schließen
der Schieber in einer gegebenen Sequenz ausgeführt werden. Zu diesem Zweck
wird für
die verschiedenen Schieber eine gegenseitige mechanische Verriegelung vorgesehen
sein und/oder Arretierungen, die geöffnet/geschlossen werden müssen, um
einen fehlerhaften Betrieb zu verhindern. Solche Arretiermittel sind
in den Zeichnungen nicht dargestellt, da sie herkömmlich ausgestaltet
sein können,
wie es einem Fachmann bekannt sein wird.