NO330761B1 - Undersjoisk kjoleenhet og fremgangsmate for undersjoisk kjoling - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en undersjøisk kjøleenhet med et innløp for et varmt fluid og et utløp for kjølt fluid. Kjøleenheten innbefatter et antall viklinger som er eksponert mot sjøvann, og midler for generering av en strøm av sjøvann forbi viklingene, idet midlene for generering av strømmen av sjøvann innbefatter en propell og en roterbar aktuator, idet kjøleren er anordnet i en kanal.

Description

Oppfinnelsen vedrører en undersjøisk kjøler for kjøling av et varmt fluid som strømmer gjennom et rør, ved bruk av det omgivende sjøvannet som kjølemedium. Mer særskilt vedrører oppfinnelsen en undersjøisk kjøler for en fluidstrøm som produseres fra én eller flere undersjøiske brønner.

Fluid som produseres fra en hydrokarbonbrønn vil ofte være meget varm, og noen ganger ha en temperatur på over 100°C. Dersom brønnene befinner seg langt fra et prosessanlegg, vil det kunne være nødvendig å forsterke strømmen ved å legge inn en pumpe i strømningsledningen. En pumpe vil arbeide bedre dersom fluidet er avkjølt. Dette er særlig viktig når fluidet er en gass og det benyttes en kompressor. Effektiviteten til en kompressor er sterkt avhengig av gasstemperaturen, dvs. at jo kaldere gassen er, desto mer effektiv vil kompressoren være.

En velkjent kjøleinnretning er en radiator hvor en strøm av kald luft føres mot et rørarrangement som har et stort overflateareal mot luften.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en undersjøisk kjøleenhet og en fremgangsmåte for undersjøisk kjøling av et fluid som angitt i patentkravene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor

Fig. 1 er en skisse som viser det inventive prinsippet,

Fig. 2 er en detalj som viser en alternativ energigenererende innretning,

Fig. 3 viser en utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 4 er en detalj fra fig. 3,

Fig. 5 viser en andre utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 6 er en detalj fra fig. 6,

Fig. 7 viser en tredje utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 8 er en detalj fra fig. 7,

Fig. 9 er et skjema for et undersjøisk separasjonssystem, og

Fig. 10 viser en alternativ utførelse av den som er vist på fig. 4 og 8.

I fig. 1 er det vist en kjøler i form av et rørarrangement 10 som kan bestå av ett eller flere rør som kan være anordnet som et antall individuelle viklinger for oppnåelse av størst mulig overflateareal. Rørarrangementet er forbundet med et innløpsrør 18 og et utløpsrør 20. Når kjøleren har mer enn én vikling, er innløpsrøret forbundet med en fordelingsenhet 22 som fordeler strømmen fra innløpsrøret til en individuell vikling i kjøleren. På samme måte blir hver strøm fra viklingene samlet i en enhet 24 ved utløpsrøret 20. Rørarrangementet i kjøleren er ikke vist nærmere fordi slike kjølesystemer er velkjent for fagpersoner og slike vil kunne bestemme antallet rør og deres dimensjoner som er nødvendige for oppnåelse av maksimal effektivitet, dvs. den kjølemengden som ønskes. I et undersjøisk system vil innløpsrøret 18 være forbundet med en strømningsledning 19 som fører et varmt hydrokarbonfluid fra én eller flere undersjøiske brønner og inn i kjøleren. Hensikten med kjøleren er å kjøle det varme fluidet under utnyttelse av det kalde sjøvannet som omgir kjøleren som kjølemedium. Sjøvann i dypet er ganske kaldt, tett opptil 0°C.

Den frie strømmen av sjøvann kan være for langsom til å muliggjøre en effektiv kjøling av det varme fluidet. Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor å legge inn midler for øking av sjøvannstrømmen forbi viklingene 10. Derfor er det anordnet en propell 26 i kjølerens front. Propellen dreies ved hjelp av en roterende aktuator eller motor 30 via en aksel 28. Motoren tilføres energi (elektrisk eller hydraulisk) gjennom en ledning 32. En styringsenhet 34 mottar signaler og energi gjennom en umbilikal 36, som i sin tur går til en fjerntliggende styringsstasjon. Denne fjerntliggende styringsstasjonen kan være anordnet på en flytende produksjonsenhet eller i en landstasjon. Når propellen roterer, vil den presse en strøm av sjøvann forbi viklingene i kjøleren 10.

For ytterligere å bedre kjølevirkningen er kjøleren omgitt av en i begge ender åpen kanal 12. På den ene siden er kanalen forbundet med en trakt 13. Traktens andre ende har et innløp 11 med en åpningsdiameter med i hovedsaken samme dimensjon som propellen 26, slik det er vist på fig. 1. Kjølemediet, dvs. sjøvann, blir av propellen 26 tvunget til å strømme gjennom kjøleren som vist med pilene 14 henholdsvis 15.

I rørinnløpet 18 er det anordnet en ventil 37 som styres med en styringsenhet 34.1 innløpet 18 og i utløpet 20 er det også anordnet trykk- og temperaturtransmittere 38, 39. Disse er også forbundet med styringen 34.

Posisjonene til rørinnløpet og -utløpet kan reverseres, slik at innløpet vil befinne seg nærmest propellen.

I styringen 34 kan det være anordnet en elektrisk lagringsinnretning så som et batteri (ikke vist) for derved å kunne tilføre motoren 30 energi også dersom energitilførselen fra styringsstasjonen skulle svikte.

Temperaturtransmitterne 38 og 39 måler temperaturer og trykk i fluidet ved rørinnløpet 18 og -utløpet 20. Dette muliggjør en styring av temperaturen til fluidet ved utløpsenden og en regulering av temperaturen for oppnåelse av et ønsket nivå og for opprettholdelse av en konstant utløpstemperatur. Ved å måle trykket ved utløpet og innløpet vil det også kunne være mulig å innhente informasjon vedrørende fluidstrømmen, og å beregne strømningsmengden.

I det tilfellet at fluidet er en gass vil det undersjøiske systemet i hovedsaken innbefatte en gasskompressor for påvirkning av gasstrømmen. I et slikt tilfelle er det viktig at gasskompressoren tilføres gass med en jevn temperatur, da dette vil øke kompressorens effektivitet. Med temperaturdataene kan styringen 34 regulere motorens 30 hastighet slik at den ønskede temperaturen for den gassen som går til kompressoren vil være jevn hele tiden.

I en utførelse av oppfinnelsen utvinnes energien for drift av propellen 26 fra energien i fluidstrømmen. Dette er vist på fig. 3 og 4. Utløpsrøret 20 for det varme fluidet har et bend 62.1 den rette delen av bendet er det anordnet en propell 64. Denne propellen 64 er tilknyttet en aksel 66 som går gjennom veggen i rørbendet og er ved sin andre ende forbundet med rotoren (ikke vist) i en generator 68. En elektrisk ledning 76 forbinder generatoren 68 med styringen 34 og derved med motoren 30. Når gass strømmer gjennom røret, som vist med pilene 65, vil dette bevirke at propellen 64 roterer, hvilket i sin tur vil generere elektrisk energi i generatoren 68. Energien går gjennom ledningen 66 til styringen 34, som i sin tur leverer nødvendig energi til den elektriske motoren 30. Når motoren 30 tilføres energi, vil den bevirke at propellen 26 roterer, hvorved strømmen av kjølemedium forbi kjøleenheten 10 vil øke.

Alternativt kan propellen være i form av en ringpropell som induserer en strøm i viklinger anordnet rundt rørets 20 ytre omkrets. Dette er vist på fig. 2. En propell 54 innbefatter en ytre ring 56 som bæres av lagre (ikke vist) slik at den vil rotere når fluid strømmer forbi propellen. I ringen er det anordnet et antall magneter 57. Rundt rørets 20 ytre omkrets er det anordnet en annen ring 58 med magnetviklinger 59. Den ytre magnetringen genererer elektrisk strøm når propellringen roterer, slik det vil være kjent. Strømmen går gjennom ledningen 26 til styringen 34, som i sin tur styrer energitilførselen til den elektriske motoren 30.

Fordelaktig innbefatter styringen 34 én eller flere elektriske lagringsinnretninger, så som batterier (ikke vist) som en buffer mellom generatoren og motoren. Dette muliggjør at propellen 26 kan rotere etter behov og virke som en energireserve når generatoren ikke løper, fordi det ikke går noen strømning forbi propellen 64.

I nok en utførelse av oppfinnelsen er propellen 26 direkte forbundet med en andre propell som er anordnet i enten fluidinnløpet eller i fluidutløpet. I en første alternativ utførelse som vist på fig. 5 og 6 er den første propellen 27 en ringpropell, lik den som er vist på fig. 2. Fluidutløpsrøret 40 er i dette tilfellet plassert sentralt i trakten 13. Når en propell 42 roteres under påvirkning av fluidstrømmen, som indikert med pilen 52, vil også propellen 27 bringes til rotasjon, på samme måte som beskrevet i forbindelse med fig. 2.

I en alternativ utførelse av den foran nevnte utførelsen og som vist på fig. 7 og 8, er en propell 29 mekanisk forbundet med en andre propell 44. Denne utførelsen er i prinsippet den samme som utførelsen på fig. 3. Propellen 29 er plassert i et bend 23 i et utløpsrør 50. Propellen 26 er montert på en aksel 28 som går gjennom veggen til røret 50 ved bendet 33, og akselens andre ende er forbundet med den andre propellen 44 som er plassert i innløpet til trakten 13.

Når det varme fluidet pumpes gjennom utløpsrøret 50, som vist med pilene 46, vil dette medføre at propellen 29 roterer, hvilket i sin tur medfører at propellen 44 vil rotere. Rotasjonen av propellen 44 vil føre en strøm av kaldt sjøvann forbi kjøleren 10.

I en alternativ utførelse av akselen 28 er akselen som vist på fig. 10 anordnet i et rør som er sveiset til eller på annen måte festet til bendet. Akselen roterer i lagrene inne i røret. Fordelen med denne utførelsen er at et smøremiddel kan tilføres ringrommet mellom akselen og røret for derved å beskytte lagrene og for å unngå at hydrokarboner lekker ut til omgivelsene. Tilførselen av smøremiddel styres som vist med en ventil. Denne utførelsen kan også brukes i forbindelse med utførelsen på fig. 4.

Oppfinnelsen er beregnet for bruk i et undersjøisk separasjonssystem hvor en kjøling av den produserte hydrokarbongassen medfører en fordel idet den øker effektiviteten til en gasskompressor. Effektiviteten til en kompressor relaterer seg til temperaturen til fluidet, og det er ønskelig å holde denne temperaturen så lav som mulig.

På fig. 9 er det vist et undersjøisk separasjons- og forsterkningssystem hvor oppfinnelsen kan anvendes. I et gasseparasjons- og kompresjonssystem med roterende maskineri er det behov for et sikkerhetssystem som kan resirkulere fluidet for derved å sikre at det hele tiden går en minimum volumstrøm gjennom kompressoren. Dette er særlig nødvendig ved start eller når det foreligger forstyrrelser i prosessen slik at det oppstår en lavere fluidstrøm gjennom kompressoren. Det vil da også være en fare for en temperaturstigning i fluidet som vil kunne begrense operasjonene eller til og med være årsak til en farlig situasjon. For å redusere denne faren, kan en kjøler inngå i resirkuleringskretsen.

Spesielle forhold foreligger dersom det plutselig foreligger et behov for kjøling, eksempelvis i en pumpegrense situasjon (antisurge).

Fig. 9 viser således et undersjøisk prosessystem for hydrokarboner produsert i én eller flere brønner. Systemet innbefatter en separator 102 som har sin tilførsel fra en strømningsledning 104. Den separerte gassen føres gjennom røret 106 til en kompressor 108, som i sin tur er forbundet med en eksport-strømningsledning 110. Væsker som skilles fra gassen i separatoren 102, føres gjennom røret 112 til en pumpe 114 og til strømningsledningen 116. Strømningsledningen 116 kan være forbundet med strømningsledningen 110 eller være en egen strømningsledning som går til et prosessanlegg. Et væske-forbiløp 118 med en ventil 119 kan danne en reverserende krets mellom strømningsledningen 116 og separatoren 102. Et pumpegrense-forbiløp 120 forbinder kompressorens 108 utløp med strømningsledningen 104.1 forbiløpet 120 er det anordnet en pumpegrenseventil 122 og en kjøler 124. Kjøleren kan være av en hvilken som helst type som beskrevet, men vil trenge noe ekstra utstyr som beskrevet nedenfor.

Om så ønskes kan en kjøler også inngå i væske-forbiløpet 118.

Oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med flere eksempler. En fagperson vil vite at det kan tenkes mange mulig endringer og modifikasjoner av disse utførelsene, alt innenfor den inventive rammen som definert med patentkravene.

Claims (10)

1. Undersjøisk kjøleenhet med et innløp for et varmt fluid og et utløp for kjølt fluid, hvilken kjøleenhet innbefatter et antall viklinger som er eksponert mot sjøvann, og midler for generering av en strøm av sjøvann forbi viklingene,karakterisert vedat midlene for generering av strømmen av sjøvann innbefatter en propell og en roterbar aktuator og at kjøleren er anordnet i en kanal.

2. Kjøleenhet ifølge krav 1, karakterisert vedat kanalen har et innløp med redusert diameter og at propellen er anordnet i innløpet.

3. Kjøleenhet ifølge krav 1, karakterisert vedat den innbefatter en styring (controller).

4. Kjøleenhet ifølge krav 1, karakterisert vedat aktuatoren er en elektrisk motor og at den innbefatter en strømledning som kommer fra et fjerntliggende sted.

5. Kjøleenhet ifølge krav 1, karakterisert vedat den elektriske energien genereres fra gasstrømmen.

6. Kjøleenhet ifølge krav 1, karakterisert vedat en propell er anordnet i gasstrømmen og er drivforbundet med det energigenererende midlet som er anordnet utenfor røret.

7. Kjøleenhet ifølge krav 6, karakterisert vedat propellen er drivforbundet med en andre propell som er anordnet i fluidstrømmen.

8. Kjøleenhet ifølge krav 7, karakterisert vedat den første og den andre propellen er mekanisk forbundet med hverandre.

9. Kjøleenhet ifølge krav 1, karakterisert vedat fluidet som skal kjøles er en fluidstrøm som produseres fra én eller flere undersjøiske brønner.

10. Fremgangsmåte for undersjøisk kjøling av i det minste en del av en fluidstrøm som produseres fra én eller flere undersjøiske brønner, hvor i det minste en del av fluidet føres inn i et innløp og gjennom et antall viklinger anordnet i en kanal, og deretter gjennom et utløp, hvilke viklinger er eksponert mot sjøvann for varmeveksling med fluidet, idet sjøvannet drives forbi viklingene i kanalen ved hjelp av en propell.