NO330105B1

NO330105B1 - Havbunns varmeveksler

Info

Publication number: NO330105B1
Application number: NO20082957A
Authority: NO
Inventors: Bastiaen Van Der Rest
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2011-02-21
Also published as: RU2011102019A; CA2729416A1; GB201020916D0; WO2010002272A1; NO20082957L; GB2473563A; AU2009266499A1; GB2473563B; US20110100589A1

Abstract

Havbunns konveksjonsvarmeveksler (1) for kjøling eller varming av et hydrokarbon holdig fluid i et havbunnsmiljø. Varmevekslen (1) omfatter en konveksjonsseksjon omfattende et fluidførende rør (7) innrettet for varmeoverføring mellom det førte fluidet på en side av rørveggen og det omgivende vannet på den motsatte siden av rørveggen. Konveksjonsseksjonen er innkapslet av en innkapsling (9) omfattende et sjøvannsinnløp (11) og et sjøvannsutløp (13). Varmeveksleren (1) er forsynt med middel (15), i form av en pumpe, for styrt gjennomstrømning av omgivende sjøvann fra sjøvannsinnløpet (11) til sjøvannsutløpet (13). r 15

Description

Havbunns konveksjonsvarmeveksler

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører havbunnsprosessering av hydrokarbonholdige fluider. Spesielt vedrører oppfinnelsen en konveksjonsvarmeveksler som er tilpasset til å fungere i et legeme av omgivende vann, ved bruk av vannet som kjøle- eller varmemedium.

Bakgrunn

Ved havbunns fluidprosessering er det kjent å bruke det omgivende sjøvannet for å kjøle eller varme fluid som strømmer i et rør. Det er kjent praksis å innrette røret med et flertall bøyninger eller å kombinere et flertall slike rør i en parallellkonfigurasjon for å oppnå et stort kontaktareal mellom røret og vannet, og således en høy varmeoverføringsrate mellom fluidet i røret (-ene) og det omgivende vannet. Dersom det finnes en strømning i sjøvannet vil varmeoverføringsraten øke. Men selv ved ingen strømning vil røret og det innvendige fluidet blir kjølt eller oppvarmet i avhengighet av temperaturforskjellen mellom fluidet og det omgivende sjøvannet.

Patentpublikasjon GB 1,117,844 beskriver en varmeveksler anordnet i en oljefylt tank. Rørene til varmeveksleren, gjennom hvilke fluidet som skal varmes eller kjøles strømmer, er nedsenket i olje. Følgelig er en varmeoverføring tilveiebrakt mellom fluidet i rørene og den omgivende oljen. Videre, rørene er anordnet inne i et ytre rørformet skall. Skallet har en helning som tilveiebringer en heverteffekt, slik at den omgivende oljen strømmer gjennom skallet.

I prosesser hvor strømningsraten, temperaturen eller karakteristika til fluidet som strømmer gjennom røret varierer, kan oppsettet beskrevet ovenfor involvere utfordringer for operatøren, ettersom han ikke kan styre eksakt kjøle-eller varmerate. Varierende temperaturer til det omgivende vannet kan også gi korresponderende utfordringer.

Mulige løsninger for slike utfordringer kan være å styre strømningsraten til fluidet i røret(-ene) eller å styre fluidet gjennom lengre eller kortere lengder av røret ved styring av hensiktsmessig innrettete ventiler. For eksempel kan konveksjonsseksjonen bestå av et flertall parallelle grener. Dersom en høy varmeoverføringsrate behøves kan flere grener tilkobles. Tilsvarende, dersom

mindre varmeoverføring behøves kan operatøren frakoble én eller flere grener.

Hver av de ovenfor nevnte løsningene fremviser imidlertid en ulempe. Avhengig av den spesifikke aktuelle prosessen, kan styring av strømningsraten til fluidet i mange tilfeller ikke gjøres fordi det øker kompleksitet, kostnader og reduserer pålitelighet. Å dele strømningen inn i et spesifikt antall grener ved bruk av ventiler vil begrense varmeoverføringsraten i et begrenset antall mulige varmeoverføringsrater, avhengig av antallet og design/størrelsen på hver gren.

Det er følgelig et behov for en havbunns konveksjonsvarmeveksler som overvinner de ovenfor nevnte ulempene. En slik varmeveksler er tilveiebrakt med havbunns konveksjonsvarmeveksleren i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1.

Oppfinnelsen

I samsvar med oppfinnelsen er det tilveiebrakt en havbunns konveksjonsvarmeveksler for kjøling eller oppvarming av et hydrokarboninneholdende fluid i et havbunnsmiljø. Varmeveksleren omfatter en konveksjonsseksjon med et fluidførende rør tilpasset for varmeoverføring mellom det førte fluidet på den ene siden av rørveggen og det omgivende vannet på den motsatte siden av rørveggen. Konveksjonsseksjonen er omgitt av en innkapsling som omfatter et sjøvanninnløp og et sjøvannutløp. Videre er varmeveksleren forsynt med middel, i form av en pumpe, for styrt gjennomstrømning av det omgivende sjøvannet fra sjøvannsinnløpet til sjøvannsutløpet. Med en slik havbunns konveksjonsvarmeveksler er en operatør i stand til å styre varmeoverføringsraten mellom fluidet som strømmer gjennom konveksjonsseksjonen og sjøvannet. Dette kan gjøres for eksempel ved å variere pumpehastigheten eller ved å styre en strupeventil for å styre gjennomstrømningen av sjøvann.

Varmeveksleren i samsvar med oppfinnelsen er fortrinnsvis hydrostatisk utjevnet idet det er fluidforbindelse mellom det utvendige og det innvendige av innkapslingen, fortrinnsvis gjennom nevnte innløp og/eller utløp. Følgelig, den kan brukes på et hvilket som helst ønskelig dyp uten å måtte dimensjonere innkapslingen i henhold til det hydrostatiske trykket i det omgivende sjøvannet.

I en spesielt fordelaktig utførelsesform er en pumpe anordnet i en pumpeenhet med en pumpemotor anordnet i et motorkammer (23) som er isolert fra omgivelsene og tilpasset til å være hydrostatisk utjevnet med omgivende sjøvann. Motoren blir så fortrinnsvis innrettet til å drive pumpen med en aksel gjennom en mekanisk tetning, og på slik måte at anordningen av pumpeenheten danner et trykkfall over nevnte mekaniske tetning fra motorkammeret til pumpen når pumpen går, idet pumpen er innrettet til å dannet et trykkfall fra dets utløp til dets innløp. Dette fordelaktige opplegget resulterer i at sjøvann ikke penetrerer inn i motorkammeret gjennom tetningen, og bidrar således til lengre driftstid for pumpemotoren.

I en fordelaktig utførelsesform fremviser varmeveksleren i samsvar med oppfinnelsen fortrinnsvis et fluidinnløp og et fluidutløp for fluidet som skal kjøles eller varmes, hvorved middelet for gjennomstrømning av vann er styrt av en styringsanordning som i det minste blir styrt på grunnlag av temperaturen til fluidet som strømmer i fluidutløpet og/eller -innløpet, som målt av temperatursensor(er). Styringen av middelet for gjennomstrømning av sjøvann kan da være automatisk styrt.

Eksempel på utførelsesform

I det følgende gis et eksempel på en utførelsesform for havbunns konveksjonsvarmeveksleren i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, med henvisning til tegningene, der Fig. 1 er et skjematisk riss av en havbunns konveksjonsvarmeveksler; og Fig. 2 er et skjematisk riss av en foretrukket anordning av pumpen og

pumpemotoren.

Fig. 1 illustrerer en havbunns konveksjonsvarmeveksler 1 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Den er anordnet på havbunnen i tilknytning til et havbunns prosessanlegg. Formålet med varmeveksleren 1 er å oppnå eksakt kontroll på prosessutløpstemperaturen til en hydrokarbonholdig gass for å unngå kondensering eller dannelse av hydrater.

Varmeveksleren 1 fremviser et høytrykks-innløp 3 for prosessfluid og et høytrykks-utløp 5. Varmeveksleren 1 fremviser videre en konveksjonsseksjon omfattende et flertall varmeoverføringsrør 7. Varmeoverføringsrørene 7 er i direkte kontakt med sjøvannet.

Konveksjonsseksjonen til varmeveksleren 1 er innkapslet med en innkapsling 9. Innkapslingen har et sjøvannsinnløp 11 og et sjøvannsutløp 13. I tilknytning til sjøvannsutløpet 13 er det anordnet en pumpeenhet 15 som kan fjernstyres.

Pumpeenheten 15 er beskrevet i nærmere detalj nedenfor under henvisning til

Fig. 2. Det henvises fortsatt til Fig. 1. Pumpen 15 er innrettet til å pumpe omgivende sjøvann inn i innkapslingen 9 gjennom sjøvanninnløpet 11 og ut av innkapslingen 9 gjennom sjøvannsutløpet 13. Som beskrevet i nærmere detalj nedenfor er pumpeenheten 15 fordelaktig anordnet ved nedstrømssiden av vannstrømningen, i tilknytning til sjøvannsutløpet 13.

Sammenstillingen av pumpeenheten 15 og innkapslingen 19 som innkapsler konveksjonsseksjonen resulterer i en eksakt prosesskontroll av temperaturen til prosessfluidet som strømmer ut av varmeveksleren 1 gjennom prosessfluidutløpet 5. Idet den styrbare pumpeenheten 15 strømmer omgivende sjøvann gjennom varmeveksleren 1, vil styringen av pumpeenheten 15 direkte styre varmeoverføringsraten til varmeveksleren. I tillegg, dersom ingen konveksjon eller varmeoverføring er ønsket, kan pumpeenheten 15 stanses og idet sjøvannet inne i innkapslingen 9 nærmer seg temperaturen til prosessfluidet, vil praktisk talt ingen varmeoverføring finne sted. For å redusere varmeoverføringsraten gjennom innkapslingen 9 mellom sjøvannet inne i og utenfor innkapslingen 9, kan man anordne ytterligere innkapslinger eller isolerte innkapslinger (ikke vist).

Trykkdifferansen mellom det indre av innkapslingen og det omgivende sjøvannet behøver fordelaktig ikke å være mye for å strømme en ønsket mengde sjøvann gjennom varmeveksleren 1. Følgelig behøves kun en liten pumpeenhet 15.

En temperatursensor (ikke vist) er fortrinnsvis anordnet for å måle fluidtemperaturen til prosessfluidet som strømmer ut av prosessfluidutløpet 5. For å overvåke driften av varmeveksleren 1 kan man fortrinnsvis også anordne en temperatursensor (ikke vist) i tilknytning til prosessfluidinnløpet 3.

Fig. 2 viser pumpeenheten 15 i nærmere detalj. Pumpeenheten 15 omfatter en pumpemotor 17 og en pumpe 19 anordnet i et pumpeenhetshus 21. Pumpemotoren 17 er anordnet i et motorkammer 23 som er isolert fra omgivelsene, men som er hydrostatisk utjevnet med trykket til det omgivende sjøvannet (fortrinnsvis med en membranløsning). Motoren 17 driver pumpen 21 med en aksel som løper gjennom en mekanisk tetning 25. Som nevnt ovenfor er pumpeenheten 15 fordelaktig anordnet på nedstrømssiden av sjøvannsstrømningen. Et slikt opplegg resulterer i et trykkfall over den mekaniske tetningen 25 fra motorsiden til pumpesiden. Følgelig vil ikke sjøvann penetrere inn i motorkammeret 23 langsmed den mekaniske tetningen 25.

I en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er middelet for å tilveiebringe strømningen av sjøvann gjennom varmeveksleren ikke en vanlig pumpe. I stedet er varmeveksleren anordnet på slik måte at sjøvann vil strømme gjennom den i en vertikal retning. På grunn av varmeoverføringen i konveksjonsseksjonen vil temperaturforskjellen mellom sjøvannet inne i og utenfor innkapslingen resultere i forskjellig egenvekt for vannet. Denne forskjellen vil bevirke vertikal strømning av sjøvann. Strømningen kan for eksempel styres av en ventil ved innløpet eller utløpet av sjøvann.

Claims

1. Havbunns konveksjonsvarmeveksler (1) for kjøling eller varming av et hydrokarbonholdig fluid i et havbunnsmiljø, hvorved nevnte varmeveksler (1) omfatter en konveksjonsseksjon omfattende et fluidførende rør (7) innrettet for varmeoverføring mellom det førte fluidet på én side av rørveggen og det omgivende vannet på den motsatte siden av rørveggen, hvorved nevnte konveksjonsseksjon er innkapslet av en innkapsling (9) omfattende et sjøvannsinnløp (11) og et sjøvannsutløp (13), karakterisert vedat varmeveksleren (1) er forsynt med middel (15), i form av en pumpe, for styrt gjennomstrømning av omgivende sjøvann fra sjøvannsinnløpet (11) til sjøvannsutløpet (13).

2. Havbunns konveksjonsvarmeveksler (1) i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den er hydrostatisk utjevnet, idet det er fluidforbindelse mellom det utvendige og innvendige av innkapslingen (9), fortrinnsvis gjennom nevnte sjøvannsinnløp (11) og/eller -utløp (13).

3. Havbunns konveksjonsvarmeveksler (1) i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat nevnte pumpe (19) er anordnet i tilknytning til sjøvannsutløpet (13) til innkapslingen (9), hvorved det dannes et trykkfall fra det utvendige av innkapslingen (9) til dets indre.

4. Havbunns konveksjonsvarmeveksler (1) i samsvar med patentkrav 3,karakterisert vedat nevnte pumpe (19) er anordnet i en pumpeenhet (15) med en pumpemotor (17) anordnet i et pumpekammer (23) som er isolert fra omgivelsene og innrettet til å være hydrostatisk utjevnet med omgivende sjøvann, hvorved motoren (17) er innrettet til å drive pumpen (19) via en aksel som forløper gjennom en mekanisk tetning (25), og hvorved anordningen av pumpeenheten (15) danner et trykkfall over nevnte mekaniske tetning (25) fra motorkammeret (23) til pumpen (19) når pumpen (19) går, idet pumpen (19) er innrettet til å danne et trykkfall fra sitt utløp til sitt innløp.

5. Havbunns konveksjonsvarmeveksler (1) i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat den fremviser et fluidinnløp (3) og et fluidutløp (5) for fluidet som skal kjøles eller varmes, og at nevnte middel (15) for gjennomstrømning av sjøvann blir styrt av en styringsanordning som i det minste delvis blir styrt på grunnlag av temperaturen til fluidet som strømmer i fluidutløpet (5) og/eller fluidinnløpet (3), som målt av temperatursensor(er).