NO774055L - Roerledningsblokk eller -plugg. - Google Patents

Description

"Rørledningsblokk eller -plugg"

Den foreliggende oppfinnelse angår en rørledningsblokk eller -plugg. Rørledningsblokker er anordninger som kan settes inn i en rørledning og benyttes til forskjellige formål, og som kan beveges langs rørledningen ved pumping.

Blokker i form av vandrende plugger eller stempler er vel kjent i forbindelse med oljerørledninger. De anvendes først og fremst til rensing av innerveggen av rørledningen eller til ad-skillelse av forskjellige kvaliteter av oljelaster som beveger seg gjennom rørledningen mellom f.eks. en utleveringsterminal og det tankanlegg som lasten lagres i. Den foreliggende oppfinnelse angår særlig spesielle former for blokker eller plugger for helt bestemte operasjoner i en rørledning eller ved installering av en rørledning. En form for blokk i henhold til oppfinnelsen kan f.eks. anvendes til behersket fylling av lengder av rørledninger under installasjon av ledningen. En annen form kan anvendes til tauing av rørlednings-seksjoner og til å trekke seksjoner sammen på sjøbunnen. Enda en annen form kan anvendes som en automatisk plugg til lukking av enden av en rørledning i nødstilfelle under rørleggingsoperasjonen.

Rørledningsblokken eller -pluggen i henhold til oppfinnelsen omfatter et hovedsakelig sylindrisk legeme, gripeorganer som er anordnet på omkretsen av sylinderlegemet og kan beveges radialt mellom en gripestilling hvor de kan gripe seg fast i innerveggen av en rør-ledning med på forhånd fastlagt innvendig diameter, og en inntrukket stilling hvor de ligger klar av innerveggen, hydrauliske eller pneumatiske betjeningsorganer og en leddmekanisme mellom betjeningsorganene og gripeorganene, idet leddmekanismen er slik utført at den er i likevekt når gripeorganene er i gripestilling, selv om trykket i betjeningsorganene avlastes.

Den foreliggende oppfinnelse skaffer således en rørlednings-blokk som kan låses fast i en rørledning, og som forblir fastlåst selv om det hydrauliske eller pneumatiske trykk i betjeningsorganene etter en tid avlastes.

Blokken kan anta en rekke former tilpasset spesielle anvendelser.

Hvis blokken utføres med en passasje som forbinder de motsatte sider av blokken og en egnet ventil settes inn i passasjen, kan der fåes en blokk som kan anvendes til behersket fylling av en rør-ledning. Ventilen kan være en kontralufteventil som tillater luft å passere, men som lukker når vann når ventilen. Ventilen kan være forsynt med en sprengningsplate som åpnes når vanntrykket overstiger en viss, på forhånd fastlagt terskelverdi. I dette tilfelle kan blokker installeres i rørledningen på bestemte avstander og fyllingen begynnes ved innpumping av vann fra den ene ende. Lufteventilen tillater fortrengt luft å unnslippe langs ledningen, men så snart vannet når den første blokk, vil lufteventilen bli lukket. Trykket av vannet i rørledningen mellom den første blokk og pumpestasjonen kan deretter økes til over terskelverdien for sprengningsskiven, slik at skiven brister og den neste seksjon av rørledningen fylles.

Ved anordning av et slepefeste på blokken kan det fåes en blokk som kan benyttes til sleping eller tauing av en rørlednings-seksjon til installasjonsstedet og til å manøvrere rørlednings-seksjonen i stilling i flukt med den neste rørledningsseksjon.

I henhold til enda en utførelsesform for oppfinnelsen kan blokken inneholde transdusere som kan benyttes til å overvåke bukle- eller bøyningsspenningene i rørledningen, og som kan benyttes til automatisk betjening av blokken for lukking av rørledningen når spenningen overstiger en viss, på forhånd fastlagt verdi.

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningen.

Fig. 1 er et aksialsnitt gjennom en rørledningsblokk for

bruk ved behersket fylling av en rørledning.

Fig. 2 viser blokken på fig. 1 i et annet trinn av fylleoperasjonen. Fig. 3 viser blokken på fig. 1 og 2 i enda et ytterligere trinn av fylleoperasjonen.

Fig. 4 er et snitt etter linjen IV-IV på fig. 2.

Fig. 5 er et aksialsnitt gjennom en annen rørledningsplugg

i henhold til oppfinnelsen i form av en selvlukkende plugg med en indikator for buklingsspenninger.

Fig. 6 er et enderiss, delvis i snitt, av blokken på fig. 5.

På fig. 1-4 er der vist en rørledningsblokk for anvendelse

ved behersket fylling av en rørledning. Ved fylling av lengder av rørledningen mens denne legges ned på sjøbunnen, kan nedgravningen av rørledningen påskyndes. Den ekstra vekt av vannet i rørledningen bidrar til å senke rørledningen ved fremgangsmåter hvor der anvendes et vanlig nedspylingsapparat.

Blokken 11 på fig. 1 omfatter et legeme 12 med en rørformet kjerne 13. En stabel av pakningsringer 14 er festet til plater 15 ved hjelp av bolter 16. Pakningsringene består avvekslende av fast gummi og skumgummi. Ytterdiameteren av pakningsringene er slik at de danner en glidetetning med det indre av en rørledning av den størrelse som blokken er beregnet for.

Midtveis mellom de to sett- av pakningsringer 14 ligger der seks gripesegmenter 17 som er jevnt fordelt rundt omkretsen av blokken for å danne en full ring. Gripesegmentene har i omkretsretningen forløpende kammer med skarpe kanter som kan bite seg fast i innerveggen av rørledningen. En ringformet krysshodeblokk 18 er anordnet rundt den rørformede kjerne og kan gli langs denne i aksialretningen. Av hensyn til lett montasje er krysshodeblokken splittet i et aksialplan,og de to halvdeler er holdt sammen av bolter 14 og styre-tapper. Krysshodeblokken er koblet sammen med hvert av de separate gripeelementer ved hjelp av hvert sitt par av hengselplater 19. Hengselplatene er svingbart opplagret ved sin indre ende på krysshodeblokken og ved sin ytre ende på de respektive gripesegmenter. Bevegelse av krysshodeblokken i aksialretningen bevirker radial bevegelse av gripesegmentene som følge av den leddmekanisme som dannes av hengselplatene 19. Avstandsringer 20 holder segmentene 17 på avstand fra pakningsringene.

Gripesegmentene 17 er forspent innover ved hjelp av en fjær 21 som segmentene er forbundet med ved hjelp av U-bolter 22.

Krysshodeblokken 18 beveges aksialt ved hjelp av tre hydrauliske jekker 23 som er anordnet med 120° mellomrom rundt aksen for blokken 11,og hvis sylindre er festet til en av de radiale plater 15. Stemplene i de hydrauliske jekker er koblet til krysshodeblokken 18. En tilførselsledning 24 er tilkoblet alle tre jekker 23 via en fordelingsledning. Når stemplene er trukket inn i de hydrauliske jekker, ligger krysshodeblokken i en venstre stilling

(på fig. 1) og gripesegmentene ligger klar av veggen i en rørledning 50 med en innvendig diameter som blokken er beregnet for. Når hydraulisk trykk tilføres jekkene gjennom ledningen 24 og stemplene derfor føres ut av sylindrene, blir krysshodeblokken beveget mot

høyre til den dødpunktstilling av hengselplatene som er vist på

fig. 2, hvor de to svingeakser for hver hengselplate ligger i et felles radialt plan. En meget stor mekanisk oversetning foreligger under denne bevegelse som følge av den lille vinkelbevegelse av hengselplatene som øker jekkraften på f.eks. 200 kN tilsammen med en faktor på ca. 45, slik at den totale radiale gripekraft blir ca. 9000 kN. I den stilling som er vist på fig. 2, kan festebolter 25 skrus til for å holde krysshodeblokken 18 i stilling mot endene av tre rørformede elementer 26 som omgir boltene, og som er montert på blokklegemet. En kontraventil 27 er anordnet ved den ene ende av passasjen gjennom den rørformede kjerne 13,og en sprengningsplate 2 8 er anordnet ved den annen ende. Kontraventilen er en lufteventil som tillater luft å unnslippe, men som smekker igjen så snart vann kommer i berøring med ventilen. Sprengningsplaten er innlemmet i ventilhodet og er beregnet på å briste når den utsettes for et trykk på over 2760 kPa.

Virkemåten av blokken ved behersket fylling av en rørledning er som følger: En første plugg blir satt inn i rørledningen, idet den settes inn i et rørstykke og låses i stilling ved betjening av jekkene og fastskruing av låseboltene. Den side av blokken som sprengningsplaten befinner seg på, vender i strømningsretningen. Cirka 90 - 100 km rørledning blir deretter satt sammen på havoverflaten før en annen lignende blokk settes inn og låses i stilling, hvoretter enda 90 - 100 km rørledning legges. Denne operasjon kan gjentas en tredje gang eller flere ganger avhengig av den samlede lengde av rørledningen.

Når alle blokker er anbragt, blir rørledningen fylt med behandlet sjøvann fra utløpsenden, idet pumpetrykket omhyggelig holdes på 2070 kPa, noe som betyr at vannet bare vil nå den første blokk.

Den fortrengte luft passerer gjennom kontraventilen 27,

som vist på fig. 2, inntil vann når ventilen, hvoretter den vil smekke igjen. For effektiv bortføring av luft velges stillingen av hver blokk slik at den faller sammen med toppunktet av eventuelle buktninger av rørledningen. Når rørledningen er fylt med vann opp til den første blokk (stillingen av denne blokk kan fastslås ved avføling av en indikator 60 som sender ut et lydsignal eller isotoper, eller et magnetisk felt), blir trykket i ledningen økt til 2760 kPa, hvilket får sprengningsplaten i den første blokk til å briste.

Trykket blir igjen holdt på 2070 kPa. Dette tillater rørlengden mellom den første og den annen blokk gradvis å fylles med vann, hvis maksimale trykk holdes på 2070 kPa.

Innspylings- og sprengningsoperasjonen gjentas for de resterende blokker unntatt den siste. Trykket må ikke under noen omstendigheter økes for meget. For sikkerhets skyld bør den siste pakning ikke ha noen sprengningsplate.

Når rørledningen er fullført, blir blokkene så løsnet. Dette kan utføres ved at der ved innløpsenden av rørledningen settes inn en spesiell tetningsblokk, f.eks. en femte blokk, som tetter i begge retninger. Et lufttrykk på f.eks. 3450 kPa utøves på innløpssiden av spesialblokken, noe som får den til å bevege seg i strømnings-retningen. Dette medfører i sin tur at den neste blokk,som altså f.eks. er den fjerde blokk, beveger seg et ganske lite stykke i strømningsretningen. En bevegelse på 7 - 8 cm av den fjerde blokk i forhold til rørledningen er tilstrekkelig til at gripesegmentene 17 og hengselplatene skal vippes forbi dødpunktstillingen, slik at de kan klappe sammen radialt innover og trekke gripesegmentene klar av rørledningsveggen med en klaring på ca. 5 cm, som vist på fig. 3. Ved økning av lufttrykket med 690 kPa for hver blokk i ledningen kan den tredje, den annen og den første blokk etter tur beveges tilstrekkelig til at grepet mot rørveggen løsnes. Etter at blokkene er frigjort, kan de pumpes gjennom ledningen fra den ene eller den annen ende. Gripesegmentene kan ikke aktiveres påny, noe som tillater bevegelse av blokkene i den ene eller den annen retning.

En modifikasjon av blokken på fig. 1-4 kan anvendes som en slepeplugg for bruk ved installering av undervannsrørledninger, spesielt når lange lengder av undersjøiske rørledninger skjøtes sammen før de slepes ut på plass av en taubåt. En blokk bør festes i hver ende av rørledningsseksjonen før den senkes ned på sjøbunnen, og blokkene bør fortrinnsvis inneholde eller oppvise følgende trekk og organer: 1. En lydmarkør eller lydgenerator som vil tillate oppsporing av begge ender av rørledningen ved leting med sonarutstyr. 2. Blokkene bør være av den type som kan aktiveres for å gripe den innvendige vegg av røret så fast at en slepekraft som er lik halvparten av selve rørets styrke,ikke vil rive løs blokken. 3. Blokken kan fjernes fra røret ved betjening av en pneumatisk eller hydraulisk frigjøringsmekanisme som trekker det store antall kraftige gripekammer bort fra rørveggen. 4. Da den pneumatiske eller hydrauliske kraft som utøves på mekanismen for griping eller frigjøring av denne, ikke kan opprett-holdes permanent etter betjening,sikrer en "dødpunkt"-mekanisme at grepet på rørledningen vil forbli fast inntil grepet løsnes på et senere tidspunkt. 5. Enden av et utslept rør forsynt med en lukkeplugg må kobles til forenden av den neste lengde av et utslept rør med slepeplugg. En egnet rørkobling kan forbindes enten med den bakre ende av den foranliggende rørledning eller forenden av den etterfølgende rør-ledning, slik at koblingen kan forskyves .aksialt for å overspenne de to rørender etter at disse er bragt på linje med hinannen. Rørene bør ikke fylles, idet den store vannvekt vil gjøre det usedvanlig vanskelig å bringe rørene på linje med hinannen. Når koblingsoperasjonen er fullført og en lekkasjeprøve utført på hver halvdel av koblingen (dobbelte pakninger med et mellomliggende prøverom tillater utførelse av en slik prøve), er den siste operasjon å frigjøre grepet av lukke- og slepeblokkene slik at disse til slutt kan pumpes ned gjennom røret i strømningsretningen under opprensing av ledningen. Denne anordning eliminerer den kostbare og tidskrevende operasjon med kapping av røret for å fjerne den påsveisede lukkeende og slepeende og en behersket fylling av ledningen gjennom en liten ventil, noe som tar tid og krever en etterfølgende tømmeprosess.

Av fig. 1 vil det fremgå at den viste blokk med små modifikasjoner har alle de egenskaper som er angitt ovenfor, nærmere bestemt:

1) - En lydmarkør antydet ved 60.

2) - Hydraulisk eller pneumatisk betjening vist ved 23.

3) - Kraftige gripekammer 17.

4) - Dødpunktledd 19 og krysshodeblokken 18.

5) - Ventilen 27 og sprengningsplaten 28 erstattes med en plugg med et massivt slepeøye sveiset til den midtre rørformede kjerne 13. Det vil forstås at et annet sett hydrauliske sylindre montert ved den annen ende (til høyre på tegningen) av krysshodeblokken 18 og forbundet med en trykkilde gjennom veggen av ledningen 50 vil bevirke øyeblikkelig løsning av gripesegmentene fra inngrep med innerveggen av røret.

Ved rørlegging til sjøs fra en rørleggingslekter eller et rørleggingsskip, hender det undertiden at løfte- eller stampe-bevegelser med stor amplitude som følge av en plutselig storm eller unormale dønninger bevirker bukling av røret, noe som ofte medfører brudd,hvoretter den brukne rørledning snor seg ned mot sjøbunnen. Dette er en meget alvorlig hendelse som vil hindre rørlednings-operasjonen i mange dager, idet enden av den brukne rørledning først må finnes og løftes, fulgt av den kjedsommelige og tidskrevende operasjon med utpumping av alt sjøvannet - under forutsetning av at den etterfølgende inspeksjon viser at der ikke foreligger andre sprekker eller bukler.

Rørledningsblokken på fig. 5 og 6 skaffer en fullstendig og effektiv sikkerhet mot denne form for uhell, idet rørledningen forankres og avtettes før buklingen finner sted. I ekstreme tilfeller kan rørledningen slippes ut med en sporvaier, en bøye og en lydgenerator som aktiveres automatisk og skaffer en sekundær sikkerhet, idet ingen tid kastes bort med å oppspore enden av rør-ledningen i tilfelle vaieren brister.

På fig. 5 og 6 er der vist en blokk 111 anbragt inne i et

rør 150. Den øvre halvdel av snittet på fig. 5 viser gripesegmentene eller bakkene 117 i inntrukket stilling, dvs. med en klaring fra rørveggen på omtrent 0,02«D hvor D = diameteren av røret. Den nedre halvdel av snittet viser segmentene eller bakkene 117 i deformerende inngrep med rørledningsveggen 150, idet en pakningssnor 114 av nitrilgummi er fastklemt mot rørledningsveggen i kraftig tettende berøring med et tetningstrekk i størrelsesordenen 13800 kPa (vanntrykket på 305 m er ca. 3450 kPa).

Blokken på fig. 5 og 6 har fire på aksial avstand fra hverandre anordnede sett av gripesegmenter 117. Hvert sett omfatter åtte segmenter som befinner seg mellom par av stasjonære radialt forløpende plater 115. De faste plater 115 holdes kraftig sammen av pinneskruer 116 som strekker seg gjennom avstandsringer 120 med en tykkelse som er 0,1 mm større enn tykkelsen av gripesegmentene, slik at disse kan gli i radialretningen mellom platene 115. Hver av to betjeningssylindere 123 beveger to sett av gripesegmenter radialt utover ved hjelp av to sett på hver åtte hengsel- eller trykkplater 119. Hver hengselplate ender ved begge ender i tversgående sylindriske lagerstenger som opptas i halvsirkelformede eller hule sylindriske spor tildannet i henholdsvis den indre ende av hvert gripesegment og den ytre åttekantede omkretsflate av hver betjenings-sylinder 123.

Betjeningssylindrene 123 har glidende og tettende pasning på sine respektive stempler 124. Den ytre ende av sylinderen er lukket av et sylinderdeksel 125 som er utført i ett med sylinderveggen og står i tettende glideberøring med den sentralt anordnede hule stempelstang 127. Den indre ende av hver sylinder er lukket av sylinderdeksler 126 som er adskilt fra syUnderhuset, men er tettende forbundet med dette ved klemmer eller bolter.

Den hule stempelstang 127 er delt av en midtre diametral skilleplate 128 som avgrenser to fordelings- eller samlekamre. Hvert fordelingskammer 129, 130 er ved hjelp av en kort rørledning 131, 132 og via en elektrisk betjent styreventil 133, 134 forbundet med hvert sitt uavhengige halvtoroidiske trykkluftkammer 135, 136.

Ved hver ende av den hule stempelstang 127 er en av de foran nevnte stempler 124 fastsveiset.

Boringer 139, 140 gjennom sylinderflaten av stempelstangen forbinder fordelingskamrene 129, 130 med stempelåpninger 137 og 138 på hver sin side av stemplene.

Med utgangspunkt i den stilling hvor gripesegmentene 117 er inntrukket,kan luft føres inn i sylindrene mellom stemplene 124 og sylindrenes ytre ender ved åpning av ventilen 134 som forbinder luftkammeret 136 med stempelåpningene 138 via røret 132, fordelings-kammeret 130 og boringene 140. Den plutselige innføring av trykkluft får sylindrene til å bevege seg bort fra hinannen. Via hengselplatene utøver sylindrene en kraft på segmentene 123, som derved drives radialt utover med en kraft som øker etterhvert som platene nærmer seg radial stilling,som følge avøkende mekanisk oversetning. Bevegelse av sylindrene stanses ved anlegg av sylinderdekslene 125 mot endeplaten 115 via støtabsorberende materiale som tillater hengselplatene 119 å bevege seg såvidt forbi dødpunktet. Trykk-luften blir deretter automatisk avstengt og kan endog lekke ut av betjeningssylinderene 125. Likevel forblir pluggen kraftig fastlåst i rørledningen,som den avtetter fullstendig mot inntrengning av sjøvann som følge av den klemkraft som utøves på de fire paknings-strenger 114. For frigjøring av blokken 111 må ventilen 133 betjenes, noe som fører trykkluft inn på "frigjøringssiden" av sylindrene mellom stemplene og de indre deksler 126 gjennom stempelåpningene 137, hvorved sylindrene presses mot hinannen, dvs. tilbake til den stilling som er vist i den øvre del av snittet på fig. 5.

Det hule stempel 127 tjener også som en festestang som ved begge ender er fastboltet til de to endeplater 115,og bærer en kraftig øyebolt 141 ved den ene ende. Under drift vil en vaier fra en rørleggingslekter bli festet til øyebolten. Vaieren inneholder i sin kjerne styrekabler for ventilene 133 og 134, slik at pluggen kan manøvreres mellom gripestilling og frigjøringsstilling fra selve rørleggingslekteren. De elektriske forbindelser til styre-ventilene 133 og 134 er ikke vist.

Det vil sees på tegningen at pluggen ved begge ender bæres av fire fjærbelastede hjul 142 som holder pluggen tilnærmet midt i røret 150. Avstandstransdusere 145 står i berøring med tappen 143 for de gaffelbøyler 154 som bærer hjulene 142. Disse transdusere er innbyrdes forbundet til en wheatstone-bro (ikke vist) på en slik måte at buklingsspenninger, som gir seg utslag i urundhet av ledningen,kontinuerlig kan overvåkes fra rørleggingslekteren. Ved en på forhånd fastlagt verdi for buklingsspenningen kan der utløses et nødforløp som automatisk vil aktivere pluggen og starte en ikke vist lydgenerator som er innbygd i pluggen, og som vil frigjøre rørledningen fra rørleggingslekteren ved særlig høy fare for ledningsbrudd,slik at ledningen vil synke ned på sjøbunnen.

Når nødssituasjonen er over, kan ledningen hales inn igjen på rør-leggingslekteren, hvoretter den automatiske plugg kan løsnes og lydgeneratoren stanses når rørleggingsoperasjonen igjen skal begynne.

Claims (7)

1. Rørledningsblokk eller -plugg, karakterisert ved at den omfatter et hovedsakelig sylindrisk legeme, gripeorganer som er anordnet på omkretsen av sylinderlegemet og kan beveges radialt mellom en gripestilling hvor de kan bite seg fast i innerveggen av en rørledning med på forhånd fastlagt innvendig diameter, og en inntrukket stilling hvor de ligger klar av innerveggen, hydrauliske eller pneumatiske betjeningsorganer og en leddmekanisme mellom betjeningsorganene og gripeorganene, idet leddmekanismen er slik utført at den er i likevekt når gripeorganene er i gripestilling,selv om trykket i betjeningsorganene avlastes.

2. Rørledningsblokk eller -plugg som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter et element som beveges i aksialretningen av betjeningsorganene, at leddmekanismen omfatter ledd som kan svinge ved en ende i forhold til gripeorganene og ved den annen ende i forhold til det nevnte element, og at mekanismen beveges til eller forbi en dødpunktstilling hvor svingeaksene for hvert ledd ligger i et felles radialplan når gripeorganene beveges til dødpunktstilling.

3. Rørledningsblokk eller -plugg som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter pakningsorganer rundt omkretsen av legemet for å danne tetning mot innerveggen av en ledning med den nevnte på forhånd fastlagte innvendige diameter.

4. Rørledningsblokk eller -plugg som angitt i krav 2, karakterisert ved at den omfatter organer til å holde det nevnte element i stilling når gripeorganene står i død-punkts tillingen.

5. Rørledningsblokk eller -plugg som angitt i krav 2, karakterisert ved at den omfatter andre hydrauliske eller pneumatiske betjeningsorganer til å bevege leddmekanismen fra likevektstilling til en stilling hvor gripeorganene er inntrukket.

6. Rørledningsblokk eller -plugg som angitt i krav 5, karakterisert ved at de andre betjeningsorganer er koblet til det nevnte element og kan betjenes for å bevege dette i motsatt retning av bevegelsesretningen for de første betjeningsorganer.

7. Rørledningsblokk eller -plugg som angitt i krav 1, karakterisert ved at den har en gjennomgående passasje, en kontralufteventil i passasjen og en sprengningsplate som er forbundet med ventilhodet og også ligger i passasjen.