用於更換流體旋轉頭的外圓環形環的方法以及流體旋轉頭的製作方法

2023-11-04 05:46:32

專利名稱：用於更換流體旋轉頭的外圓環形環的方法以及流體旋轉頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於更換流體旋轉頭(fluid swivel)的外圓環形環(outerannularring)的方法，其中流體旋轉頭適合於允許穿過旋轉接口在連接於海床的流體線的端部和在氣體和油生產的船舶上的產品管路之間的流體傳輸。本發明更具體地涉及用於更換外圓環形環或高壓力旋轉頭的方法。流體旋轉頭在一結構中使用，該結構允許用於氣體和油生產的船舶被連接於地球靜止導管(geo-stationary duct)，該地球靜止導管用於把烴類從海床朝向船舶輸送，或用於把以液體或氣體形式的流體，例如水注射到用於加壓目的的井中或將例如CO2注射在廢井或儲氣庫中。該結構允許船舶相對於該地球靜止導管隨風擺動(weathervane),同時保持在地球靜止導管的端部和在船上的產品管路之間的流體潮汐連接。
背景技術：
從WO 98/31963,已知具有用於接收烴類的環形室(toroidal chamber)的旋轉頭。環形室被靜止的內壁和旋轉的外壁包圍。靜止的內壁設置有用於把烴類從連接於海床的流體線朝向環形室供應的第一引導器。旋轉的外壁設置有另外的引導器，以允許烴類朝向在船舶上的產品管路前進。為了界定兩個壁之間的環形室，內壁和外壁被定位為使其毗鄰圓柱形表面緊靠，由此相對小的上圓環形間隙和下圓環形間隙在環形室的任一側上的壁的毗鄰圓柱形表面之間形成。在本領域中，該間隙也被稱為『密封擠出間隙』。為了避免任何洩漏，這些間隙藉助於密封元件來密封。這些密封元件通常包括具有U形或V形的形式的彈性地可變形的密封環。操縱具有有限的氣體含量的液體或原油的旋轉頭的密封還可以使用在環形室的任一側的雙重密封裝置來實現。第一或主要密封部被定位為最接近於環形室並且承載全壓力。第二或次要密封部被定位在離第一或主要密封部一距離處並且作用為在第一或主要密封部就要破裂時提供備用。在已知的旋轉頭中，間隙被設計為具有最小開口。然而，最小的間隙寬度必須被保持，使得旋轉頭的內壁和外壁的可能偏轉將不會引起兩個元件接觸彼此並且從而防止兩個旋轉頭元件的相對旋轉。通常，根據以上的類型的旋轉頭將是被定位在轉塔(turret)中的旋轉頭堆棧(swivel stack)的部分。海底烴類結構,例如油或氣井,通過從海的底部延伸至船舶的一個或多個升降器而連接於漂浮產品、儲存和卸載船舶(FPSO)。藉助於旋轉頭，升降器每個連接於轉塔上的管路結構，生產船舶可以在轉塔周圍隨風擺動，以根據流向和主風調整其位置。每個產品升降器的地球靜止部分連接於旋轉頭堆棧中的相應的旋轉頭的靜止內環。用於把烴類分布於船舶的隨風擺動部分的生產管路連接於每個旋轉頭的外圓環形環，該外圓環形環可以與隨風擺動的船舶一起圍繞旋轉頭的固定定位內環旋轉。為了使內壁和外壁的由於壓力效應引起的可能變形減到最少，已知的旋轉頭壁由具有高至240mm的壁厚度的鑄鋼製造，以用於具有2m的直徑的旋轉頭。變形因此被內壁和外壁的重力質量而防止。這些措施的效果是具有2m直徑的旋轉頭可以重20噸或更多。當設計旋轉頭時，不僅內壁和外壁的變形應當被最小化，而且設計還應當確保應力保留在由壓力容器規範規定的限制內。在使用中，旋轉頭以及具體地旋轉頭的外部分被暴露於重負荷和重要的溫度變化。被供應至旋轉頭的烴類經常具有在20至120°C的數量級的溫度。在流體傳輸期間，外壁將被外部環境空氣冷卻，尤其是當旋轉頭暴露於外部天氣環境時以及當風直接地吹在旋轉頭的外部時。與外壁形成對比，內壁將保持相對地熱。內壁和外壁之間的溫度差異還可以在經由旋轉頭傳輸的流體非常冷時是重要的； 這是用於允許液化氣體，例如LPG、LNG、CO2和任何其他的冷或低溫流體的傳輸的旋轉頭的情況。通常，旋轉頭被暴露於高壓力。為了本發明的目的，詞語高壓力意在包括50巴和更高的壓力。旋轉頭的環形室中的壓力可以容易地超過200巴的壓力。因為在其下使用旋轉頭的極端條件，可能的是，在旋轉頭的壽命期間，外圓環形環存在缺陷並且必須被更換。因為每個旋轉頭是被定位在轉塔中的旋轉頭堆棧的部分的事實，旋轉頭中的外圓環形環的移除和更換是極端地複雜的。因為毗鄰旋轉頭的存在，幾乎沒有把旋轉頭的外圓環形環向上或向下運動的空間。為了更換旋轉頭的外圓環形環，旋轉頭必須被從旋轉頭堆棧完全地移除。一旦外圓環形環已經被更換，旋轉頭就可以被定位在旋轉頭堆棧中並且被用於其正常功能。根據現有技術，旋轉頭堆棧中的外圓環形環的更換通過使用鄰近於轉塔的駁船(barge)進行，該駁船設置有提升工具，以移除旋轉頭堆棧的不同的部分，以創造用來更換已經達到其壽命終點的外圓環形環的足夠可接近性。可選擇地，船舶應當被從生產線完全地割斷並且應當被航行至工場，例如在岸上，以便在岸上進行旋轉頭零件的更換。在實踐中，旋轉頭堆棧的移除和旋轉頭的外圓環形環的更換可能耗費幾個月。在離岸技術中，任何系統的停機時間都是極端地昂貴的。因為所使用的密集型設備的成本以及人員的成本，應當將任何停機時間限制到絕對最小值。為了避免上文描述的與旋轉頭零件的更換相關的問題中的至少某些，本發明的目的是提供用於更換旋轉頭的外圓環形環的方法，該方法在時間和成本二者上都是高效的。發明概述本發明涉及用於更換流體旋轉頭的外圓環形環的方法，所述流體旋轉頭適合於允許穿過旋轉接口在連接於海床的流體線的端部和在用於氣體和油生產的船舶上的產品管路之間的流體傳輸，其中所述旋轉頭包括內圓環形環和外圓環形環，所述環被定位為使其毗鄰的圓柱形表面緊靠，以界定在所述內圓環形環和所述外圓環形環的周邊相對面之間的用於接收流體的室，其中所述內圓環形環適合於連接於所述流體線的所述端部，並且其中所述外圓環形環適合於連接於在所述船舶上的所述產品管路，其中所述方法包括以下步驟-移除所述外圓環形環，-藉助於用於共同地形成環的至少兩個圓形節段更換所述外圓環形環，以及-藉助於固定工具把所述至少兩個圓形節段固定於彼此，以形成所述旋轉頭的更換外圓環形環。在本文本中，使用詞語「內圓環形環」。該詞語參考旋轉頭的內零件。其可以指旋轉頭的內核心，因此旋轉頭的內核心據此不是環，而是包括多個流體路徑的圓柱。根據本發明，現有的外圓環形環不能被具有相同的尺寸和維度的新外圓環形環來代替，而是被包括至少第一圓形節段和第二圓形節段的外圓環形環來代替。在本文本中，使用詞語「圓形節段」。該詞語參考基本上是環的部分的元件。本發明的基本思想是通過一旦被固定在一起就形成更換外圓環形環的圓形節段來代替單一的實心外圓環形環。在使用兩個圓形節段的情況下，那些圓形節段將具有半圓形元件的形式。在使用三個圓形節段的情況下，每個圓形節段將例如提供最終的外圓環形環的百分之331/3等。使用多個圓形節段代替一個外圓環形環的效果是，最初的外圓環形環可以被就地移除，並且一旦最初的外圓環形環已經被移除，形成更換圓環形環的節段就可以被放置在合適的 位置中。根據本發明，該至少兩個圓形節段藉助於固定工具，例如一系列螺栓來連接。根據本發明的優選實施方案，固定工具用來把第一節段和第二節段抵著彼此固定。此後，焊接線在內圓環形表面處在該第一圓形節段和該第二圓形節段之間的接觸線處形成。該金屬到金屬接觸部要求具有中空部分的外部元件的特別形狀以向接觸表面給予彈性效應。該永久接觸部被認為是第一密封屏障。根據本發明，具有由焊接線形成的第二密封屏障。一旦該焊接線存在，用於把第一節段和第二節段推動至彼此之上的力就被增加。該措施的效果是生成了其主要功能是生成另外的密封部的焊接線。因為在旋轉頭中使用並且更換外圓環形環將被暴露於其的高壓力，圓形節段不能夠僅僅通過使用焊接線來合適地連接。所述第一圓形節段和所述第二圓形節段將通過使用固定工具，例如螺栓，而固定在一起。因為所述第一圓形節段和所述第二圓形節段的高壓力和尺寸，可能的是，至少在這些節段之間的接觸區域的被暴露於高流體壓力的部分中，將存在小的開口或裂縫。焊接線的存在是重要的，並非為了保持第一節段和第二節段連接，而是為了確保該兩個節段在其接觸區域處被完全地封閉，以避免液體進入在第一節段和第二節段之間的空間中。因此，重要的是，具有連續焊接部。一旦生成焊接部，兩個節段上的張緊就增加，以確保焊接部始終在壓縮下，另外此時環形室內部的壓力增加並且推動圓形節段分開。根據本發明的第二方面，本發明涉及一種流體旋轉頭，其用於允許穿過旋轉接口在連接於海床的流體線的端部和在用於氣體和油生產的船舶上的產品管路之間的流體傳輸，其中所述旋轉頭包括內圓環形環和外圓環形環，所述環被定位為使其毗鄰的圓柱形表面緊靠，以界定在所述內圓環形環和所述外圓環形環的周邊相對面之間的用於接收流體的室，其中所述內圓環形環適合於連接於所述流體線的所述端部，所述流體線朝向所述室延伸穿過所述內環，以允許朝向所述室或從所述室的流體供應，並且其中所述外圓環形環適合於連接於所述產品管路並且設置有導管，以允許流體朝向所述產品管路從所述室流動或流向所述室，所述流體旋轉頭的特徵在於，所述外圓環形環包括固定工具以及至少第一圓形節段和第二圓形節段，其中所述節段共同地形成環，固定工具用於固定所述至少兩個圓形節段以形成所述旋轉頭的所述外圓環形環。
根據本發明的優選實施方案，所述固定工具包括至少第一螺栓，以把第一圓形節段和第二圓形節段在第一接觸表面處固定在一起。根據本發明的優選實施方案，所述第一圓形節段和所述第二圓形節段藉助於定位在所述內環形表面處所述第一圓形節段和所述第二圓形節段之間的焊接線來連接。根據優選實施方案，所述外圓環形環包含超級雙相不鏽鋼。本發明還涉及適合於根據本發明的旋轉頭的外圓環形環。根據本發明的另外方面，本發明涉及轉塔結構，其用於允許用於氣體和油生產的船舶連接於地球靜止流體導管的端部並且用於允許所述船舶上的產品管路通過旋轉接口連接於所述地球靜止導管的所述端部，其中所述轉塔結構包括根據本發明的旋轉頭。根據本發明的另外方面，本發明涉及包括根據本發明的轉塔結構的船舶。 附圖簡述將參照附圖詳細地解釋本發明，在附圖中圖I示出了根據本發明的包括更換外圓環形環的旋轉頭；圖2示出了根據圖I的旋轉頭的橫截面；圖3示出了根據圖I和2的旋轉頭的底部部分的可選擇的實施方案；圖4示出了根據本發明的用於旋轉頭的外圓環形環；以及，圖5示出了用於藉助於焊接部把第一半圓形元件連接於第二半圓形元件的焊接線區域的細節。圖I示出了根據本發明的旋轉頭I的可能實施方案，其中更換外圓環形環包括第一半圓形元件和第二半圓形元件。將理解，更換外圓環形環還可以包括適合於形成外圓環形環的三個或更多的圓形節段。這些其他的實施方案未在附圖中示出。旋轉頭I適合於提供地球靜止導管和在用於烴類的生產、儲存和卸載的船舶上的產品管路之間的旋轉流體連接。旋轉頭的功能類似於現有的旋轉頭並且將參照圖2簡要地論述。根據圖I的旋轉頭包括外圓環形環以界定在旋轉頭的內部中的流體室，該外圓環形環包括第一半圓柱形元件10和第二半圓柱形元件20。該兩個元件10和20是不相同的，但是在其設計和功能上是實質上相同的。半圓形元件10和20在其內部設置有用於界定在旋轉頭I內部的流體室的壁(見圖2)，以能夠抵抗該流體室內的高壓力，元件10和20是相對重的並且具有剛性結構。為了避免過多的重量，元件10和20具有內部箱狀結構，以增加重量而不損失元件10和20的剛性(見圖2)。兩個半圓形元件10和20具有其使用來接觸另一個半圓形元件的兩個端面，接觸區域使用線30和31示意性地指示。為了能夠抵抗流體室內的高壓力，重要的是，兩個半圓形元件10和20在接觸區域30和31處被使用足夠的壓力按壓在一起。根據本發明，兩個元件10和20藉助於雙端螺栓被螺栓連接在一起。根據

圖1，示出了四個雙端螺栓41、42、43和44。藉助於雙端螺栓41-44，可以在接觸區域30-31處確定兩個元件10和20之間的確切的張緊。在圖2中，示出了根據依據圖I的旋轉頭I的元件20的線A-A的橫截面。元件10的橫截面應該是相似的。圖2示出了被界定在半圓形元件20的內圓環形環3和內部壁21的周邊相對面之間的內部上的環形室2。內圓環形環3是旋轉頭I的適合於連接到地球靜止導管的部分。因為滾柱軸承4的存在，包括元件10和20的外圓環形環可以相對於內圓環形環3旋轉。旋轉頭I還包括頂部內環5、頂部外環6、底部外環7以及兩個底部環8和9，其中與滾柱軸承4結合的環3、4、5、6、7、8和9使用螺栓51、52、53和54全部螺栓連接在一起。如圖2中所示的其他元件是旋轉頭的標準元件，其將不在下文詳細地描述。如圖2中所示的，半圓形元件20具有盒狀結構並且半圓形元件20的內部體積的該部分是空的，以節省重量。關於半圓形元件20的尺寸和所使用的材料，半圓形元件10和20具有變得相對重的趨勢。在圖2中，示出了，使用如圖2中所示的旋轉頭的結構，可能的是，釋放例如螺栓53和54，以移除環7、8和9的至少部分，以產生用於把半圓形元件20在豎直方向上運動的空間。這種在豎直的方向的運動是允許半圓形元件10和20被焊接在一起所必需的，如將參照圖4和5所描述的。在圖3中，示出了根據圖2的旋轉頭I的可選擇的實施方案，其中底部環7和9的形狀被修改。在圖4中，僅示出了具有分別的螺栓41、42、43和44的兩個半圓形元件10和·20。圖4示出了接觸區域30和31的意指其中半圓形元件10和20彼此接觸的接觸表面的全長度。在實踐中，半圓形元件10和20 —旦使用螺栓41-44連接於彼此就將具有在內周邊表面上的接觸區域，該接觸區域在當兩個半圓形元件10、20被按壓在一起時沒有一個微小開口將在二者之間存在的意義上是完美，生產這樣的半圓形元件10和20將是非常困難的。為了確保兩個半圓形元件10和20正確地連接於彼此，根據本發明，半圓形元件10和20將在第一實例中通過使用螺栓41-44連接在一起。在該第一實例中，螺栓將僅被張緊，以保持半圓形元件10和20被相對於彼此正確地定位。這意味著，例如，螺栓41-44被以例如其最大預張緊的5-30%的水平來預張緊。一旦兩個半圓形元件10、20通過該有限的預張緊連接在一起，其就偏心於內圓環形環的軸線運動，以生成焊接所需要的空間。然後可能的是，在圖5中示出的接觸線33上產生連續焊接線。焊接線33的方向垂直於也在圖5中可見的接觸線30的方向。相似地，將產生將垂直於接觸表面31的第二連續焊接線。一旦該兩條焊接線被產生，現在連接的半圓形元件10和20的內部表面將被機加工，以獲得現在組合的半圓形元件10、20作為用於根據圖I的旋轉頭I的外圓環形環的合適操作所需要的表麵條件。
實施例根據實施例，半圓形元件10、20由超級雙相不鏽鋼，例如超級雙相不鏽鋼Zeron100生產。為了把兩個元件固定在一起，使用碳鋼雙端螺栓41、42、43和44，例如B24類雙端螺栓。當把第一半圓形元件和第二半圓形元件定位在合適的位置中以形成新的用於旋轉頭I的外圓環形環時，在第一實例中，雙端螺栓41-44用來把半圓形元件10、20固定在一起，使雙端螺栓被預張緊至其最終預張緊水平的5-30%。優選地，該預張緊被設置為其最終預張緊水平的25%。一旦第一半圓形元件和第二半圓形元件已經如上所述地固定在一起，在第一半圓形元件和第二半圓形元件的內部相之間的焊接連接就被添加。然後，雙端螺栓41-44上的預張緊被增加至其最終預張緊水平。通過增加螺栓上的張緊，焊接部將被置於壓縮之下。現在組合的半圓形元件10、20已準備好作為旋轉頭的新外圓 環形環來操作。
權利要求
1.一種用於更換流體旋轉頭的外圓環形環的方法，所述流體旋轉頭適合於允許穿過旋轉接口在連接於海床的流體線的端部和在用於氣體和油生產的船舶上的產品管路之間的流體傳輸，其中所述旋轉頭包括內圓環形環和外圓環形環，所述環被定位為使其毗鄰的圓柱形表面緊靠，以界定在所述內圓環形環和所述外圓環形環的周邊相對面之間的用於接收流體的室，其中所述內圓環形環適合於連接到所述流體線的所述端部，並且其中所述外圓環形環適合於連接到在所述船舶上的所述產品管路，其中所述方法包括以下步驟 -移除所述外圓環形環， -藉助於用於共同地形成環的至少兩個圓形節段來更換所述外圓環形環，以及 -藉助於固定工具把所述至少兩個圓形節段固定於彼此，以形成所述旋轉頭的更換外圓環形環。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述方法包括以下步驟 -藉助於至少第一螺栓把第一圓形節段固定於第二圓形節段。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中所述方法包括以下步驟 -藉助於焊接線連接和封閉在所述內圓環形表面處在第一圓形節段和第二圓形節段之間的接觸線。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述方法包括以下步驟 -在藉助於焊接線連接在所述內圓環形表面處在所述第一圓形節段和所述第二圓形節段之間的所述接觸線之後，藉助於所述固定工具增加在所述第一圓形節段和所述第二圓形節段之間的接觸表面處的接觸力。
5.一種流體旋轉頭，用於允許穿過旋轉接口在連接於海床的流體線的端部和在用於氣體和油生產的船舶上的產品管路之間的流體傳輸，其中所述旋轉頭包括內圓環形環和外圓環形環，所述環被定位為使其毗鄰的圓柱形表面緊靠，以界定在所述內圓環形環和所述外圓環形環的周邊相對面之間的用於接收流體的室，其中所述內圓環形環適合於連接到所述流體線的所述端部，所述流體線朝向所述室延伸穿過所述內環，以允許朝向所述室或從所述室的流體供應，並且其中所述外圓環形環適合於連接到所述產品管路，並且設置有導管以允許流體朝向所述產品管路從所述室流動或流向所述室，其特徵在於，所述外圓環形環包括固定工具以及至少第一圓形節段和第二圓形節段，其中所述節段共同地形成環，所述固定工具用於固定所述至少兩個圓形節段以形成所述旋轉頭的所述外圓環形環。
6.根據權利要求5所述的旋轉頭，其中具有在所述第一圓形節段和所述第二圓形節段之間的兩個不同的密封屏障，所述兩個不同的密封屏障由在所述內圓環形表面處在所述第一圓形節段和所述第二圓形節段之間的永久的金屬到金屬接觸部和連續焊接部組成。
7.根據權利要求5所述的旋轉頭，其中所述固定工具包括至少第一螺栓，以把第一圓形節段和第二圓形節段在第一接觸表面處固定在一起。
8.根據權利要求5或7所述的旋轉頭，其中所述第一圓形節段和所述第二圓形節段藉助於定位在所述內圓環形表面處所述第一圓形節段和所述第二圓形節段之間的焊接線來連接。
9.根據權利要求5-8所述的旋轉頭，其中所述外圓環形環包括第一半圓形元件和第二半圓形元件。
10.根據權利要求5-9中任一項所述的旋轉頭，其中所述外圓環形環包含超級雙相不鏽鋼。
11.一種外圓環形環，用於根據權利要求5至9中任一項所述的旋轉頭，所述外圓環形環包括至少第一圓形節段、第二圓形節段和用於把所述圓形節段固定在一起的固定工具，所述節段適合於形成環。
12.—種轉塔結構，用於允許用於氣體和油生產的船舶連接於地球靜止流體導管的端部，並且用於允許所述船舶上的產品管路通過旋轉接口連接於所述地球靜止導管的所述端部，其中所述轉塔結構包括根據權利要求5-10中任一項所述的旋轉頭。
13.一種船舶，包括根據權利要求12所述的轉塔結構。
全文摘要
一種用於更換流體旋轉頭(1)的外圓環形環的方法，該流體旋轉頭適合於允許穿過旋轉接口在連接於海床的流體線的端部和在用於氣體和油生產的船舶上的產品管路之間的流體傳輸，其中旋轉頭(1)包括內圓環形環(3)和外圓環形環，環被定位為使其毗鄰的圓柱形表面緊靠，以界定在內圓環形環和外圓環形環的周邊相對面之間的用於接收流體的室(2)，其中內圓環形環(3)適合於連接到流體線的端部，並且其中外圓環形環適合於連接到船舶上的產品管路，其中該方法包括以下步驟移除外圓環形環，藉助於第一半圓形元件(10)和第二半圓形元件(20)更換外圓環形環以及藉助於固定工具把第一半圓形元件(10)固定於第二半圓形元件(20)，以形成旋轉頭的更換外圓環形環。
文檔編號B63B21/50GK102958796SQ201180031941
公開日2013年3月6日 申請日期2011年5月24日 優先權日2010年7月7日
發明者西裡爾·埃夫拉爾, 克裡斯蒂安·蘭德裡亞納裡凡尼 申請人:單浮筒系泊公司