专利名称：冷却水系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种系统，它用于供应冷却水至生产碳氢化合物用的漂浮容器甲板上的加工线，在这里漂浮容器被底锚定转动单元的器件锚定，而底锚定单元安装在容器的壳体内的接收空间内，以及允许容器围绕转动单元转动，以及在这里转动单元支承旋转单元，用于传送来自在海床和转动单元之间延伸的提升管的碳氢化合物，此系统根据由容器至抽取冷却海水的深度具有导管器件，以及泵器件，用于泵送海水由导管至加工地点。
海面提取和生产碳氢化合物在许多情况下是在所谓的FPSO容器的甲板上进行的，这就是说，这种容器设计建造用于生产、储存和卸载碳氢化合物(FPSO＝漂浮生产、储存和卸载)。这种容器典型地被一组锚定管线锚定，而锚定管线固定至海床上的锚桩和至安装在容器的壳体内的接收空间内的转动单元，以及允许容器在风力，波浪和水流的作用下围绕转动单元自由地转动。转动单元可以是两个部件组成的水下浮筒，它具有底锚定中心元件和转动安装在中心元件上的外浮力元件，以及可释放地固定在容器外壳内的接收空间内。作为可代替的方案，转动单元可以由一个底锚定转动体(转塔)组成，它用适当的轴承件转动地安装在接收空间内，或者由容器的甲板或头部转动地悬挂。
当转动单元允许容器围绕锚定点自由地转动时，它的中心浮筒元件或转动体相对于海床是静止的，支承旋转单元，用于在相关的提升管和容器上的管道系统之间传送各种加工流体。提升管可在容器和海床之间传送油，气体和水，以及这里还设置所谓的临时供给管路用于化学试剂，电和纤维光学信号以及电和液压源。
上述类型的容器甲板上的加工工厂要求供应大量的冷却水，典型的FPSO容器用于石油生产，可能使用约5000m3/h，以及一个液化天然气工厂典型地需要约30000m3/h。大多数MPSO容器现在使用冷却水引入结构，它借助泵器件通过自由悬挂的柔性软管或导管向下伸至最大40m深度抽取海水至海水引入口，如上所述，容器被一组锚定管线固定至转动单元。这就意味海水引入管的长度受限制，以避免与锚定管线干扰碰撞。来自海水引入管的海水进一步泵送到容器上的冷却器件。由于冷却海水引入管的限制的长度，引入海水的温度几乎与海面温度相同。
具有冷却系统的加工效率随着冷却水温度的升高而增加。其结果是低的能量消耗和更高效率，以及因此较廉价的设备。众所周知，海水的温度随着水深而降低，因此通常有利的是海水的引进应尽可能深。
本发明的目的是提供一种供给冷却水的系统用于现在的目的，其特点是此系统可以提供非常价廉的和工作安全的结构，用于冷却水供应，以及同时还可以供给最低可能温度的海水至容器的冷却系统。
达到上述目的的途径是提供一种按照本发明前言所述的系统，其特征在于转动单元设计为海水旋转件，此单元设置一个或多个通道，用于接收具有导管器件的相应的海水提升管的上端部分，以及设置器件，用以传送海水由提升管的上端部分至环形管，环形管位于转动单元的可相互移动的部件之间或者转动单元和容器壳体之间的边界面上，以及连接至设置在容器壳体上的一个或多个通道，以及传送至上述使用海水的地方，海水密封器件设置在环形管的每个侧面。
在按照本发明的系统中，冷却水管子位于锚定系统内以及相对于海床的地球位置静止，以及当容器在风力和气候影响下转动时，它们不会干扰锚定系统和生产提升管。它们的冷却水管子可以一直向下延伸至海床，而不会干扰锚定系统。冷却水不会流动通过加工旋转件，但可流动直接通过转动单元以及借助简单的动态和静止的密封件进入容器。
此系统特别有价值的地方是那里的空气和海面温度高。较低的冷却水温度意味着一系列的经济和环境优点。有关经济优点，这里可以列举·稳定的年生产量·恒定的冷却水温度有利于最佳的加工过程·相对于功率消耗提高的生产率·由于较小的缠绕和冷海水腐蚀倾向较低的维护费用
·对于蒸汽涡轮较低的冷凝温度提高了它的输出·对于生产厂的摩擦和冷却部件使用较低的设计压力·由于较小的缠绕和较低的ΔT而减少的传送表面面积·较紧凑的加工厂设计，它更好地适用于FPSO容器·对于加工厂较低的费用有关环境优点，这里可以列举·相对于生产量较少的CO2排放·不需要氯化·实际上无热污染本发明在下面结合一系列实施例予以说明，并参见附图，其中
图1示出容器的侧视图，它锚定在海床上和带有按照本发明的冷却水供给系统；图2示出按照本发明第一实施例的剖面图；图3示出容器壳体的一个部分的由上面观察的剖面图，其元件形成按照本发明的系统的部件；图4示出图3的布局的侧视图；图5示出具有抽气延伸井的翼箱侧视剖面图；图6示出按照本发明系统的第二实施例的剖面图；图7示出按照本发明系统的第三实施例的剖面图；图8示出按照本发明系统的第四实施例的局部侧视剖面图；图9示出实质上对应于图2实施例的一个实施例的侧视图；图10示出图9内细节A的放大图；图11示出沿图10的直线XI-XI的剖面图；图12示出对应于图11的剖面图，但它是另一个代替的实施例的；图13示出按照本发明系统的第五实施例的剖面图；图14示出沿图13的直线XIV-XIV的剖面图；图15示出对应于图14的剖面图，但它是另一个代替的实施例的。
在这些图中，不同图内的对应的部件和元件具有相同的图号。
在图1中示出FPSO容器1，它漂浮在水面2上，以及借助一组锚定管线4锚定至海床3上。锚定管线4的下端连接至相应的锚桩5，以及其上端连接至安装在水下接收空间7内的转动单元6上，接收空间7位于容器的底面。如上所述，锚定管线连接至中心浮力元件或转动体(转塔)，以便使容器围绕锚定点自由地转动。再如以上所述，对地静止的转动体或浮力支承一个旋转单元(图中未示出)，用于在内部区传送来自在海床3和转动单元6之间延伸的一个或多个生产提升管8的碳氢化合物。
容器1的系统用于供给冷却水至容器上的生产过程，它具有一个或多个海水提升管9，它们如图所示在转动单元6和海床3之间延伸，以及它们的下端连接至海床上的锚定器件，例如，海水提升泵10。在说明的实施例中，生产提升管8和海水提升管9两者都示出，它们具有上柔性部分，此部分的下端连接至浮力单元11，用以支承提升管，以及下部分在浮力单元11和海床3之间延伸。还示出设置在浮力单元11上的海水提升泵12。浮力单元11借助其下端连接至相应的锚桩14的停泊管线13停泊在海床上。
海水提升管9通常可以具有一条大的和数条较小的提升管，向下延伸至海床或至选择的深度，在这里海水的温度足够低。如图1所示，在浮力单元11和海床3之间的海水提升管9可以具有与生产提升管8相同的路径，或者它们可以由浮力单元基本上垂直地延伸至海床。在两种情况下，它们将借助锚定器件保持在海床的位置上。
图2中示出按照本发明的系统的第一实施例，图中示出容器1的横剖面，在容器的底面设置接收空间7，用以接收转动单元，在说明的情况中，它由两部件水平浮筒20组成，具有底锚定中心元件21和外浮力元件22，它可转动地安装在中心元件21上。中心元件借助适当数量的锚定管线23锚定。中心元件支承旋转单元24，它按通常的形式可以具有加工旋转件25，液压用途旋转件26以及供电和控制信号旋转件27。此外，中心元件支承一系列加工或生产提升管28，它们在加工旋转件25和海床(图中未示出)之间延伸。
按照本发明，转动单元或浮筒20设计为海水旋转件，这就是说用于传送海水。为此目的，浮筒的中心元件21设置一系列通道29，用以接收上端部分或相应的海水提升管30，以及设置器件用于传送海水由提升管至环形管31，环形管设置在浮筒的中心元件21及其外浮力元件22之间的界面上。在浮筒的外元件内设置一系列径向通道32与附加的环形管33贯通，附加的环形管33设置在外元件22和容器壳体34之间的界面上。
由图可见，海水提升管30的上端被盖子35封闭，以及它们设置一组孔36形状的海水出口与浮筒的内外元件21和22之间的环形管31贯通。在出口孔36的外面，提升管30可以适当地被相应的环形管围绕，这些环形管通过在内浮力元件21内的一系列径向通道与浮力元件之间的环形管31贯通。
在环形管31和33的每个侧面设置相应的密封器件，更具体地说，分别为内密封器件37和38，用以防止海水泄漏入浮筒20上面的空间，以及分别为外密封器件39和40，用以防止较温暖的表面海水泄漏入来自提升管30的冷水用通道。应该理解，这里的问题是相互可移动浮力元件之间的动密封器件37、39，以及外浮力元件和容器壳体之间的静密封器件38，40。
在容器壳体内设置一系列通道41，在环形管31和容器的水入口之间延伸。在说明的实施例中，水入口是由设置在容器相应侧面的一对翼箱42组成。通道41经过相应的活门43引入翼箱42内，以及配备泵器件44与附属导管45连接，用于供给翼箱内的水至容器上面生产过程相关的使用地方。
在外浮力元件22和容器壳体34之间的环形管33有可能可以被取消，其前提是浮筒20配备适当的引导器件，保证浮筒进入和固定在接收空间内，并且通道32对准容器壳体内相应的通道41。
如前言所述，FPSO容器上面的加工厂需要大量的冷却水，典型地为5000至30000m3/h。通过一个旋转件的如此大水量的吸取要求的流动面积相当于具有直径约500mm至约2000mm。用于传送良好流动的旋转件通常具有的流动面积相当于具有内径由10mm至400mm的管子。用于传送良好流动的旋转件应完全地密封具有压力至300-400bar的良好流动，因为加工流体的任何泄漏可能是危险的。这种旋转件的设计以及附带的密封系统要求特殊的材料，严格的公差和昂贵的密封系统。在旋转件传送海水中可能的小泄漏是不成问题的，海水用的旋转件可以设计为低压的(典型地1-5bar)，并且使用简单的部件，廉价的材料以及简化的密封方案。
中心浮筒或转塔将经受来自锚定系统的高载荷。转塔因此在海水通道内具有限制的接收压力的能力。然而，在翼箱的海水入口处安装泵，如图1所示，可以降低转塔内部的压力。转塔因此不会作为海水旋转件在其使用中过度地承受应力。即使如果在某些情况下泵不得不降低至海水提升管内，如下面所述，海水的压力可以保持很低。在转塔上的外应力也可以保持较低。
图3和图4分别示出图2所示元件的一部分的顶视图和侧视图。由图3可见，通道41由6条管子组成，其中3条管子通过相应的活门43进入每个翼箱42。在每个翼箱中设置4台海水提升泵44。在泵和容器的甲板之间延伸的导管45的顶上设置单元46用于供电至相关的泵。
在每个翼箱42内设置应急水入口器件，更具体地说，3个应急入口47，通过附属活门48与周围的海水贯通。所示活门43和48分别连接活门手柄49和50，它们位于容器1的甲板上，用于以人工或遥控方式操作活门。如果水通道或入口活门43损坏，使冷却水流动被限制，可使用应急入口。在打开应急入口情况下流动进入翼箱的海水取自海面附近，以及因此具有较高的温度。然而，此过程随后仍能用冷却水供给，即使它具有较高的入口温度。
当翼箱内的入口活门43打开时，将出现由海水提升管的下端至翼箱的海水的自由通道。当泵44开始工作时，翼箱内的水平面开始下降，如图2所示。在海水入口或翼箱的内部和外部之间的静高度差推动海水通过提升管30上升，通过中心浮力元件(转塔)和通过通道进入翼箱。翼箱内的水平面将下降，直至管子和通道内的分压损失与海水的静高度差产生的压力之间平衡为止。为了保证水平面差不要太高，海水提长管的内径是如此大，使产生的可接受的分压损失预计为5-10m水柱。
如果在海水入口或翼箱内的水平面太低，泵44可能出现气穴和损坏。为了保证在叶轮的入口处泵具有充够的压力，可以在翼箱的底部制出一个孔，以及泵可以放置在抽气延伸井内，井以罩子的形状安装在箱的底部下面。此实施例示于图5，在这里罩子55安装在翼箱42底部的开口处，以及接收泵头部44。如果希望，罩子和泵头部可以安装在甲板外，以及作为单元伸出。在罩子和容器壳体34之间设置密封件(图中未示出)，以防止“温暖”的海面水泄漏入翼箱。
按照本发明系统的第二实施例示于图6。本实施例在很大程度上相当于图2的实施例，但海水泵不是安装在容器的海水入口处，而是泵56设置在每个海水提升管30内低于浮筒20的位置。泵的供电通过旋转单元24和在提升管30顶部的连接头57。在本实施例中，代替图2所示容器壳体内的通道41，在这里设置一组通道58，连接至相应的导管59，向上延伸至浮筒上面的空间60以及供给冷却海水至容器上面与生产过程相关的使用地方。
按照本发明系统的第三实施例示于图7。
本实施例也在很大程度上相当于图2的实施例，但海水泵不是设置在容器的海水入口处，而是相应的泵61安装在浮筒20上面的空间60内。泵被设置在泵室63内的附属电机(M)62驱动，在此室内也可以设置泵。泵61连接至通道或导管64，与外浮力元件内的通道32贯通，也可能通过如图2的环形管(图中未示出)。
图8示出按照本发明系统第四实施例的局部剖面图。在此情况下，转动单元是由底锚定转动体(转塔)70组成，它安装在接收空间71内，设置在容器1内高于海水面72的水平，更具体地说，在由容器1的头部向前延伸的壳体部件73内。转动体相对于接收空间可转动地安装，从而容器可以围绕转动体自由地转动。用于转动体底锚定的锚定管线在图8中取消。
转动体配备一系列垂直通道，用于接收提升管30的上端部分，这些部分与图2实施例的方式相同，设置一组海水出口孔74。出口孔与径向通道75贯通，连接至转动体和壳体部件73之间的环形管76。在环形管76和容器上面相关的使用地方之间设置管子接头77。动态密封件78和79设置在环形管76的每个侧面。
在本实施例中，转动体设置在高于海水面，在没有人工提升条件下海水不会流入系统。因此，海水泵必须安装在海水提升管30内。所示的泵80安装在每条提升管30内，在海水面下足够的深度H处，以产生足够的静压力，以保证泵具有适当的抽气条件。典型的距离是海水面下10-40m。由于转塔和泵80相对于海床是静止的，泵的供电必须通过旋转单元24和相应的连接盒81。除泵80外，还示出设置在管子接头77处的增压泵82。
图9示出一个实施例的剖面图，它全部实质上相当于图2的实施例，但在这里，图中示出某些补充的细节和结构改变，特别是浮筒20。为了说明本实施例，参见图2。此外，图中还示出锁定机构85，用于在容器的接收空间内可释放地连接浮筒20。
图10示出图9内切割部分A的放大图，示出与环形管31和33以及密封器件37-40有关的结构细节。
图11示出沿图9的直线X1-X1的水平剖面图，以及示出生产提升管28和海水提升管30在中心浮力元件21内可能的布局。如图所示，这里排列7条生产提升管28和6条海水提升管30，它们围绕相应的同心圆分布。在出口孔36外面的每个海水提升管30被与环形管31贯通的通道86局部围绕。环形管31依次通过3个通道32与环形管33贯通。
图12示出的剖面图相当于图11的，但它是另一个代替的实施例的，相对于提升管出口孔36和通道32之间的连接不同。本实施例没有单独的通道(或环形管)与每条海水提升管30连接，而代替的是环形管31径向延伸至较大的环形管87，以及这样放置，使提升管的出口孔36直接进入环形管内。
图13示出按照本发明系统的第五实施例的剖面图。
按图8相当的方式，这里转动单元是由转动体70组成，它可转动地安装在容器1的接收空间内，但这里的接收空间采用了设置在容器的底部的水下井90的形状。转动体被轴承器件支承，它由轴向轴承91和径向轴承92组成。转动体被一组锚定管线93锚定在海床上，锚定管线93(图中仅示出一条)通过相应的引导管94插入转动体内。
按图8相当的方式，海水提升管30设置一系列出口孔74，通过一系列径向通道75与转动体和容器壳体之间的环形管76贯通。然而，在本实施例中，一系列通道41按相当于图2和9的实施例的方式排列在容器壳体内，这些通道在环形管76和容器的海水入口之间延伸。海水入口可以按相当于图2的方式由翼箱42组成，在这里泵44与管子45连接，放置在翼箱的底部。相应的海水入口或翼箱也可以相对于图13所示设置在容器内的水下井90的相对的侧面。
图14示出沿图13直线X1V-X1V的水平剖面图，以及示出生产提升管28，海水提升管30和锚定管线在转动体70内的固定点的可能的布局。如图所示，6条生产提升管28，6条海水提升管30以及用于锚定管线的12条引导管94围绕相应的同心圆设置。在出口孔74外面的每条海水提升管30被管道或环形管95围绕，通过相关的通道75与环形管76贯通。
图15示出相当于图14的剖面图，但它是另一个代替的实施例的，相对于提升管出口孔74和通道75之间的连接不同。代替围绕提升管30的单独的通道或环形管95，这里设置公共的环形管96，从而使提升管的出口孔74直接进入环形管。
在按照本发明的系统工作时，当海水由海水提升管的入口流动至海面时，在提升管的内部和外部产生一个压力差。此压力差是由分压损失引起的，以及将由入口处的零增加至海水入口/浮筒或转塔位置的翼箱的内部和外部之间静压头差引起的大致的压差。
外部的压力倾向于压陷提升管，以及提升管应设计具有足够的厚度或适当地增强，以避免提升管压陷。
提升管还经受容器移动而引起的移动。其它的力是由于风力，波浪以及水流引起的。由于管子的大直径，以及经受的移动和各种力，制造提升管的费用是昂贵的。因此，较经济的和技术上较可行的方法是在海水下的泵站处安装泵。
根据海水深度以及提升管系统的合理的形状，泵可以安装在海床或高于海床。当泵安装在提升管内或供给海水至处于一定深度的提升管内时，提升管内的内压力应高于泵单元位置上面的外部水压力。由于提升管不再需要加大尺寸以防止外部超压引起的压陷，它可以制成较廉价的“软”管。与硬管比较，软管受容器移动引起的应力较小。
权利要求
1.一种系统，用于供给冷却水至生产碳氢化合物用的漂浮容器甲板上的加工线，其中，容器(1)被底锚定的转动单元(20)的器件锚定，而底锚定的转动单元(20)安装在容器的壳体(34)内的接收空间(7)内，以及允许容器(1)围绕转动单元转动，以及在这里转动单元(20)支承旋转单元(24)，用于传送来自在海床和转动元件(20)之间延伸的提升管(28)的碳氢化合物，此系统包括依赖容器(1)至抽取冷却海水的深度的导管器件(30)，以及泵器件(44)，用于泵送海水由导管至加工地点，其特征在于，转动单元(20)设计为海水旋转件，此单元配备一个或多个通道(29)，用于接收相应的海水提升管(30)的上端部分，它具有导管器件，以及设置器件，用于传送海水由提升管(30)的上端部分至环形管(31)，环形管(31)设置在转动单元(20)的可相互移动部件(21和22)之间或转动单元(20)和容器壳体(34)之间的界面上，以及与设置在容器壳体内的一个或多个通道(41)贯通，以及流向上述的使用地方，而海水密封器件(37，39)设置在环形管(31)的每个侧面。
2.按照权利要求1的系统，其特征在于，所述转动单元是一个两部件的水下浮筒(20)，它具有底锚定中心元件(21)和外浮力元件(22)，它可转动地安装在中心元件上，以及在这里转动单元用的接收空间(7)设置在容器(1)的底部，其特征在于提升管(30)用的通道设置在浮筒的中心元件(21)内，以及由提升管(30)的上端部分传送海水的器件具有上述环形管(31)，设置在浮筒(20)的中心元件(21)和外浮力元件(22)之间，以及一系列径向通道(32)设置在浮力元件内此环形管和附加的环形管(33)之间，而附加的环形管(33)位于转动单元(20)和容器壳体(34)之间的界面上。
3.按照权利要求1的系统，其特征在于，所述转动单元由转塔(70)组成，以及转塔(70)用的接收空间(90)设置在容器(1)的底部，其特征在于由提升管(30)的上端部分传送海水的器件具有一系列径向通道(75)，设置在转塔(70)内，以及与位于转塔(70)和容器壳体之间界面上的上述环形管(76)贯通。
4.按照权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，上述容器壳体内的上述通道(41)进入由容器(1)每一侧面上的翼箱组成的水入口(42)。
5.按照权利要求4的系统，其特征在于，上述泵器件具有一个或多个泵(44)，设置在每个翼箱(42)的底部，以及它连接至相应的导管(45)用于供给翼箱内的水至上述使用的地方。
6.按照权利要求5的系统，其特征在于，每个泵(44)设置在抽气延伸井(55)内，抽气延伸井(55)位于低于翼箱(42)底部的水平。
7.按照权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，泵器件具有一组泵(56)，设置在相应的海水提升管(30)内，其位置低于转动单元(20)。
8.按照权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，泵器件具有一组泵(61)，设置在高于转动单元(20)的干燥空间(60)内，每个泵(61)连接至容器壳体(34)内的相应的一个上述通道(64)，以及至相应的导管(59)，用于供给海水由提升管(30)至上述使用的地方。
9.按照权利要求1的系统，其特征在于，所述转动单元是由转塔(70)组成的，以及接收空间(71)设置在高于海水面(72)的水平，其特征在于泵器件具有一组泵(80)，设置在相应的海水提升管(30)内，其所选择的水平面低于海水面(72)。
10.按照上述权利要求中任一项的系统，其特征在于，海水提升管(9)在转动单元(6)和海床(3)之间延伸，以及其下端连接在海床上的锚定器件(10)上。
11.按照权利要求9的系统，其特征在于，海水提升管(9)以及生产提升管(8)具有上柔性部分，此部分的下端连接至水下的浮力单元(11)，以及下部分在浮力单元(11)和海床(3)之间延伸。
12.按照权利要求8或9的系统，其特征在于，泵器件是由位于海床上的泵站组成的。
全文摘要
一种系统，用于供给冷却水至生产碳氢化合物用的漂浮容器甲板上的加工线，在这里漂浮容器(1)被底锚定的转动单元(20)的器件锚定，而底锚定单元(20)安装在容器的壳体(34)内的接收空间(7)内，以及允许容器(1)围绕转动单元(20)转动，以及在这里转动单元(20)支承旋转单元(24)，用于传送来自在海床和转动单元(20)之间延伸的生产提升管(28)的碳氢化合物，此系统根据由容器(1)至抽取冷却海水的深度具有导管器件(30)，以及泵器件(44)，用于泵送海水由导管至加工地点。此转动单元(20)设计为海水旋转件，此单元配备一个或多个通道(29)，用于接收相应的海水提升管(30)的上端部分，它具有导管器件，以及设置器件，用于传送海水由提升管(30)的上端部分至环形管(31)，环形管(31)设置在转动单元(20)的可相互移动的部件(21和22)之间或转动元件(20)和容器壳体(34)之间的界面上，以及与设置在容器壳体内的一个或多个通道(41)贯通，以及流向上述的使用地方，海水密封器件(37、39)设置在环形管(31)的每个侧面。
文档编号B63B13/02GK1413156SQ00817634
公开日2003年4月23日 申请日期2000年12月22日 优先权日1999年12月23日
发明者约恩·埃德, 彭蒂·保罗拉, 奥托·肖斯塔 申请人:斯塔特石油公开有限公司