改进的海水抽吸系统的制作方法

介绍

FPSO船舶使用的常规海水抽吸系统通常包括多个软管和沉箱。每个软管通常包括互连以形成连续软管的多个柔性软管节段。连续软管与FPSO上的沉箱结合以使海水进入到FPSO中。软管的自由端装有抽吸过滤器，用于过滤被吸入至软管中的海水。抽吸过滤器装有次氯酸盐分散环，当海水穿过软管被汲取时，该次氯酸盐分散环用于在抽吸过滤器周围分散次氯酸盐，从而阻止抽吸系统和FPSO的相关管中的海生物。这样的结构的示例可以在同一申请人的WO2008/017937中看到。

这种常规抽吸系统的软管节段中的每一个通常由多层材料制成，从柔性橡胶衬垫开始，其中多个钢或线增强环沿衬垫的长度相隔一定距离嵌入。包裹在增强衬垫周围的是多个层的合适的纺织物层，并且耐海洋/耐候橡胶外层放置在纺织物层上。钢接头和凸缘设置在每个软管节段的任一端处，使得这些节段可以附接至彼此。

在常规抽吸系统中使用的柔性软管节段的示例具有20英寸(508mm)的标称孔或内径，并且具有11500mm的长度。具有这些尺寸并以上述方式制造的软管节段将重约1900kg，这主要是由于所需的材料层和增强环。每个软管节段的重量在系统在海上安装期间在船舶的甲板上呈现出操作困难。另外，包括多个这些重软管节段的系统的重量，以及阻力和其它流体动力学因素在水面船舶上施加大的载荷。

另外地，海生物可以出现在常规的柔性橡胶软管节段中，这需要提供次氯酸盐分配管线以抵抗海生物。提供次氯酸盐管线增加了安装系统的复杂性、成本以及时间。

本发明的目的是消除或减轻上述缺点中的一个或多个。

发明概述

根据本发明的第一发面，提供了一种海水抽吸系统，其包括第一管道和第二管道，该第一管道和第二管道连接至彼此以便形成允许两个管道之间的流体连通的内部流体通道，其中，第一管道由至少两层第一材料形成，并且第二管道由不同于第一材料的单层第二材料形成。

第二管道的内部流体通道具有与第一管道的内部流体通道的内径大体上相同的内径，并且第二管道具有可以小于第一管道的外径的外径。第一管道和第二管道的内径和外径可以是大体上不变的。第一材料可以是橡胶。

第二材料可以是塑料材料。第二材料可以是高密度聚乙烯(HDPE)。第二管道可以包括至少一个凸缘构件，该凸缘构件具有外表面，该外表面的至少一部分具有抛物线形横截面轮廓。该至少一个凸缘构件还可以包括至少一个载荷环，该至少一个载荷环围绕外表面周向地布置在距凸缘构件的端部部分的预定距离处。

该系统还可以包括形成在第二管道中的过滤器(strainer)。该过滤器可以包括形成在第二管道中以允许流体流动至第二管道中的多个流体孔口。可选地，该过滤器可以连接至第二导管的自由端。

该过滤器可以至少包括第一过滤器构件和第二过滤器构件，该第一过滤器构件具有第一流体入口、第一流体通道以及第一流体出口，该第二过滤器构件具有第二流体入口、第二流体通道以及第二流体出口，第一过滤器构件和第二过滤器构件流体地分离，并且其中，该第一过滤器构件适合于联接至第二流体构件以便形成至少一个两段式过滤器结构，其中第一流体入口和第二流体入口沿第二管道的纵向轴线相邻地布置，并且第一流体出口和第二流体出口形成流体地可联接至第二管道的组合的出口接口。

另外地，该过滤器还可以至少包括第三过滤器构件，其具有第三流体入口、第三流体通道以及第三流体出口，该第三过滤器构件与第一过滤器构件和第二过滤器构件流体地分离，并且其中，该第三过滤器构件适合于联接至第二流体构件以便形成三段式过滤器结构，其中第一、第二以及第三流体入口沿第二管道的纵向轴线相邻地布置，并且第一、第二以及第三流体出口形成流体地可联接至第二管道的组合的出口接口。

有利地，第一过滤器构件可以适合于配合地接合第二过滤器结构，以便沿纵向轴线形成堆叠，并且第二过滤器构件可以适合于配合地接合第三过滤器结构，以便沿纵向轴线形成堆叠。

优选地，过滤器可以由第二材料形成。

该系统还可以包括从第二管道的自由端悬挂的配重构件。有利地，该配重构件可以是至少第三管道，其当在现场时可流体地联接到第二管道并且由非浮力材料制成。优选地，该非浮力材料是金属。

该系统可以包括连接到多个连续的第二管道的多个连续的第一管道。换言之，许多第一管道可以串联地连接在一起，并且然后连接到也串联地连接在一起的许多第二管道。

该系统还可以包括连接到第一管道的自由端的抽吸头。

该系统还可以包括至少一个沉箱，该至少一个沉箱适合于接纳和保持第一管道的抽吸头。该沉箱可以位于浮式生产储存和卸载(FPSO)船舶的船体内。

有利地，该沉箱可以包括在装配期间适合于选择性地固定第一管道和第二管道的悬挂设备。优选地，当在现场时该悬挂设备可以可移除地联接至沉箱的顶端。有利地，悬挂设备可以包括适合于锁定地接合第一管道和第二管道的弹簧操作机构。有利地，悬挂设备还可以包括管道适配器，其配置成补偿第一管道和第二管道的外径之间的任何差异。

第二材料可以可选地是碳基钢或强化玻璃纤维。该系统还可以包括至少一个辅助流体管线，其位于第一管道和第二管道的内部流体通道内并且适合于将预定流体供应到第二管道的自由端。有利地，该系统还可以包括至少一个第二辅助流体管线，其平行于第一辅助流体管线布置并位于第一管道和第二管道的内部流体通道内，并且适合于将预定流体供应到第二管道的自由端。优选地，第一辅助流体管线和第二辅助流体管线可以流体地联接至可操作地联接在第二管道和过滤器之间的分散构件，以便在使用期间允许预定的流体流动至内部流体通道中。

根据本发明的第二方面，提供了装配海水抽吸系统的方法，包括以下步骤：提供至少一个第一管道和至少一个第二管道，其中，第一管道由至少两层第一材料形成，并且第二管道由不同于第一材料的单层第二材料形成，并且第一管道和第二管道可连接在一起以便允许两个管道之间的流体连通；将两个管道连接在一起；以及将抽吸头连接至第一管道的自由端。

该方法还可以包括将过滤器连接至第二管道的自由端的另外的步骤。

该方法还可以包括将配重构件连接至过滤器或第二管道的自由端的另外的步骤。

该方法还可以包括提供适合于接纳并保持抽吸头的沉箱和将该抽吸头以及将第一管道与第二管道安装在该沉箱内的另外的步骤。

该方法还可以包括将至少一个辅助流体管线附接在第一管道和第二管道的内部流体通道内使得辅助流体管线向第二管道的自由端供应流体的另外的步骤。

附图简述

仅以例子的方式，参照附图现在将描述本发明的实施方案，在附图中：

图1示出包括多个管道的海水抽吸系统；

图2是位于浮式生产储存和卸载(FPSO)船舶内的海水抽吸系统的多个另外的部件的示意性剖视图；

图3是示出在图2中的部件的细节的剖视图；

图4是示出在图2中的部件的另外的细节的剖视图；

图5是三段式过滤器的示意性剖视图，每一个过滤器段具有流体地分离的入口、流体通道以及出口，其中，所有过滤器出口组合成可流体地联接到第二管道的单个出口接口；

图6是当拆卸成(a)一段、(b)二段以及(c)三段时的三个过滤器构件的示意图；

图7是悬挂设备的透视图，该悬挂设备安装到例如FPSO平台上的沉箱顶部，在装配期间固定第一管道，以及

图8是图7的悬架设备的透视示意图，其中一个弹簧加载的接合构件打开，

图9是第二管道(HDPE)的侧视图，该第二管道包括专用凸缘和周向载荷环，专用凸缘具有有着抛物线横截面轮廓的外表面，因此提供了改进的强度和疲劳特征，以及

图10是图9的专用凸缘的特写横截面图。

优选实施方案的详细描述

图1示出包括第一管道12和与第一管道12串联连接的一对第二管道14的海水抽吸系统10。第一和第二管道12、14中的每一个具有大致圆柱形的主体，该主体形成具有位于主体的任一端部处的连接装置的内部流体通道。在该示出的示例中，该连接装置是在其中具有多个连接孔口(未示出)的凸缘16。通过使来自相邻管道12、14的相应的凸缘16邻接使得它们各自的连接孔口对齐，管道12、14连接至彼此。然后将诸如双头螺栓(未示出)的合适的机械固定装置穿过对齐的孔口中的每一个并将螺母拧紧到双头螺栓的端部上，从而将相邻的管道12、14连接至彼此。管道12、14的连接通常在与抽吸系统10一起使用的船舶上随行进行。第一管道12由至少两层第一材料，例如，诸如橡胶形成。第一管道12是具有橡胶衬垫或内层的已知类型，其中多个钢或线增强环沿着衬垫的长度相隔一定距离嵌入。包裹在增强衬垫周围的是合适的纺织物层的多个中间层，并且耐海洋/耐候橡胶外层放置在纺织物层上。

第二管道14各自由单片或单层不同于第一材料的第二材料形成。由于第二管道14仅具有单层材料并且没有增强环，第二管道14中的每一个的重量小于第一管道12，尽管每个管道12、14具有大体上相同的尺寸。另外地，第一和第二管道12、14中的每一个具有大体上相同的内径。然而，由于第二管道14仅具有单层材料，因此第二管道14具有小于第一导管12的外径的外径。第二管道14因此比第一管道12薄。第一和第二管道12、14的内径和外径沿它们各自的长度优选地是不变的。

在示出的优选的实施方案中，形成第二管道14的第二材料是高-密度聚乙烯(HDPE)。

第一管道12的连接装置优选地由钢形成并且封装在第一材料的保护涂层中以防止腐蚀。第二管道14的连接装置优选地由第二材料形成并且设置有已经用抑制腐蚀的涂层处理的钢垫板环。两个第二管道14中的下部(当在图1中观察时)设置有用于系统10的过滤器18。过滤器18对穿过系统10吸入的海水进行过滤。过滤器18可以从允许海水进入到第二管道14的内部中的多个流体孔口18a形成在下部第二管道14中。在该示例性实施方案中，流体孔口18a各自具有30mm的直径。图5和图6示出可流体地联接至第二管道14的端部节段的过滤器118的可选的实施方案。过滤器118包括三个流体地分离的过滤器构件，第一过滤器构件120、第二过滤器构件122以及第三过滤器构件124，其可以装配成三段式过滤器118。过滤器构件120、122、124中的每一个包括流体地分离的入口节段126、128、130，流体通道132、134、136以及出口138、140、142。过滤器构件120、122、124以使得第二过滤器构件122可以配合地堆叠在第三过滤器构件124上，并且第一过滤器构件120可以配合地堆叠在第二过滤器构件122上这样的方式形成。当装配时，三个出口138、140以及142形成流体地可联接至第二管道14的组合的接口144。在使用期间，流体移动穿过所有三个入口节段126、128、130并且独立地通过流体通道132、134以及136以离开组合的出口138、140、142进入到第二管道14的内部流体通道中。

系统10还可以包括用于添加的压载物的配重构件20，配重构件20连接到下部第二管道14的自由端。配重构件可以是连接至第二管道14或过滤器18、118的第三管道(未示出)。配重构件20由非浮力材料，优选地由金属，甚至更优选地由钢制成。

现在参考图2-4，图2中示出了穿过FPSO船舶的船体22的示意性剖视图，其具有图3和图4中所示的某些部件的更详细的视图。图2示出了位于船体22内的多个沉箱24。当第一和第二管道12、14连接到沉箱时，每个沉箱24可以形成抽吸系统10的附加部件。为了促进将第一和第二管道12、14连接到沉箱24，该系统还可以包括沉箱接口，或立管座26以及立管头或抽吸头28。如在图3和图4中最佳地示出的，每个沉箱接口26安装在船舶的龙骨30的下侧上，并且包括阴锥形座32，该阴锥形座32与抽吸头28的阳锥形座34配合以使头28居中并且防止第一和第二管道12、14朝下移动。沉箱接口26还包括内圆周轴承环33，其与抽吸头28的外部上圆周轴承环35配合，以防止头28相对于接口26倾斜。头28还包括连接凸缘36，该连接凸缘36用于将第一管道12的上部连接凸缘16连接至头28。图2和图4还示出了抽吸泵40，抽吸泵40部署在沉箱24中在右手侧(当在图2中观察时)，用于将海水抽吸到船舶中。在沉箱24内相隔一定距离定位的多个扶正器42确保泵40保持居中。

参考图2和图3，悬挂工具44和部署/收回工具46示出在中间沉箱24中(当在图2中观察时)。这些工具44、46用于抽吸系统10的各种部件的装配和拆卸。悬挂工具44安装在沉箱24的顶部，并且当安装其它部件的时候提供用于将部分-装配的抽吸系统固定并悬挂在沉箱24中的装置。

图7和图8示出了悬挂设备或工具44在使用中以及安装到沉箱顶部(图7)以及作为处于打开、脱开状态(图8)的单独实体时的更详细的视图。悬挂设备或工具44包括可操作地连接至安装件52的两个弹簧加载的接合构件48、50。安装件52适合于安装到沉箱的顶部。悬挂设备或工具44的弹簧机构适合于由使用者手动操作以在装配期间固定第一或第二管道12、14，即，在连接另一个管道节段时悬挂管道柱。在使用中，使用者简单地将弹簧-偏置的接合构件48、50移动成与管道12、14接合或脱离接合。特别地，在接合期间，接合构件48、50的接触表面接触管道的外表面，以便提供类似凸轮的作用以及摩擦阻力，仅通过作用在管道上的重力将管道固定在适当位置中。悬挂设备或工具44重量上更轻，并且比常规的液压悬挂工具更紧凑，因此允许安装在空间受限的区域中。

此外，图7还示出了第二管道14的一部分，该第二管道14具有安装在第二管道14的内部流体通道内的两个辅助流体管线146、148，用于提供例如，次氯酸盐流体。两个辅助流体管线146、148例如被引导到过滤器18、118的顶部，在该顶部它们各自连接到单独的分散环(未示出)，以允许更浓缩/更高剂量的次氯酸盐被移动到第一和第二管道12、14的内部流体通道中。此外，提供两个单独的辅助流体管线146、148提供增加的流体体积和一定程度的冗余度。

部署/收回工具46将装配的系统10部署到沉箱24以及从沉箱24收回装配的系统10。一旦系统处于正确位置，部署/收回工具46被远程操作以释放系统。

海水抽吸系统10的装配以常规方式进行，即通过将每个管道12、14悬挂在沉箱24的顶部，同时每个随后的管道12、14软管节段10通过其各自的凸缘16被附接至每个管道12、14。优选地，第二管道(HDPE)14可以通过特别设计的凸缘200连接，该凸缘200配置成与常规凸缘相比提供改进的强度和疲劳特性，特别是当在管道14的装配期间经受预期的力时。如在图9中示出的，在凸缘构件200的附接端部处提供抛物线形横截面凸缘轮廓202，以优化材料内的应力分布，并从而最小化“结构热点”并因此使其强度和疲劳寿命最大化。

此外，当连接第二管道14(例如，HDPE)时，需要将下部节段悬挂在竖直位置中，同时将上部节段降低到其上并连接。该下部节段必须能够在装配期间支撑所施加的载荷，并同时能够使节段14被连接。因此，凸缘200可以包括载荷环204，载荷环204配置成具有足够的强度以适应装配期间引起的载荷，同时使节段14能够被连接。载荷环204是与凸缘200成一体的周向环，以便允许专用悬吊工具(未示出)支撑软管柱，同时各个凸缘200可以在没有任何阻碍的情况下被栓接在一起。

抽吸系统10也以常规方式拆卸，即，通过将系统10朝向沉箱24的顶部提升并颠倒上述装配步骤。

本发明的海水抽吸系统提供了优于先前建议的许多优点。通过包括以常规方式由橡胶层或类似柔性第一材料层形成的第一导管和由单层第二材料形成的一个或多个第二导管的系统，与常规抽吸系统相比，该系统具有减小的重量。然而，尽管重量减少，但是保留上述类型的至少一个第一管道确保了系统保持强度和承载能力。减小系统的某些部件的重量使得在安装和收回期间更容易操作部件，从而减少执行这些任务的时间和成本。以单层形成第二管道减小了重量并且还减小了在系统在水下部署时相关联的船舶上的流体动力学载荷。这减少了船舶牵引并提高了船舶稳定性。

如果第二管道由HDPE形成，则本发明具有海生物不能在第二管道内形成的另外的优点。系统中的海生物可以增加系统的总重量、船舶上的载荷以及由系统产生的阻力。这些问题在本发明中被去除，而不必依靠在系统中使用次氯酸盐处理管线。这再次加速了系统的装配/拆卸，并且还对海底生态系统具有环境益处。HDPE还具有非常光滑的表面光洁度，从而在第二管道中提供更光滑的内孔。更平滑的孔改善了系统中的流动特性，同时减小了系统上的压降。

所示出的系统的实施方案包括一个第一管道和一对第二管道。然而，应当认识到，系统中的第一管道和第二管道的数量不限于这种布置，并且可以根据需要改变。系统的最低要求是一个第一管道和一个第二管道。系统中的第二管道的数量仅需要通过实际考虑来限制。然而，优选的是，在系统中使用最多三个第一管道以避免使与系统相关联的益处无效。在使用相应多个第一和第二管道的情况下，它们优选地以连续的组布置，而不是使第一管道和第二管道彼此交替。

尽管系统的优选的实施方案示出了形成在第二管道中的一个的一端部处的过滤器，但是过滤器可以可选地是由第二材料形成并且连接到下部第二管道14的自由端的单独部件。

尽管是优选的，但是本发明并不限于使用由HDPE形成的第二管道。其它合适的第二材料的示例是碳基钢和增强玻璃纤维。这些可选材料中的任一种的单片或层也可以用于形成第二管道，在减轻重量、流体动力和阻力方面具有相同的益处。在第二管道由这些可选材料中的任一种形成的情况下，在系统中包括辅助流体管线，以用于将次氯酸盐供应到系统的自由端。

本领域技术人员应理解，上述实施方案仅通过示例并且未以任何限制性的意义被描述，并且各种改变和修改是可能的，而不脱离所附的权利要求所限定的本发明的范围。