NO310892B1 - Anordning for styrt brudd i en langstrakt gjenstand - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for styrt brudd i en langstrakt gjenstand, som angitt i innledningen i krav 1. Denne type anordninger som utgjør et såkalt "svakt ledd" er beregnet for langstrakte gjenstander til havs, slik som umbilikaler som inneholder i det minste en rørledning eller et rør og hvor i det minste en ende av gjenstanden er terminert på en undersjøisk installasjon eller plattform til havs og det foreligger en stor risiko for å skade selve den undersjøiske installasjon dersom den langstrakte gjenstand utsettes for uforutsette strekkrefter eller -spenninger forårsaket av skipsankere og fiskeutstyr.

Den angjeldende langstrakte gjenstand inneholder strørnningsledninger for fluider og styreledninger av forskjellig slag, slik som hydrauliske stålrør, samt eventuelt effektledere og/eller telekommunikasjonsledere. Sådanne gjenstander er forholdsvis dyre og reparasjon av dem er vanskelig og tar betraktelig tid særlig i barske omgivelser til havs. Den skade som kan forårsakes på den undersjøiske installasjon ved å trekke i den langstrakte gjenstand er imidlertid uoverkommelig.

Den langstrakte gjenstand kobler vanligvis sammen installasjoner på havbunnen. Et problem som oppstår i sammenheng med sådanne installasjoner er at koblingene ikke er lette å koble fra hverandre og at høyt samt varierende fluidtrykk inne i rørene innvirker på de definerte frigjøringskrefter. I nødstilfeller må det være mulig å frigjøre gjenstanden fra den undersjøiske installasjon meget raskt og den foretrukne løs-ning har derfor vært å avskjære gjenstanden dersom den blir utsatt for en bestemt trekkraft. Det oppstår imidlertid vanskeligheter når gjenstanden inneholder stålrør i stedet for gummislanger.

GB 2 176 858 angår en sikkerhetsskjøt for rørledninger, som omfatter to rørstykker som er glidbart anordnet i forhold til hverandre for å danne en fluidpassasje, en kompensasjonsbelg hvis indre står i fluidkommunikasjon med fluidpassasjen for å utøve en kompenserende kraft som motvirker kraften forårsaket av trykket av fluidet som under normal drift foreligger i passasjen, en muffe hvis ene ende er i kontakt med en splittbar nøkkelring anordnet i et ringformet spor i det andre rørstykke og hvis annen ende er i kontakt med kompensasjonsbelgen, idet den annen ende av kompensasjonsbelgen samvirker med det første rørstykke, samt utstyr for å frigjøre den splittbare nøkkelring dersom rørstykkene adskilles av en aksial kraft som overskyter en forutbestemt verdi. En sådan sikkerhetsskjøt for rørledninger settes inn i en rørledning for å unngå skade på rørledningen når rørledningen trekkes av sted, slik som f.eks. av et slepende anker.

Løsningen ifølge denne GB-publikasjon er forholdsvis komplisert fordi den fordrer at den spesielle kompensasjonsbelg kompenserer for kraften forårsaket av trykket i fluidpassasjen i den hensikt å sikre at bruddtappen ikke belastes av denne kraft. Denne løsning er egnet for å skape en sikker skjøt for en stor rørledning.

EP 0 256 784 angår en sikkerhetsskjøt for rørledninger beregnet på å gi et styrt svakhetspunkt i i det minste en rørledning, idet nevnte sikkerhetsskjøt omfatter et par rørformede stammer dimensjonert for å kunne sikres til en rørlednings rørende, idet et parti av en stamme kan føres inn i en del av dens annen stamme for å sørge for fluidkommunikasjon mellom nevnte rørender. En låsemekanisme på et parti av den ene stamme kan gå i inngrep med en komponent på den annen stamme for å hindre stammen fra å adskilles aksialt. Fastholdingsutstyr på den ene stamme holder låsemekanismen i inngrep. I det minste én avtettende enhet innbefatter en forseglende metallring plassert for å avtette mellom radialt ytre og indre, hovedsakelig sylindriske overflater på stammene. En ringformet sylinder og et samvirkende, ringformet stempel utformet på den ene stamme samt en ring festet til stammen for å danne et trykkompenserende kammer som omgir nevnte delringer, sørger for en fluidtett forsegling mellom nevnte ringformede stempel og sylinder. En fluidpassasje sørger for kommunikasjon mellom det indre av den ene av stammene og kompensasjonskammeret, idet avtettingsenheten og kompensasjonskammeret er dimensjonert slik at de krefter som frembringes for å adskille stammene i et par med fluidtrykk inne i stammene, utjevnes ved hjelp av det trykkkom-penserende kammer. Skjøre ringformede bolter som vanligvis holder stammene i gjensidig inngrep, brister når en forutbestemt påkjenning påføres dem, slik at stempelet og sylinderen da beveger seg aksialt i forhold til hverandre for å tillate begrenset aksial forflytning mellom nevnte stammer, som er tilstrekkelig til å tillate holdeutstyret å bevege seg aksialt for å frigjøre nevnte låsemekanisme. Det innvendige er fylt med vannfast fett eller gel.

Løsningen ifølge denne EP-publikasjon hviler på utnyttelse av et kompenserende kammer og det forholdsvis kompliserte, glidbare avtettingsarrangement for å gjøre den sprøe bolts bruddkraft uavhengig av det innvendige trykk i rørledningen. Denne løsning vil ikke være egnet som en modell for rørledningen. Løsningen vil ikke være egnet som en modell for å frembringe et svakt ledd for en rørbunt.

US 5 382 056 angår en stigerørstreng som forbinder et flytende fartøy med en undersjøisk brønn og som har en kobling som utgjør et svakt ledd som vil dele stigerørstrengen så snart en minste kraft er nådd. Koblingen som utgjør det svake ledd har en frigjøringsmekanisme som virker ved en minste kraft. En armeringsinnretning har en låst stilling som vil hindre frigjøringsmekanismen fra å virke. Operatøren kan fra et fjernt sted innstille armeringsinnretningen til en armert stilling hvor frigjørings-mekanismen vil frigjøres ved en minste kraft. Operatøren kan stille armeringsinnretningen tilbake til den uarmerte stilling dersom atskillelse ikke inntraff. En utløser vil bevege armeringsinnretningen fra den låste stilling til frigjøringsstillingen. Avskrånede overflater på hunn- og hanndelene av den "svekkede" kobling nøytraliserer virkningen av bøyemomenter på koblingen med det svake ledd.

Løsningen ifølge denne US-publikasjon er basert på bruk av en operatør for å aktivere koblingen og den vil derfor sannsynligvis ikke tilfredsstille fordringer som kan hindre tilfeldig skade på stigerørstrengen og lignende konstruksjoner.

Foreliggende oppfinnelse er særlig opptatt av problemene forbundet med å fremskaffe et svakt ledd i en umbilikalledning som inneholder flere enkeltvis trykksatte metallrør.

Formålet for foreliggende oppfinnelse er derfor å fremskaffe en forbedret anordning med svakt ledd for langstrakte gjenstander til havs, slik at gjenstanden kan frigjøres uten å skade faste plattformer og installasjoner på sjøbunnen.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av de karakteristiske trekk angitt i krav 1. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav. Med den angitte anordning kan den langstrakte gjenstand frigjøres raskt og trygt uten å skade de faste installasjoner. Frigjøringskraften kan bestemmes for å tilfredsstille kunders behov.

Den grunnleggende idé går ut på å gjøre den kraft som fordres for å avskjære bruddtapper uavhengig av det trykk som fordres for å koble sammen stålrør. Sådanne rør inneholder trykksatt olje og fluid av forskjellig art og anordningen med det svake ledd inneholder hydrauliske koblinger (samt eventuelt elektriske kontakter). Når det svake ledd frigjøres, kobles koblingene fra hverandre uten å forårsake lekkasje av fluider og forurensning av miljøet når koblingene er av den selvavtettende type.

Løsningen består i å utføre frakoblingen i to trinn. Det er da en fordel at denne løsning ikke er komplisert.

De ovenfor nevnte og andre trekk og formål ved den foreliggende oppfinnelse vil klart fremgå fra den etterfølgende detaljerte beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen sett i sammenheng med de vedføyde tegninger, på hvilke: figur 1 anskueliggjør prinsippene ved anordningen med svakt ledd i henhold til

oppfinnelsen,

figur 2 viser et tverrsnitt gjennom arrangementet vist i figur 1,

figur 3 viser situasjonen straks etter at bruddtappen er blitt avskåret, og figur 4 anskueliggjør den fullstendige bortglidning av koblingen med svakt ledd.

I figur 1 er det delvis i snitt vist en anordning 1 med svakt ledd anordnet på en langstrakt gjenstand 2 til havs som inneholder en rekke rør 3 og 4. Figur 2 viser en skisse av et snitt langs linjen II-II i figur 1 og et antall av ti stålrør er antydet. Dette antall kan være større eller mindre og gjenstanden kan også inneholde elektriske og optiske kabler. Alle de langstrakte elementer inne i gjenstanden er sammenkoblet inne i anordningen med svakt ledd ved hjelp av løsbare koblinger 5. De to deler 6 og 7 av en kobling er vist i figur 4. Mellom de to ender 8 og 9 av anordningen 1 med svakt ledd er de langstrakte elementer beskyttet av et første indre hus 10, et andre ytre hus 11 og et tredje hus 12. Den langstrakte gjenstand er vanligvis forsynt med armering som er festet til det første og tredje hus. Det første og andre hus er forbundet med hverandre ved hjelp av en eller flere bruddtapper 13 som vil briste ved et forutbestemt strekk eller en forutbestemt spenning av omtrent 15 20 tonn (15 20.000 kg). Et antall bruddtapper bør fortrinnsvis være fordelt omkring overflaten av konstruksjonen og de bør være dimensjonert i sam-svar med det som fordres fra tilfelle til tilfelle.

De (selvforseglende) koblingsdeler 6 er festet til en plate 14 forbundet med det ytre hus 11, mens de (selvforseglende) koblingsdeler 7 er forbundet med det indre hus 10. Elektriske og optiske kabler har intet indre trykk, men rørene 3 og 4 som fører fluider under trykk må være forbundet med hverandre ved hjelp av utstyr som opprettholder det indre fluidtrykk. Sådant indre trykk kan variere fra 0 til omtrent 1.000 kg i hvert rør med en diameter av omtrent 2,5 cm (1/2 tomme), slik at ti rør vil gi et resulterende indre trykk av omtrent 10.000 kg.

I den hensikt å gjøre tappbruddkraften som fordres for å bryte tappene 13 uavhengig av det varierende indre trykk inne i de forskjellige rør 3 og 4, er det anordnet et første holdeutstyr som består av en eller flere fjærbelastede låsearmer 15 som er satt inn i spor 16 i det ytre hus. Armen 15 er festet til en plateenhet 17 med koblingsdelene 7. Når armen 15 låses inne i sporet 16 ved hjelp av et andre holdeutstyr som består av glideutstyr 18 forbundet med det indre hus 10, er den kraft som fordres for å koble sammen delene 6 og 7 ganske uavhengig av den kraft som fordres for å bryte tappen 13. Glideutstyret 18 kan utgjøre en del av det indre hus 10 og det kan, slik som vist, være forbundet med det indre hus ved hjelp av et arrangement bestående av en tapp 19 og et hull 20. Tappen 19 er festet til det indre hus 10 mens hullet 20 i glideutstyret 18 har en større diameter enn diameteren av tappen 19 for å oppnå en viss slakk som er virksom når bruddtappen 13 avskjæres. Den kraft som behøves for å avskjære bruddtappen 13, er derfor også uavhengig av den eventuelle kraft som fordres for å trekke koblingsdelen 7 bort fra koblingsdelen 6.

I figur 1 er bruddtappen intakt og tappen 19 (figur 2) er i inngrep med venstre side av hullet 20 for å sikre at glideutstyret 18 låser armen 15 inne i sporet 16.

Som vist i figur 3 og 4, kan glideutstyret 18 være forbundet med plateenheten 17 ved hjelp av et arrangement 21 med en slakk bolt/mutter, hvis virkemåte vil bli forklart senere.

Dersom den langstrakte gjenstand 2 som hviler på havbunnen utsettes for utilbørlige strekkrefter forårsaket av skipsankere eller fiskeutstyr, eventuelt andre uforutsette hendelser, og bruddstyrken for tappen 13 derved overskrides, vil den situasjon som er vist i figur 3 og 4 opptre. De etterfølgende hendelser vil nå finne sted:

tappen 13 vil bli brukket i to deler 22 og 23,

det indre hus 10 vil bevege seg mot høyre (eller de ytre hus 11, 12 vil bevege seg mot venstre),

tappen 19 som befant seg til høyre i hullet 20 beveger seg mot venstre i hullet 20 for derved å begynne å dra i glideutstyret 18, og i figur 3 har armen 18 beveget seg så langt mot høyre at den fjærbelastede arm 15

akkurat er fri,

bolt/mutterarrangementet 21 griper fatt i plateenheten 17,

den fjærbelastede arm glir opp og ut av sporet 16, slik som anskueliggjort i

figur 4, og

koblingene 6/7 kobles fra hverandre og hele enheten bestående av det indre

hus 10, glideutstyret 18,

plateenheten 17 og koblingsdelen 7 beveger seg bort fra platen 14 og koblingsdelen 6 slik at undervannsinstallasjonen som den langstrakte gjenstand 2 er forbundet med ikke blir skadet.

Konstruksjonen av det svake ledd i henhold til den foreliggende oppfinnelse er enkel og gjør den kraft som fordres for å avskjære bruddtappene uavhengig av det trykk som fordres for å koble sammen de trykksatte stålrør. Den er: motstandsdyktig mot slitasje og sønderriving, korrosjon og vibrasjoner, konstruert for å installeres både i fabrikk og i felten, og den er konstruert for å frigjøres mekanisk.

Den ovenfor detaljerte beskrivelse av utførelsesformer av denne oppfinnelse må ses på bare som eksempler og skal ikke betraktes å utgjøre begrensninger med hensyn til beskyttelsesomfanget slik det er angitt i kravsettet.

Det angjeldende svake ledd er av den type som ikke kan bli koblet sammen på ny på havbunnen. Den langstrakte gjenstand må heves til overflaten for gjeninn-kopling og installasjon av nye bruddtapper. Et svakt ledd som kunne kobles inn på ny på havbunnen ville være mer komplisert og kostbar.

Claims (5)

1. Anordning for styrt brudd i en langstrakt gjenstand (2), slik som en undersjøisk umbilikal som omfatter et antall langstrakte elementer, slik som metallrør (3, 4), hvor hvert rør er utstyrt med en selvavtettende, løsbar kopling som har to koplingsdeler (6, 7), og hvor anordningen omfatter minst ett sett holde-/frigjøringsutstyr for styrt fråkopling av metallrørkoplingene (6, 7), idet hvert sett har et første holdeutstyr (15, 16) for å opprettholde en styrt sammenkopling eller innstikking/uttrekking av rørkoplingene (6, 7), et andre holdeutstyr som i en første normal posisjon låser det første holdeutstyr (15, 16), og et tredje holdeutstyr (13) for å låse det andre holdeutstyr (18), karaktertisert ved at: - det første holdeutstyr (15, 16) omfatter minst en fjærbelastet arm (15) anordnet på et hus (10) som bærer første koplingsdeler (7) og som kan bli låst i samt løsnet fra et tilsvarende spor (16) anordnet i et hus (11) som bærer andre koplingsdeler (6), idet nevnte første holdeutstyr er i stand til å motstå et forutbestemt indre trykk inne i rørene (3,4), - det andre holdeutstyr - etter operasjon av det tredje holdeutstyr (13) - glir til en andre posisjon og frigjør det første holdeutstyr, og - det tredje holdeutstyr (13) er anordnet for å gi etter ved et visst langsgående strekk eller en viss langsgående spenning i den langstrakte gjenstand, idet det tredje holdeutstyr omfatter minst en bruddtapp (13) som er anordnet mellom huset (10) som bærer første koplingsdeler (7) og huset (11) som bærer andre koplingsdeler (6).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre holdeutstyr omfatter glideinnretninger (18) fleksibelt sammenkoplet med det tredje holdeutstyr (13) slik at kraften som kreves for å bryte bruddtappen (13) er uavhengig av kraften som kreves for å trekke koplingsdelene fra hverandre.

3. Anordning som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at det andre holdeutstyr omfatter glideutstyr (18) som i en første normal posisjon låser det første holdeutstyr (15, 16) og som når det tredje holdeutstyr (13) arbeider, glir til en andre posisjon for å frigjøre det andre holdeutstyr uten å påføre rørene (3,4) utilbørlig påkjenning.

4. Anordning som angitt i krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at det tredje holdeutstyr omfatter et sett bruddtapper (13) som er anordnet mellom et indre hus (10) og et ytre hus (11) som bærer koplingene (6, 7).

5. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at glideutstyret (18) er fleksibelt forbundet med det tredje holdeutstyr (13) slik at den kraft som fordres for å avskjære bruddtappen (13) også er uavhengig av den eventuelle kraft fra koplingsdelene.