[发明专利]用于更换流体旋转头的外圆环形环的方法以及流体旋转头

说明书

发明领域

本发明涉及用于更换流体旋转头(fluid swivel)的外圆环形环(outerannular ring)的方法，其中流体旋转头适合于允许穿过旋转接口在连接于海床的流体线的端部和在气体和油生产的船舶上的产品管路之间的流体传输。本发明更具体地涉及用于更换外圆环形环或高压力旋转头的方法。

流体旋转头在一结构中使用，该结构允许用于气体和油生产的船舶被连接于地球静止导管(geo-stationary duct)，该地球静止导管用于把烃类从海床朝向船舶输送，或用于把以液体或气体形式的流体，例如水注射到用于加压目的的井中或将例如CO₂注射在废井或储气库中。该结构允许船舶相对于该地球静止导管随风摆动(weathervane)，同时保持在地球静止导管的端部和在船上的产品管路之间的流体潮汐连接。

发明背景

从WO 98/31963，已知具有用于接收烃类的环形室(toroidal chamber)的旋转头。环形室被静止的内壁和旋转的外壁包围。静止的内壁设置有用于把烃类从连接于海床的流体线朝向环形室供应的第一引导器。旋转的外壁设置有另外的引导器，以允许烃类朝向在船舶上的产品管路前进。

为了界定两个壁之间的环形室，内壁和外壁被定位为使其毗邻圆柱形表面紧靠，由此相对小的上圆环形间隙和下圆环形间隙在环形室的任一侧上的壁的毗邻圆柱形表面之间形成。在本领域中，该间隙也被称为‘密封挤出间隙’。

为了避免任何泄漏，这些间隙借助于密封元件来密封。这些密封元件通常包括具有U形或V形的形式的弹性地可变形的密封环。

操纵具有有限的气体含量的液体或原油的旋转头的密封还可以使用在环形室的任一侧的双重密封装置来实现。第一或主要密封部被定位为最接近于环形室并且承载全压力。第二或次要密封部被定位在离第一或主要密封部一距离处并且作用为在第一或主要密封部就要破裂时提供备用。

在已知的旋转头中，间隙被设计为具有最小开口。然而，最小的间隙宽度必须被保持，使得旋转头的内壁和外壁的可能偏转将不会引起两个元件接触彼此并且从而防止两个旋转头元件的相对旋转。

通常，根据以上的类型的旋转头将是被定位在转塔(turret)中的旋转头堆栈(swivel stack)的部分。海底烃类结构，例如油或气井，通过从海的底部延伸至船舶的一个或多个升降器而连接于漂浮产品、储存和卸载船舶(FPSO)。借助于旋转头，升降器每个连接于转塔上的管路结构，生产船舶可以在转塔周围随风摆动，以根据流向和主风调整其位置。每个产品升降器的地球静止部分连接于旋转头堆栈中的相应的旋转头的静止内环。用于把烃类分布于船舶的随风摆动部分的生产管路连接于每个旋转头的外圆环形环，该外圆环形环可以与随风摆动的船舶一起围绕旋转头的固定定位内环旋转。

为了使内壁和外壁的由于压力效应引起的可能变形减到最少，已知的旋转头壁由具有高至240mm的壁厚度的铸钢制造，以用于具有2m的直径的旋转头。变形因此被内壁和外壁的重力质量而防止。这些措施的效果是具有2m直径的旋转头可以重20吨或更多。

当设计旋转头时，不仅内壁和外壁的变形应当被最小化，而且设计还应当确保应力保留在由压力容器规范规定的限制内。

在使用中，旋转头以及具体地旋转头的外部分被暴露于重负荷和重要的温度变化。

被供应至旋转头的烃类经常具有在20至120℃的数量级的温度。在流体传输期间，外壁将被外部环境空气冷却，尤其是当旋转头暴露于外部天气环境时以及当风直接地吹在旋转头的外部时。与外壁形成对比，内壁将保持相对地热。

内壁和外壁之间的温度差异还可以在经由旋转头传输的流体非常冷时是重要的；这是用于允许液化气体，例如LPG、LNG、CO₂和任何其他的冷或低温流体的传输的旋转头的情况。

通常，旋转头被暴露于高压力。为了本发明的目的，词语高压力意在包括50巴和更高的压力。旋转头的环形室中的压力可以容易地超过200巴的压力。

因为在其下使用旋转头的极端条件，可能的是，在旋转头的寿命期间，外圆环形环存在缺陷并且必须被更换。因为每个旋转头是被定位在转塔中的旋转头堆栈的部分的事实，旋转头中的外圆环形环的移除和更换是极端地复杂的。因为毗邻旋转头的存在，几乎没有把旋转头的外圆环形环向上或向下运动的空间。为了更换旋转头的外圆环形环，旋转头必须被从旋转头堆栈完全地移除。一旦外圆环形环已经被更换，旋转头就可以被定位在旋转头堆栈中并且被用于其正常功能。