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TW202323662A - 海底管線連接器設備 - Google Patents

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TW202323662A
TW202323662A TW111138803A TW111138803A TW202323662A TW 202323662 A TW202323662 A TW 202323662A TW 111138803 A TW111138803 A TW 111138803A TW 111138803 A TW111138803 A TW 111138803A TW 202323662 A TW202323662 A TW 202323662A
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TW111138803A
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強尼 索倫森
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丹麥商西門子歌美颯再生能源公司
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Abstract

本發明描述一種用於將海底饋送線(2F)連接至主要管線(2P)的海底管線連接器設備(1)，包括將該管線連接器設備(1)輸送至該主要管線(2P)之饋送線連接位置(20)的手段；處理手段(10)，構造成將饋送線(2F)的第一端配置成在該連接位置(20)處抵接該主要管線(2P)；及連接手段(14)，其經實施為連接在前述饋送線(2F)和該主要管線(2P)接合處的耦合器(21)。本發明進一步描述一種使用該海底管線連接器設備(1)，將多條海底饋送線(2F)連接至主要管線(2P)的方法。

Description

海底管線連接器設備
本發明係關於一種海底管線連接器設備及使用這種海底管線連接器設備將多條海底饋送線連接到主要管線的方法。
風力渦輪機習知上係用以產生輸出至電網供消費的電力，以便營運者從電力的銷售中獲利。然而，風力發電廠的另一種用途是使用當地產生的電力來驅動電解設備(包括一個以上的電解電池)，以取得一個以上具有商業價值的氣體。針對小規模岸上風力渦輪機或接近主要陸地的離岸風力渦輪機而言，將氣體從電解設備輸出到消費者相對簡單直接。
但是，離岸風力發電場可以遠離主要陸地和/或位於深水中。風力發電場或風場可包括許多風力渦輪機，其各自皆可產生直流(DC)電來驅動電解設備。下文中，以風力渦輪機發電的電解設備係稱為「風力驅動電解場」。
每個風力驅動電解設備的饋送線或輸出線必須連接到主要管線，其一般配置於海床上或底下。已知的是，利用海底「犁形器具」以輔助鋪設管線，且同時將管線至少部分地埋於海床之下。舉例而言，已知的是，利用海底「犁形器具」以在海底井口(subsea wellhead)與岸上處理設施(onshore processing facility)之間鋪設氣體管線。
但是，要將多個風力驅動電解設備的饋送線連接至單一海底氣體管線更加複雜。這是因為每一饋送線必須在海床的高度上連接至主要管線。在一方法中，該主要管線係事先鋪設，並還事先準備該電解設備的饋送線。舉例而言，饋送線係配置為自該離岸風力渦輪機之支承結構的基底延伸一段距離，以利饋送線之後可連接至該主要管線。饋送線的一端可以使用吊線(messenger line)、絞車(winch)等提升到所需高度，以便後續可將該饋送線連接至該電解場。在後續階段中，潛水員下潛到海床高度並將饋送線的另一端連接到主要管線。風場的每一風力渦輪機皆需重複這些步驟。由於這些風場係一般位於深水中，因此這樣的程序危險、耗時且所費不貲。
因此，本發明之一目的在於提出更經濟的方式，以將饋送線連接至海底氣體管線。
此目的係藉由本發明所請求保護的海底管線連接器設備，和所請求保護之使用這種海底管線連接器設備將多條海底饋送線連接到主要管線的方法而達成。
根據本發明，海底管線連接器設備係用於將海底饋送線連接至主要管線，並包括將自動化設備輸送至該主要管線之饋送線連接位置的手段；處理手段，其構造成將饋送線的第一端(或「下端」)配置成在該連接位置處抵接該主要管線；及連接手段，其經實施為以將該饋送線連接至該主要管線。
饋送線應理解為用以將離岸設施連接至該主要管線的管線。任何數量的此種饋送線皆可連接至主要管線。該主要管線和饋送線可理解為輸送氣體，例如從離岸設施將氣體輸送至主要陸地，反之亦然。
本發明海底管線連接器設備的優點在於離岸設施的饋送線能夠以經濟和安全的程序連接至主要管線。
該主要管線可以在將饋送線連接到主要管線的步驟之前的程序中進行鋪設。當然，饋送線可緊接在該主要管線鋪設至各自連接位置之後進行連接，使得主要管線本質上在一個程序中進行舖設並連接至饋送線。
本發明的方法包括以下步驟：將自動化設備輸送至該主要管線之饋送線連接位置；操作該處理手段以將饋送線的第一端配置成在該連接位置處抵接該主要管線；及操作該連接手段以將該饋送線連接至該主要管線。
本發明的方法有助於用於將一條以上的饋送線連接到海底主要管線的完全自動化安裝程序，且無須人為介入即可完成此程序的步驟。
本發明的目的亦藉由具有電腦程式的電腦程式產品來達成，該電腦程式係直接載入本發明海底管線連接器設備之控制單元的記憶體中，且包括在控制單元執行程式時，執行本發明方法步驟的程式單元。
本發明特別有利的實施例和特徵係藉由本發明的附屬項請求項給出，如以下說明中所揭露者。不同請求項種類的特徵可以適當地組合以提供本文中未描述的其他實施例。
下文中，可假定管線，即主要管線和饋送線，係用於輸送氣體。例如，氣體管線可為HDPE管，因為HDPE管堅固耐用，且具有相對較低的彈性和和較大的彎曲半徑。海底饋送線應理解為連接主要管線和離岸設施，如離岸氣體生產設施等。這種設施可例如是風力驅動電解設備，即，由風力渦輪機產生之電力驅動的電解設備。這種風力渦輪機可假定經構造成對該電解設備提供直流電壓，其包括複數個電解電池經實施為將化合物分解成一種以上的氣體。舉例而言，電解設備可用以將水分解為氫和氧。氫可以收集起來通過主要管線輸出到岸上設施。具有複數個風力渦輪機的風場例如可將氫提供予岸上製氨設施。同樣地，主要管線可在一個以上的離岸設施之間輸送氣體。
本發明設備的處理手段可以任何適當方式實施。下文中，在不以任何方式限制本發明的情況下，可假定處理手段包括鉸接臂，例如機械手臂，其與一個以上的末端效應器相配合。舉例而言，一個末端效應器可以為夾持器，其經構成為可握夾(grip)並固持饋送線。相同末端效應器或不同末端效應器可經實施為操作耦合器，如電融合T型連接器，並將其配置成在適當位置抵接該主要管線和饋送線的第一端。
可將饋送線以任何適當方式連接至主要管線，一個主要標準是接頭必須是氣密的。舉例而言，可將饋送線透過電融合耦合器連接至主要管線。這種耦合器可以T形部件的形式提供，具有裝配在饋送線的第一端的周圍之一個開口，以及裝配在主要管線周圍的圓柱體。該耦合器的三個圓形開口中每一者可配置有嵌入式金屬線圈。當施加電流於該線圈時，隨之而來的熱量熔化了耦合器和管線的材料，並有效地在兩者之間形成了接合。
該連接手段可經實施為一個以上的適用的末端效應器的組合，其例如是施加電流至嵌入於電融合耦合器中金屬線圈的手段。
在該主要管線和饋送線之間的連接位置處，該主要管線一開始是「關閉的」，即，該主要管線中必須形成開口以使氣體在主要管線和饋送線之間輸送。在本發明的較佳實施例中，該連接器設備經實施為在饋送線和主要管線之間的接合處形成此開口。為此，該連接器設備較佳地包括適用工具，使得其可以對將開口沖孔、穿孔、切割、鑽孔至該主要管線中。可提供一個以上的這種工具作為末端效應器組件的一部分，例如，在處理手段之鉸接式機械手臂的末端處。
較佳地，該連接器設備可在主要管線與饋送線之間形成連結，其以防止或至少阻止水進入管線的方式形成，使得在啟用輸送氣體的管道之前，可較不費力地去除這些水分。
在將饋送線耦接至該主要管線的步驟之前，可操作該處理手段以將浮力輔助裝置附接至該饋送線，使得該饋送線以合適的高度懸浮在水中，使處理手段更容易完成連接程序。當不使用時，浮力輔助裝置可藉由將其附接到管線連接器設備而「停放」。
已知的是，海底管線的鋪設係藉由使用船舶來運輸(將其捲在大捲筒上)，在將其交付給在海底移動的海底管線鋪設設備。這種海底管線鋪設設備例如是一種可裝設有各種工具和致動器「海底犁形器具」。可提供犁形器具以形成深溝(furrow)或通道、用於在通道中鋪設管道的導軌、用於連接牽引手段的軛等等。
在本發明的較佳實施例中，該管線連接器設備係構成為跟隨此經佈署為鋪設該主要管線之後的海底犁形器具。在本實施例中，該管線連接器設備具有其自身之運輸手段，如此即可跟隨在該海底犁形器具之後。舉例而言，該海底犁形器具可由船舶拖行，且該管線連接器設備也由相同船舶拖行。該管線連接器設備可與該梨形器具一起移動，即，例如以與該梨形器具平行或串接方式一起移動。
在本發明的另一較佳實施例中，該管線連接器設備可裝設於海底犁形器具上，使得該海底犁形器具可傳輸該管線連接器設備。
本發明的管道連接器裝置可能需要將複數饋送線連接至主要管線，例如，在一天或多天內進行的單一程序中。為此，該管線連接器設備較佳地包括收納適量之耦合器的儲藏庫。該處理手段較佳地構造成自該耦合器儲藏庫提取耦合器。舉例而言，該儲藏庫可為大小足以容納所需數量之耦合器之敞口容器，而該處理手段可構造成伸入該容器，抓取耦合器，並將該耦合器傳輸至準備就緒的適當位置，以在饋送線和主要管線之間建立連結。
該饋送線可在先前步驟中已經沉積在各支承結構的基底附近，例如當在支承結構安裝時，饋送線可停放於就緒的基底，以便稍後連接程序的進行。或者，為了減少所涉及的整體工作量，較佳地，在該管線連接程序期間，提供該些饋送線。為此，在本發明的另一較佳實施例中，該管線連接器設備較佳地包括收納適量之饋送線的儲藏庫。舉例而言，可將一束饋送線配置於漂浮並附接到管線連接器設備的固持組件中。或者，一段以上的饋送線可盤繞在裝設於在管線連接器設備上的捲筒上。當該連接器設備已沿著該主要管線到達連接位置時，該處理手段自該饋送線儲藏庫提取饋送線並將該饋送線的第一端配置成在該連接位置處抵接該主要管線。
饋送線係用以將該主要管線連接至該支承結構內更高層的氣體生產設備。在本發明的較佳實施例中，該管線連接器設備經構成為將饋送線配置於該支承結構內，使得其可稍後連接至該氣體生產設備。為此，本發明管線連接器設備的該處理手段係較佳地構造成將饋送線的第二端(「上端」)插入離岸設施之支承結構基底處的開口中。在本發明的較佳實施例中，該處理手段經實施為持續將饋送線推入該支承結構中，直到該饋送線的一端已到達該支承結構的上層時為止，即，直至水平面上的高度。該處理手段可將該饋送線的上層帶至懸空於該支承結構頂部處的高度。該饋送線的該端可稍後連接至該電解設備。該處理手段可將該饋送線推入該支承結構中，直到僅有一個相對較短末端仍突出該開口，即，連接該主要管線的該端。如此，本發明管線連接器設備無需人工介入，即可準備整個管線和饋送線基礎設施，例如，無須潛水員或其他經受訓人員將該饋送線的上端帶至該支承結構的頂部。
在本發明的另一較佳實施例中，該連接器設備經實施為關閉該饋送線與該支承結構中開口之間的間隙。此例如可藉由安裝適用密封件來完成。關閉所述間隙以防止水在該支承結構的內外部之間交換流動。因此，該支承結構內部水的氧含量可耗盡，而有利於減輕支承結構內部的腐蝕。
本發明管線連接器設備可經實施為實質上自動化設備。舉例而言，該管線連接器設備可配備感測器，其可以定位連接位置、支承結構的基底和支承結構中開口等。這可以藉由例如聲納、雷達、定位追蹤等來達成，使設備即使在靠近海底的黑暗和陰暗環境中仍可「看見」。該管線連接器設備可經程式化以回應特定事件來執行特定的步驟順序。舉例而言，在支承結構的基底處偵測到饋送線並定位其一端之後，該處理手段可被啟動以伸出並抓取該饋送線的一端，並將其帶入相對於已就緒之主要管線的位置中，以便進行耦接程序。
或者，本發明之管線連接器設備可配備有通訊手段和控制介面，以使該管線連接程序的所有步驟可以從例如支援船隻上進行控制。
該管線連接器設備較佳地係裝設有噴射裝置。這種噴射裝置例如可用以在該饋送線已耦接至該主要管線後，將該饋送線埋至海床下達某程度(作為保護)。同樣地，若該主要管線已在先前程序中進行鋪設，噴射裝置可經佈署以揭開連接位置處的主要管線，使得饋送線可在那個位置處耦接至該主要管線。
該管線連接器設備係較佳地構成為配置混凝土墊以保護饋送線。混凝土墊可在先前步驟中已經沉積在支承結構的基底處。在該饋送線連接程序期間，該管線連接器設備的處理手段可經控制以重新配置該混凝土墊，以便可更加地保護饋送線。此處也是，該處理裝置可在移動該混凝土墊之前，先將一個以上的浮力輔助裝置附接至該混凝土墊，以減輕處理裝置的負荷。
藉由配合附圖考慮以下詳細描述，本發明之其他目的和特徵將可更加彰顯。然而，應理解的是，附圖僅為說明目的而設計，並不作為對本發明限制的定義。
在圖示中，全文中相似的標號係指相似物體。圖示中的物體不一定按比例繪製。
圖1顯示離岸風力驅動電解設施3。此包括風力渦輪機，其產生電力以驅動電解設備31。該電解設備31所生產的氣體透過連接主要管線2P的饋送線2F輸出，此處所顯示者為埋入低於海床8的高度。該風力渦輪機係裝設於空心的支承結構30上，且該饋送線2F延伸通過此支承結構30，而超出海床8的高度。本發明提出一種經濟又安全的方式，在該主要管線2P與此種離岸設施之饋送線2F間形成連接。
圖2顯示本發明方法中的一階段。本圖顯示一種海底犁形器具4，其係用以在海床8中犁出通道並同時鋪設管線2P的類型。該管線2P係自支援船隻(圖中未顯示)進行饋送，且該支援船隻也藉由附接於軛48的纜線49，拖行該海底犁形器具4。
在此示範性實施例中，該海底犁形器具4也乘載本發明之海底管線連接器設備1。為簡化起見，本圖僅顯示出處理手段10，此處由具有用於操作耦合器21之末端效應器(end effector)的機械手臂10表示。該處理手段可假定係由控制器(圖中未顯示)所操作，其可為該連接器設備1的一部分，或者其可位於遠端，並可利用任何適用的通訊管道與該連接器設備1進行通訊。該連接器設備1亦可假定包括各種感測器，例如一個以上的感測器，用以判定該連接器設備1與支承結構30之相對位置。
在本實施例中，該處理手段10裝設有一個以上的適用的末端效應器(圖中未顯示)，以自饋送線儲藏庫120提取饋送線2F，使得饋送線的一端可連接至該主要管線2P，如此處所示。該處理手段10還裝設有一個以上的適用的末端效應器(圖中未顯示)，其經佈署以將該饋送線2F另一上端推入該支承結構。該饋送線2F透過該支承結構30之基底處的開口300進入該支承結構30。該將饋送線2F推入該支承結構30的步驟可藉由該處理手段10來促進，將於以下的圖5說明之。
該處理手段10還裝設有一個以上適用的末端效應器(圖中未顯示)，以自耦合器儲藏庫121提取耦合器21，並將其操縱至主要管線2P周圍的適當位置。
本圖中亦顯示該支承結構30之基底周圍的沖刷保護35。可在先前步驟中先配置混凝土墊於支承結構30之基底附近，而該處理手段10可舉起，或者操控該混凝土墊，以將其放置於該饋送線2F之露出端上方。
圖3顯示該主要管線2P周圍適當位置的耦合器21。該耦合器21可假定包括在其內部的一個以上的閥門，以確保氣體僅在同一方向上流動。在此，該耦合器21係在連接位置處夾持主要管線2P周圍的電融合過渡鞍部。該處理手段10還構成有一個以上的適用的末端效應器，其具有工具以抓取饋送線2F，並將其第一端插入耦合器21的向外延伸部分中。該連接手段14(此處僅以非常示意性的方式表示)，其可為末端效應器之一部分，並構造成對該耦合器21的焊接口210施加電流，以將饋送線2F熔接到耦合器21。
該耦合器21、饋送線2F和主要管線2P其中任一者或全部的內表面可襯有適合的材料。舉例而言，聚乙烯內襯和一鋁薄層可確保氣密氫氣管道。較佳地，該耦合器21經實施為密封該饋送線2F和主要管線2P間之接合處的層。
圖4係顯示本發明另一實施例之簡化示意平面圖。在此，本發明之海底管線連接器設備1經實施為與海底犁形器具一併被拖行，並具有用於附接拖纜的軛18，該拖纜係由支援船隻(圖中未顯示)牽引。該海底犁形器具4將該主要管線2P鋪設於所出通道80中，因此該管線連接器設備1觀察其環境以識別出連接位置20。此可藉由偵測支承結構30的一個以上的感測器所完成。以類似的方式，可識別出先前已沉積的饋送線2F。當支承結構30和饋送線已經識別出，該管線連接器設備1會沿著該管線2P找到適當的連接位置20，然後繼續形成饋送線2F與主要管線2P之間的連接。
圖5顯示本發明另一樣態之簡化圖。本圖顯示被推入該支承結構30內部的饋送線2F。為輔助該饋送線2F通過，該管線連接器設備1的處理手段10經實施為將該饋送線2F的上端定位於該支承結構30之基底處的開口300中，然後將該饋送線2F朝內推，直到該饋送線2F的上端已到達該支承結構30的頂層時為止。此可以藉由適用的末端效應器16來達成，該末端效應器16可以推動饋線2F，例如，藉由包括一個或多個馬達驅動之摩擦滾子(friction roller)配置的末端效應器16。該處理手段10係較佳地實施為以饋送線2F恆不彎曲超過其最小彎曲半徑(minimum bending radius，MBR)的方式操控饋送線2F。該饋送線本身之浮力可足以使其通過該充水支承結構的內部30 int而上升，或者，該饋送線2F的上端可連接至一浮力裝置。
儘管本發明已藉由較佳實施例和其變化的形式揭露如上，應了解的是，本發明可進行許多額外的修改和變化，而不悖離本發明的範圍。舉例而言，本發明之海底管線連接器設備可裝設有存錄(logging)或記錄整個程序的手段，以便日後可以對安裝進行認證。
為清楚起見，應了解的是，在本申請全文中「一種」或「一個」的使用並非排除複數的情況，而「包括」並非排除其他步驟或元件。
1:海底管線連接器設備 2F:饋送線 2P:主要管線 3:離岸風力驅動電解設施 4:海底犁形器具 5:支援船隻 8:海床 10:處理手段 14:連接手段 16:末端效應器 18:軛 20:連接位置 21:耦合器 22:開口 30:支承結構 30 int:內部 31:電解設備 35:沖刷保護機制 48:軛 49:纜線 80:通道 120:饋送線儲藏庫 121:耦合器儲藏庫 210:焊接口 300:開口
圖1顯示離岸風力驅動電解設施； 圖2顯示本發明方法中的一階段； 圖3顯示在本發明方法期間主要管線周圍適當位置的耦合器； 圖4顯示本發明之示範性實施例；及 圖5顯示本發明方法期間的下一階段。
1:海底管線連接器設備
2F:饋送線
2P:主要管線
4:海底犁形器具
10:處理手段
14:連接手段
21:耦合器
30:支承結構
35:沖刷保護機制
48:軛
49:纜線
80:通道
120:饋送線儲藏庫
121:耦合器儲藏庫
300:開口

Claims (15)

  1. 一種用於將海底饋送線(2F)連接至主要管線(2P)的海底管線連接器設備(1)，包括： 將該管線連接器設備(1)輸送至該主要管線(2P)之饋送線連接位置(20)的手段； 處理手段(10)，構造成將饋送線(2F)的第一端配置成在該連接位置(20)處抵接該主要管線(2P)；及 連接手段(14)，其經實施為連接在前述饋送線(2F)和該主要管線(2P)接合處的耦合器(21)。
  2. 如請求項1之海底管線連接器設備，其中該處理手段(10)係構造成在連接位置(20)處將耦合器(21)放置在該主要管線(2P)的周圍。
  3. 如請求項1至2中任一項之海底管線連接器設備，其中耦合器(21)包含電熔耦合器，且該連接手段(14)經實施為對內嵌於該電熔耦合器(21)的金屬線圈施加電流。
  4. 如請求項1至3中任一項之海底管線連接器設備，其經實施為於該主要管線(2P)中形成開口。
  5. 如請求項1至4中任一項之海底管線連接器設備，包括儲藏庫(121)，以收納複數個耦合器(21)，及其中該處理手段(10)係構造成自該儲藏庫(121)提取耦合器(21)。
  6. 如請求項1至5中任一項之海底管線連接器設備，包括儲藏庫(120)，以收納複數個饋送線(2F)，及其中該處理手段(10)係構造成自該儲藏庫(120)提取饋送線(2F)。
  7. 如請求項1至6中任一項之海底管線連接器設備，其中該處理手段(10)係構造成將饋送線(2F)的第二端插入離岸設施(3)之支承結構(30)基底處的開口(300)中。
  8. 如請求項1至7中任一項之海底管線連接器設備，其中該處理手段(10)包括末端效應器(16)，其係適用於將饋送線(2F)推入該支承結構(30)。
  9. 如請求項1至8中任一項之海底管線連接器設備，其中該處理手段(10)包括鉸接臂(10)，其中止於包括多個工具(14，16)的末端效應器。
  10. 如請求項1至9中任一項之海底管線連接器設備，包括識別該主要管線(2P)之連接站(20)的手段。
  11. 如請求項1至10中任一項之海底管線連接器設備，包括通訊手段，其用於與支援船隻(5)進行通訊。
  12. 如請求項1至11中任一項之海底管線連接器設備，構造成跟隨經部屬為鋪設該主要管線(2P)的海底犁形器具(4)。
  13. 如請求項1至12中任一項之海底管線連接器設備，構造成安裝於海底犁形器具(4)上。
  14. 一種使用如請求項1至13之海底管線連接器設備(1)將多條海底饋送線(2F)連接至主要管線(2P)的方法，其中該方法包括以下步驟： 將該海底管線連接器設備(1)輸送至該主要管線(2P)的饋送線連接位置(20)； 操作該處理手段(10)以將饋送線(2F)的第一端配置成在該連接位置(20)處抵接該主要管線(2P)；及 操作該連接手段(14)以將該饋送線(2F)耦接至該主要管線(2P)。
  15. 如請求項14之方法，包括在饋送線(2F)和該主要管線(2P)接合處在該主要管線(2P)中形成開口(22)的步驟。
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