1.本发明涉及用于浮式生产单元的海水引入立管系统，包括沉箱和提升泵，其中，沉箱在底侧具有通孔并可连接到立管的上端部；提升泵布置在沉箱内部并具有在竖直距离处具有预定最小浸没度的入口，并且适于将冷水从沉箱泵送至浮式生产单元，以供浮式生产单元的生产设备用作冷却介质。本发明还涉及包括海水引入立管系统的浮式生产单元。此外，本发明涉及制造这种海水引入立管系统的方法。
背景技术：
2.已知的浸没海水引入立管(swir)系统通常安装在浮式生产单元的船体的一侧外侧的沉箱中，而船体的另一侧被分配用于系泊导缆器。swir系统包括钢和/或柔性立管，该立管在下端部具有入口，该下端部在沉箱下方延伸至约100m用于在该水深处吸入天然冷水。在正常的泵送操作期间，沉箱中的水位低于外部的水面，从而产生压力差使在立管底部的入口处的较低温度的水流入到沉箱中，从沉箱处将该冷水泵送至浮式生产单元的工艺设备以用作冷却液。在例如用于产生功率的顶侧工艺效率和由swir系统提供的冷却能力之间存在直接联系。因此，向工艺设备提供更冷的水允许增加产量和/或使用更小的冷却设备。较冷的水可通过使用较长的海水引入立管而从较大的深度使用，因为通常已知海水温度每100m水深降低约1.5
°
(摄氏度)。然而，如可使用一维非稳态伯努利方程(bernoulli’s equation)所求出的，在竖直和轴向加速度下，提升泵将经受大的和频繁的压力变化，例如，真空和高压锤击，这可能损害冷却操作和/或损坏设备。管道越长，将产生的压力变化越大。
3.本发明寻求提供在非稳态海况下具有改进的冷却效率的swir系统。
技术实现要素：
4.根据本发明，用于浮式生产单元的海水引入立管系统包括至少两个沉箱、提升泵以及集水槽，其中，当该至少两个沉箱安装到浮式生产单元的船体时，每个沉箱的高度与浮式生产单元的船体的竖直高度基本上相等并在使用期间从与船体的底侧相距最小预定距离处延伸到至少吃水线，每个沉箱包括开口顶侧和底侧中的通孔；提升泵布置在沉箱中的每个内部并具有在具有预定的最小浸没度的竖直距离处的入口，并适于将冷水从沉箱泵送至浮式生产单元，以供浮式生产单元的生产设备用作冷却介质，以及集水槽附接到沉箱中的每个的底侧，使得沉箱的每个通孔与集水槽内部的容积流体连通，当安装时，集水槽位于船体的底侧与至少两个沉箱之间，并且在底侧中具有通孔，并且可连接到立管的上端部。
5.在使用期间，提升泵定位成使其入口在吃水线下方预定距离处。在正常的泵送操作期间，沉箱中的水位低于外部的水面，从而产生压力差，使水从立管通过集水槽流入沉箱中，在该集水槽处，使用提升泵将水泵送至甲板上的顶侧设施。置于沉箱与船体的底侧之间的集水槽保持恒定的水体，该集水槽用作底侧处的水流入与提升泵的水流出之间的缓冲容积。在fpu周期性的波动运动下，立管内部的水压力将自然地上下移动，这将导致沉箱(如果直接连接到立管)内部的水位上升和下降。在集水槽的固定容积内，这种移动是不可能的，
导致在沉箱底侧的通孔处的更稳定的压力，限制沉箱内的水位移动。此外，由于多个沉箱连接到集水槽的顶侧，沉箱具有与集水槽的最大宽度除以连接到集水槽的沉箱的数量相等的宽度，减小的宽度有效地减小了水可移动的距离，在每个相应的提升泵周围建立单独的水柱并减少了每个提升泵周围的水位的变化。基于所需的设计流速并且为了防止提升泵干转并遭受随后的压力损失，确定泵的浸没度和立管直径。由于每个提升泵周围的水位变化的减小，在与沉箱的底侧相距预定最小距离处的压力变化减小。在集水槽中在与沉箱的底侧相距预定最小距离处与底侧中的通孔之间存在恒定水体，随后调平各个水柱之间的任何压力差。因此，由于集水槽中存在恒定体积的水并且在提升泵周围使用单独的沉箱，集水槽的通孔和提升泵的入口周围两者处的压力变化都显著减小，导致swir系统具有更恒定的操作效率，基本上与海况和立管尺寸无关。
6.通常，立管具有至少0.75m(但优选至少1m)的相对大的直径，以允许仅使用单个swir系统引入足够的水。提升泵中的每个的入口与吃水线之间的距离优选地为至少10米，这通过对具有集水槽的swir系统的液压研究来控制和预定。
7.此外，由于沉箱的高度与船体的竖直高度基本上相等，并且其底侧基本上靠近船体的底侧，沉箱的开口顶侧与甲板的高度基本上相同。因此，可容易地接近沉箱的内部，使得将立管连接到沉箱(立管与沉箱分离)更容易并且即使在离岸时也可提供维护和修理。
8.根据实施方式，沉箱和集水槽设置有安装元件，该安装元件用于将沉箱和集水槽与船体相距预定距离安装到船体外部，集水槽的底侧基本上靠近船体的底侧。
9.底侧处于船体的底侧处或靠近船体的底侧，允许集水槽可具有与船体底部平行的下表面。将swir系统安装在与船体相距一段距离处，允许系统悬挂在fpu柱的外侧，而不会贯穿到fpu船体中。因为沉箱可与fpu分开生产，这使得swir系统的制造更容易，并且甚至改装到现有的船舶中。
10.根据另一实施方式，立管的上端部可拆卸地安装在沉箱的通孔中，立管具有自由的相对的下端部，该下端部设置有滤网进水口，立管适于将水从进水口输送到沉箱中。
11.根据另一实施方式，立管为至少300m长。
12.通过使用较长的立管，较深处的较冷的水由立管够到并输送到沉箱中用作冷却水。在海洋的表面层下方，水温以每100米约1.5
°
下降，直到达到约4℃的温度。
13.使用较冷的冷却水导致在顶侧生产设备处需要较少的冷却水来达到相同的冷却量。在较低的冷却水量要求下，顶侧关键设备(诸如，燃气涡轮/冷却介质/提升泵等)的减少是可能的，导致顶侧重量的节省和设备占地面积的减少，这又可减少fpu的碳排放。
14.根据实施方式，海水引入立管是基本上柔性的立管，在下端部设置有压载物。
15.管的柔性允许管随着海的运动而移动，而不会将大载荷传递到沉箱。通过下端部处的压载物，管保持基本上竖直，防止过应力弯曲，以及将立管的入口保持在预定的水深处，确保由立管输送到沉箱中的水大致处于平台设施的冷却系统的设计温度。
16.根据另一实施方式，海水引入立管包括至少一个加强管和主体标准管串，其中，加强管的第一端部装配到沉箱的通孔中，主体标准管串的第一端部连接到加强管的第二端部，串的长度配置为具有大的自支撑长度。
17.大的自支撑长度应当理解为当管浸没在水中时，管具有几乎中性的浮力重量。因此，主体标准管串向海水引入立管增加了相对低的附加重力分量，允许主体标准管串基本
上不需要来自沉箱的任何显著的附加结构强度以及到沉箱的连接。连接到第二管的主体标准管串的长度与整个立管长度减去第一管和第二管的长度相等。常规管具有约12m的长度。
18.加强管的强度和刚度比主体标准管串更高，使得加强管能够将载荷从主体标准管串和其进水口处的压载物转移到集水槽中，并且最小化从fpu转移到主体标准管的swir串的任何大的弯曲力矩。
19.根据另一实施方式，主体标准管串包括具有属于一组聚合物的高比强度的材料。
20.该组聚合物包括聚丙烯和聚乙烯。管优选地包括hdpe，这使得当填充有水时形成基本上具有浮力的主体标准管串，允许hdpe管被制造为单个管长度。
21.主体标准管串可被制造为单个长度，经由合适的联接器附接到第二管，或者由具有与常规管长度基本上相等的长度的管段构成。
22.如果主体标准管串被制造为主体标准管的单个串，则主体标准管串可在岸上制造并通过“拖船”运输到位于现场的fpu。为了安装在swir系统中，主体标准管串然后用压载物竖起。竖起的主体标准管的单个串用立管座和头拉入并锁入集水槽的底部中。安装过程涉及安装船舶。
23.或者，hdpe swir管可通过沉箱从生产单元自安装，而不涉及安装船舶。hdpe管重量轻，这允许用最小的重型设备处理hdpe管，大大降低了离岸安装成本和调度风险。在自安装期间，hdp管被制造成标准管，并在铺设区域中在顶侧上放在船上。标准管中的每个由起重机或其它提升在工具生产甲板上从铺设区域提升，放置在沉箱顶部开口处，下降并悬挂在专用工作平台上，用于与下一个标准管组装。每个下一个标准管段被提升并与前一管组装在一起，并且随后下降进入并通过沉箱和集水槽，直到达到所需的长度。最后，附接至少一个加强管，随后是立管座，swir管通过该立管座被锁定在集水槽的底部。
24.如果需要将立管断开，则可容易地将立管从形成沉箱的底侧的板上提升以便接近，从立管的顶部移除，并且通过底侧中的通孔将立管降低以便移除。
25.此外，本发明涉及包括上述海水引入立管系统的浮式生产单元，以及用于制造上述浮式生产单元的海水引入系统的方法。
26.有利的实施方式由从属权利要求进一步限定。
附图说明
27.下面将参考附图更详细地讨论本发明，其中
28.图1示出了根据本发明的实施方式的具有swir系统的浮式生产单元；
29.图2示出了根据本发明的实施方式的swir的剖面的剖视图；
30.图3示出了根据本发明的实施方式的swir的外部剖视图；
31.图4a和图4b示出了根据本发明的实施方式的swir的离岸安装的两个阶段。
具体实施方式
32.图1示出了根据本发明的实施方式的、具有swir系统100的浮式生产单元1。所示的浮式生产单元(fpu)1是具有至少两个浮式浸没柱5(在实施方式中具有四个浮式浸没柱5)的半浸没式生产单元，该浮式浸没柱5形成船舶的船体，浮式浸没柱5彼此间隔开并且在其上支撑具有生产设备10的甲板。柱5各自具有在柱的底侧与甲板之间延伸的总高度l。当停
泊在生产位置时，柱被部分地浸没，以便为生产单元提供预定的稳定性，从而使柱具有在柱的底侧与吃水线wl之间延伸的浸没吃水101。
33.swir系统100包括沉箱120、集水槽125和具有滤网进水口160的海水引入立管150。沉箱120是纵向结构，其在竖直方向上以纵向长度安装到fpu 1的柱5中的一个，并且其底侧连接到位于柱5的底侧处的集水槽125。
34.集水槽125是水容积槽，其顶部连接到沉箱120的底部并延伸到柱100的底侧，并且将海水引入立管150的上端部连接到集水槽125底部处的通孔。
35.海水引入立管150通过上端部连接到集水槽125的底侧中的通孔。在海水引入立管150的相对的下端部处，附接有滤网进水口160，该滤网进水口160布置为使得海水引入立管150能够将过滤的水(因此将没有例如碎屑和海水动物的水)输送到沉箱中。海水引入立管具有长度h，使得滤网进水口160处于水位wl下方约300m或更多。参考图2更详细地讨论沉箱120、集水槽125和海水引入立管150。
36.图2示出了根据本发明的示例性实施方式的swir 100的剖面的剖视图。swir 100被示出为包括彼此平行的三个沉箱120，还包括具有底侧128的集水槽125、三个提升泵140(每个沉箱中一个提升泵)和海水引入立管150，海水引入立管150包括第一加强管151、第二加强管152和主体标准管153串，并且海水引入立管150具有出口155和滤网进水口160，出口155通过集水槽125的底侧128中的开口连接到集水槽125，以及滤网进水口160与主体标准管153串的底部连接。
37.在可选实施方式中，swir 100可包括不同数量的沉箱，即，至少两个沉箱。
38.每个沉箱120在底侧123和开口顶部(未示出)中具有通孔。在实施方式中，沉箱具有大直径管的形状。在每个沉箱120内部，布置有提升泵140，该提升泵140在与集水槽的底侧128相距竖直距离141处具有入口。在swir系统的使用期间，提升泵140的入口与底侧128之间的竖直距离141小于底侧128与吃水线wl之间的竖直距离101。优选地，吃水线wl与每个提升泵140的入口之间的距离至少为10m，确保提升泵140的入口在各种海浪运动中尽可能地保持浸没。每个提升泵140具有连接到管道的出口，该管道在提升泵140和甲板上的工艺设施(这里未示出)之间延伸，并适于将水从沉箱120内部泵送至浮式生产单元，以供fpu的生产设备或fpu的冷却设备用作冷却介质。
39.沉箱布置为彼此相邻，从与船体的底侧相距预定最小距离126处向上延伸，但是在沉箱的使用期间至少延伸到吃水线wl。每个沉箱120布置有相关联的提升泵周围的单独的槽空间，具有相对窄的宽度，防止沉箱内的水由于船舶运动而可能出现到单个侧的大位移，否则该大位移可能导致提升泵140干转。
40.在沉箱120的下端部处，在三个平行沉箱120的整个宽度存在空间，该空间在船体的底侧与沉箱的端部123(该端部123与船体的底侧相距预定最小距离126)之间延伸，限定了集水容积或集水槽125。集水槽125用作沉箱的通孔与提升泵140周围的分隔容积之间的缓冲槽。
41.海水引入立管150在集水槽125底侧的通孔处可拆卸地附接到沉箱120，使得海水引入立管150的通孔与集水槽125的内部开口连接。海水引入立管150布置为基本上柔性立管，并以至少100米(优选地至少300米)的长度从柱100竖直悬挂进入深水中，允许海水引入立管150在海洋环境下随着fpu运动而移动到一定程度。海水引入立管150的顶部包括具有
第一管段151和第二管段152的一个或两个加强管。第一管(段)151通过立管座和头的方式装配到集水槽125的底侧128的通孔中，确保水只能通过海水引入立管进入沉箱。两个加强管151和152具有足够的轴向强度以承载整个海水引入立管系统重量和在海洋环境下由于fpu运动而产生的附加动态载荷。加强管是柔性软管型或应力连接型，以最小化在fpu与主体标准管153串之间传递的大的弯曲力矩。
42.主体标准管153串由高密度聚乙烯(hdpe)标准管构成，具有从沉箱向下到达显著深度的长度，优选至深海水下至少300米，并且主体标准管153串具有连接到第二管152的第二端部的第一端部。海水引入立管150在图1所示的滤网进水口160中或附近设置有压载。主体标准管153的hdpe串的尺寸和构造基于生产顶侧设备10的优化设计，该优化设计规定swir系统吸入(冷)海水处的水深，包括管道系统的水力研究和swir系统的全局动态行为。
43.沉箱120可以是具有内隔壁的大矩形槽从而在其中形成单独的沉箱，内隔壁包括焊接在一起的金属板。图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的swir 100'的外部剖视图。沉箱被示出为包括各自附接到构成集水槽125的段的三个竖直管124。集水槽125具有距底侧128的高度126(该高度126与图2中所示的集水槽的高度相对应)，并且在上侧处设置有封闭板127，该封闭板127具有与竖直管124的直径相对应的三个通孔。竖直管124各自具有固定地附接到封闭板127的下端部，每个竖直管容纳图2中所示的三个提升泵中的一个。竖直管124的下端部与图2中所示的下端部123相对应，以及竖直管124的壁有效地构成如图2中所示的分隔壁122。在这种配置中，分隔壁是外部可接近的，从而使得设计更容易制造。
44.立管座和头的可拆卸附接允许海水引入立管以相对简单的程序进行离岸安装和拆除，这可使用fpu的船载提升设备来执行。图4a和图4b示出了根据本发明的实施方式的swir的离岸安装的两个阶段。在两个图中示出了fpu 1，fpu还包括甲板上的起重机7和储存架6。沉箱120预先在岸上制造和安装并且附接到柱5中的一个，该沉箱设置有安装元件119，该安装元件119在与船体相距预定距离a处将沉箱向外安装到船体。在沉箱120的开口顶侧处，设置有具有专用工作平台的悬挂工具121。
45.图4a示出了海水引入立管的组件，其中，利用悬挂工具121和专用工作平台，在沉箱120的顶部处建立管道，并且管道朝向沉箱的底侧生长，最终延伸穿过底侧处的通孔。第一管段151、第二管段152和另外的管段设置有法兰连接。在第一步骤中，起重机7的提升链/线4附接到相应的法兰连接处，并且管段从储存架6提升到沉箱120的开口侧中，直到法兰由悬挂工具121支撑。然后，将提升线4从法兰连接拆下，返回到储存架6，用于将随后的管段从线架6提升到悬挂工具121中的管的正上方的位置，使得随后的管的第二管端部可附接到其法兰的第一端部。在将管段连接成管串之后，将串从悬挂工具121移除并降低到沉箱120中，直到上管的法兰放置到悬挂工具121中。重复这些步骤，直到获得主体标准管串的所需串长度。然后，如图4b中所示，将头附接到串的顶端部，并且串降低通过沉箱的底侧中的通孔，直到头放置在座中。
46.或者，为了离岸建立海水引入立管的整个长度，主体标准管的hdpe串可在岸上被制造为单个长度的管，并被运输到fpu的离岸位置。然后，使用船载起重机7将主体标准管的hdpe串的第一端部通过沉箱120的底侧中的通孔拉入悬挂工具121中，用于以类似于图4a所述的方式装配第一管和第二管以及其头。
47.上面已经参考如附图中所示的多个示例性实施方式描述了本发明。一些部件或元
件的修改和替换实现是可能的，并且包括在由所附权利要求限定的保护范围内。