收集容器、由收集容器和多相泵组成的系统以及用于分离和分配多相混合物的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201180033158.3 | 申请日 | 2011-04-27 | 公开(公告)号 | CN102971486B | 公开(公告)日 | 2015-05-20 |
| 申请人 | 约翰·海因里希·波内曼有限公司; | 发明人 | A·耶施克; G·罗尔夫林; J-U·布兰特; M·布雷德迈尔; M·赖希瓦格; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于来自 碳 氢化合物源的多相混合物的收集容器，其具有至少一个用于将多相混合物导入到所述收集容器（10，15）中的入口（20）和多个出口接管（30），所述出口接管能够连接在 泵 （3）上，通过所述泵泵送所述多相混合物，给所述出口接管（30）配置朝内指向的、超过收集容器底部（11）朝上突出的内装件（40），所述内装件具有一个第一上开口（42）和一个第二下开口（41），其中，所述下开口（41）的流动横截面小于所述上开口（42）的流动横截面。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于来自碳氢化合物源的多相混合物的收集容器，其具有至少一个用于将多相混合物导入到所述收集容器(10，15)中的入口(20)和多个出口接管(30)，所述出口接管能够连接在多相泵(3)上，通过所述泵泵送所述多相混合物，给所述出口接管(30)配置朝内指向的、超过收集容器底部(11)朝上突出的内装件(40)，所述内装件具有一个第一上开口(42)和一个第二下开口(41)，其中，所述下开口(41)的流动横截面小于所述上开口(42)的流动横截面，其特征在于，给所述下开口(41)配置可调节的节流或关闭装置。 |
||||||
| 说明书全文 | 收集容器、由收集容器和多相泵组成的系统以及用于分离和分配多相混合物的方法 技术领域[0001] 本发明涉及一种用于来自碳氢化合物源的多相混合物的收集容器，其具有至少一个用于将多相混合物导入到该收集容器中的入口。本发明还涉及一种由至少一个收集容器和多个连接在所述收集容器构成的系统以及一种用于在多个多相泵上分离和分配多相混合物的方法。 背景技术[0002] 在输送多相混合物、特别是碳氢化合物时导致变换的输送状况。碳氢化合物通常在混合物中被输送，在所述混合物中存在不同的聚集状态。除了固相例如沙子还存在液相和气相。所述相以不同的份额存在，其中，多相混合物的组成在宽范围上变化，从而不能预测什么时候并且多长时间输送所述多相混合物的哪些组分。由此会发生的是，在较长时间主要以液相份额进行输送之后在长时间间隔上输送气相份额，部分地直到仅仅输送气相。由此，不仅不知道时间点也不知道持续时间和多相混合物的份额比，这使得输送变难。 [0003] 开发碳氢化合物源的投资耗费极大。在此可能需要设置多个输送泵，例如当需输送的体积以一个结构尺寸在技术方面不能富有意义地输送时，例如因为所需的结构尺寸不存在或者因为适配于需求的结构尺寸在技术方面或在经济方面不是富有意义的。 [0004] 新输送领域仅仅在近几年才开发其最大生产，因此存在的问题是，在输送开始时一个相对小的结构尺寸可能就足够，但是这随着进一步运行会导致问题，如果一开始匹配的结构尺寸不再足够的话。因此存在的可能性是，运行多个泵单元，它们相互并联布置以便除了期望的冗余和失效保护之外还能够提供输送功率的可变性。在物流观点方面有意义的是，仅仅确定一个结构尺寸并且通过不同数量的并联的多相泵或者通过各个多相泵的相应输送量匹配达到令人满意的不同输送量需求。 [0005] 多相泵的冗余布置降低了失效风险、特别是完全失效的风险。转速可变的多相泵的使用在相应设计的情况下在常规运行中允许具有低转速的、降低磨损的运行，而在一个泵失效时，这个剩下的机组或这些剩下的机组能够以升高的转速很大程度上补偿输送流失效。 [0006] 在输送碳氢化合物时的多相混合物如上所述地由处于不同聚集状态中的不同物质组成，例如掺有沙子的水、气体冷凝物、原油、天然气或石油伴生气体，它们具有彼此不同的比重。如果所述多相混合物应该在多个多相泵上被分配，则存在均匀分配的问题，因为重物质例如液体优选落到设置在下部的排出通道中并且优选沿着侧向设置的排出通道流动。存在的问题是，在分支时必须确保输送组分的均匀分配，以便由此降低主要加载有气体份额的泵的温度载荷的提高。 [0007] 一个用于实现产品流的入口的均匀分配的可能性在于分配部位的水平的、严格对称的布置。这具有高位置需求、高重量和与此相关的高成本的缺点，此外必须总是存在2x数量的泵以便实现均匀的分配。在一个泵失效、设置不同类型的泵、在关停单个的泵或其他干扰时导致不均匀的分配，这会导致单个多相泵的过载。 发明内容[0008] 因此本发明的任务是，确保以足够的液体量尽可能均匀地并且长时间地供应所述多相泵，以便即使在长时间输送气相的情况下也降低温度载荷。 [0010] 根据本发明提出了一种用于来自碳氢化合物源的多相混合物的收集容器，其具有至少一个用于将多相混合物导入到所述收集容器中的入口和多个出口接管，所述出口接管能够连接在泵上，通过所述泵泵送所述多相混合物，本发明提出，给所述出口接管配置朝内指向的、超过收集容器底部朝上突出的内装件，所述内装件具有一个第一上开口和一个第二下开口，其中，所述下开口的流动横截面小于所述上开口的流动横截面。通过存在于收集容器中的内装件在比重方面利用液相和气相、特别是石油和天然气的不同特性，从而实现计量作用和期望的产品分配。气相可以相对无妨碍地流经上开口，而沉积在收集容器底部上的液相被收集并且通过相对小的下开口缓慢地引导至泵，所述泵将多相混合物输出。设置了一个公共的入口或多个入口，由此使得多相混合物可以流入到收集容器中。多相混合物可以例如直接从钻眼流入到收集容器中。在收集容器中进行气相和液相的由于重力引起的分离。液相沉积在收集容器的底部上，气相在液相上方在收集容器内部分配。通过大的上开口可将气相不受妨碍地引导至各个泵，所述泵以入口侧连接在所述收集容器上。同样，如果收集容器内部的液位足够高从而达到了上开口，液相也不受妨碍地流经上开口。在上开口下方形成液池，所述液体用液相并且必要时用固体物质填充。液池的排空通过内装件中的第二下开口进行，所述第二下开口优选设置在收集容器底部的水平上或者稍高于收集容器底部。由此，液相可以从收集容器穿过下开口流出并且到达相应的、连接在出口接管上的泵。由此确保的是，在长的时间间隔上、也就是直到液池排空为止，液相均匀地从所述收集容器通过相应的出口接管引导至相应的泵。通过在长的时间间隔上提供最小所需的液体量确保的是，在通过入口管仅仅输送气相期间也实现连接在出口接管上的泵的热稳定。通过引导至泵的液相进行在泵内部对于气相产生的压缩热的主要的输出。此外，在例如构造为螺杆泵的泵中实现润滑和存在于螺杆之前的间隙的密封。由此提高温度稳定性、螺杆的抵抗被输送的产品的压回的密封性和泵的耐用性。 [0011] 有利地提出，这个出口接管或这些出口接管倾斜朝下地或者垂直朝下地取向。由此使得液相通过出口接管的输出变得容易。此外，可以在出口接管上或中布置内装件，从而通过这种方式实现内装件中的下开口与相应的出口接管并且从而与相应的出口通道和连接在出口通道上的泵的对应。 [0012] 所述收集容器优选可构造为收集管或收集罐，所述收集容器的替代构型也是可以的。 [0013] 通过这样地布置内装件，使得其上开口垂直朝上地取向，则基本上确保的是，仅仅液相可以在该开口的水平的上方穿过大的上开口。 [0014] 为了能够通过下开口引起流体流的改变，可以给所述下开口配置可调节的节流装置或关闭装置，通过所述节流装置或关闭装置可以减小流动横截面或封闭所述开口。原则上也可以的是，上开口具有节流装置或关闭装置以封锁确定的出口或以期望的方式和方法影响流动特性。 [0015] 所述内装件能够可移动地和/或可转动地支承在所述收集容器中，以便实现对于不同要求的适配。内装件的可移动的支承导致液位的水平沉降或水平升高，对于内装件在收集容器中的可扭转的构型也是这样。在内装件倾斜布置的情况下，可通过扭转例如改变下开口的水平或横截面，对于内装件在收集容器内部的可移动的布置也是这样。 [0016] 所述内装件可构造为嵌入件，例如类似于篮子的、可调节的嵌入件，或者构造为空心区段、防溅板或导板，以便实现收集容器中的液池的形状并且实现通过内装件内部的开口在收集容器底部附近的受控制的排出。 [0017] 可以给所述内装件配置调节装置，通过所述调节装置能够从所述收集容器外部改变所述内装件中的上开口和/或下开口的自由流动横截面。通过所述调节装置可以在一个输送装置运行期间改变参数以便例如能够关停单个的泵、供应更大量的液相或者降低输入的液相的量。 [0018] 优选所述收集容器闭合地构成以便能够使用内压力来支持输送。特别是可设置过压阀，以便在超过最大压力时避免容器结构的失灵。 [0019] 可以在内装件、出口接管和/或出口管路上设置截止装置，以便能够截止单个的、连接在收集容器下游的泵。由此可以毫无问题地维护所述泵。同样还可以通过截止单个的泵使输送功率适配于期望的输送量。 [0020] 在所述收集容器中可以设置分离装置，所述分离装置使气相与液相分离。所述分离装置可以是旁通装置、迷宫式密封装置、分离器或流动阻碍装置。同样，所述分离装置也可以通过流动横截面的扩宽来构成，以便使得由于重力引起的分离变得容易。在收集容器中优选实现最大0.5m每秒的流动速度，可以设置相应的用于遵守多相混合物的该流动速度的装置，例如节流装置或类似装置。通过在储存容器的入口侧限制流动速度可以调节最大速度。为了能够遵守该流动速度，所述收集容器相应大地设计。 [0021] 从出口接管通往泵、特别是多相泵的出口管路被这样设计，使得出现相对高的至少3m每秒的流动速度，以便在管路内部避免分离。 [0022] 本发明的由至少一个收集容器和多个连接在所述收集容器上的多相泵组成的系统允许在输送流量大时在使用连接的多相泵的标准结构尺寸的情况下并联运行并且允许输送量的可变性。通过冗余的、不在其功率极限上运行的泵可以实现总系统的可用性的最大化，因为在一个并联连接的泵失效时可以由其他的泵承担该失效。 [0023] 除了在出口侧通过并联连接的泵直接输送之外，还可以在收集容器的入口侧设置至少一个入口-多相泵，其中，由至少一个连接管将一个管路从收集容器引导至入口多相泵的入口侧，以便在入口泵侧允许液相的再循环。由此可以增大入口-多相泵的热稳定性。 [0024] 可以设置一控制装置，其与设置在多相泵上的传感器和调节装置耦合并且基于传感器值引起所述下开口的流动横截面的调节。如果例如在单个的多相泵上发现太高的温度，则可以通过增大下开口的横截面将增高的液体量供应给待输送的多相混合物，以便将在多相泵内部出现的热能从泵系统中排出。替代地或者同时，可进行气体份额的降低，以便降低新产生的压缩热的量。 [0025] 用于在多个多相泵上分离和分配多相混合物的方法提出，所述多相混合物被导入到收集容器中并且借助于分离装置分离，其中，分离后的液相被计量地引导至各个多相泵。在此，收集容器可以构造为单独的收集容器，多相混合物从一个源直接导入到该收集容器中。替代地，多相混合物由一个泵导入到一个单独的收集容器中并且接着通过另外的泵来泵出，最终存在的可能性是，收集容器构造为多相泵的一部分并且从那里将以计量方式分离的液相引导至其他泵。由此可以通过并联布置的泵的横向连接确保液相的最小供应，如果在一个或多个泵内部收集了足够的液相并且所述液相然后被受控地引导至另外的、输送较少的液体份额的泵的话。待输送的液体份额可通过传感器求得，从而基于传感器数据调节分离出的液相从泵的压力侧向所要求的泵的抽西侧的供应，所述传感器检测例如温度、气体量或液体量、压力和类似参数。 [0026] 所述多相混合物可以在所述收集容器中通过流入的多相混合物的流动速度的降低被分离，例如其方式是，增大流动横截面。由此进行液相和气相的由于重力引起的分离。 [0027] 可以将分离出的液相引导至在入口侧沿输送方向设置在所述收集容器前面的泵从而进行再循环。导入的液相的量可分别根据传感器参数调节，例如基于输送的液相或基于温度值来调节。 附图说明[0028] 下面借助于附图详细阐述本发明的实施例。 [0029] 图1是输送设备的总图； [0030] 图2是管形收集容器的图示； [0031] 图3至6是不同收集容器的剖视图； [0032] 图7是桶形的收集容器； [0033] 图8是具有倾斜的出口接管的剖视图； [0034] 图9是具有垂直的出口接管的剖视图； [0035] 图10是具有阀的剖视图； [0036] 图11是具有封闭和计量装置的剖视图；以及 [0037] 图12是输送设备的线路图。 具体实施方式[0038] 在图1中示出用于多相混合物的输送设备，其具有多个并联布置的多相泵3，所述多相泵分别布置在一个基座上。所述多相泵3具有一个入口2和一个出口7。一个管路从所述出口7通往一个收集容器15，从所述收集容器起，收集的混合物通过通常构造为螺杆泵的多相泵3收集并且通过一个出口17输出。所述多相泵3的入口侧2与一个收集容器10的出口通道30连接。所述收集容器10具有一个入口20，多相混合物被引导通过所述入口，所述多相混合物通常由水、沙子、石油、天然气和伴随气体构成。所述入口20可以直接通往一个钻眼，必要时可以在所述入口20前面连接一个泵装置。如果所述多相混合物的泵送由于存在的内压力不足够，则设置一个旁路16，所述旁路将所述入口20直接与所述出口-收集容器15连接。 [0039] 在收集容器10中设置内装件，所述内装件配置给相应的出口接管30，通过所述出口接管确保各个泵3彼此间的经计量的液相导入。也被称为入口-头管的收集容器10收集来自所述源的多相混合物并且将其均匀的分配给各个多相泵3。入口-收集容器10在所示的实施例中基本上水平地定向并且构造为管，从而进行多相混合物的各个组分的由于重力引起的分离。较重的部分、也就是固体和液相在收集容器10的底部上聚集，而较轻的组分在液相和固相的上方聚集。 [0040] 在图2中以个别图示出收集容器10。所述收集容器10作为管形的基体设有一个入口20以及多个出口接管30，所述入口在所示的实施例中构造为90°接管，所述出口接管通往所述多相泵。收集容器10基本上模块式地构成并且设有管形的基体，在所述基体的端部上设置螺旋法兰。在所述螺旋法兰之间的管体中设置出口接管30，在出口接管30对面设置入口法兰31，通过所述入口法兰例如将一个嵌入件放入到所述出口接管30中并且定向。具有入口接管的入口20可以要么焊接上要么螺接上。所述入口可以设有T形三通作为螺旋法兰，从而其可以旋拧在收集体10的两个管区段之间。通过螺旋结构方式可以将几乎任意数量的出口接管30彼此并联，从而使得可以将相应大量的泵连接在收集容器10上。同样也可以的是，在不同的部位上设置入口20，所述入口简单地旋拧在两个管区段之间。 [0041] 多相混合物的流动曲线通过箭头示出，上箭头示出多相混合物通过入口20的进入，配置给出口接管30的下箭头示出被分配的多相混合物通过出口接管30分别被导出。在所示的实施例中，出口接管30斜向下取向并且在收集容器10的最深部位处通入，从而使得在收集容器10中沉积的所有液相可容易地通过出口接管30输出。 [0042] 在图3中示出收集容器10的构型的变型方案。具有90°入口接管的入口20旋转90°地示出。如通过箭头所示，多相混合物通过所述入口20进入到收集容器10中。在该入口20中可设置用于影响涡旋的装置以便尽可能均匀地分配所述多相混合物。 [0043] 在构造为管段的排列布置的收集容器10内部设置内装件40，所述内装件配置给所述出口接管30。一个管形的嵌入件40被放入到所述出口接管30中。该嵌入件40可转动地布置在收集容器10中并且具有一个下开口41和多个上开口42，所述上开口分别在收集容器底部11的水平面上方延伸。通过入口法兰31可以进行所述嵌入件的扭转。所述嵌入件40可更换地设置在所述收集容器10内部，从而使得通过更换为另外的嵌入件可以改变几何形状。 [0044] 在图3中在左侧在第一出口接管3旁边设置一个另外的内装部件40，所述内装部件呈防溅板的形式。所述防溅板固定在所述管区段的两个螺旋法兰之间。在这里也设置一个下开口41，所述下开口具有比上开口42小的流动截面。所述防溅板可以在两个管区段之间安装在不同的位置中，以便能够调节防溅板与入口20之间的液池的水平。 [0045] 在图3中在左侧在防溅板旁边设置一个另外的出口接管30，其具有可转动的嵌入件40，所述嵌入件同样具有一个下开口41和多个上开口42，所述上开口具有比下开口41大的直径。所述嵌入件40可以从外部通过所述出口接管30扭转，从而使得可以实现所述开口41、42的位置并且必要时其直径横截面的调节。 [0046] 在右侧在所述入口20旁边示出一个另外的防溅板作为内装部件40，其具有一个上开口42和一个下开口41，所述下开口通往一个出口接管30。通过所述收集容器10的按照图3的构型可以的是，在收集容器10内部储备液池，所述液池最大一直达到上开口42的高度。视下开口41的尺寸设计和收集容器10的容量而定，由此确保的是，在相对长的时间间隔上只能将少量液体通过出口接管30导出，从而使得连接在所述出口接管30上的泵、特别是螺杆多相泵始终以最小的液体份额设有输送流。所述最小的液体份额对螺杆泵中的输送元件之间的由于结构引起的间隙进行密封。该密封是必要的，由此使得所述泵可输送气体，否则所述气体会不受妨碍地通过所述间隙流回。此外，所述最小的液体流用作用于将在输送气体时产生的压缩热从泵中导出的冷却介质。 [0047] 在图4中示出本发明的一个变型方案。一个竖直取向的分隔板50设置在所述收集容器10内部。一个涡旋影响装置21可以设置在所述入口20中。所述竖直的分隔板50用于将通过所述入口20进入的多相流进行第一分配。通过这种方式在纵向延伸的右侧和左侧进行多相流的第一分配。在收集容器10的下端部上，在分隔板50的两侧设置出口接管30，所述出口接管分别通往一个泵。在所述分隔板50内部设置补偿窗52，以便允许溢流。所述补偿窗52设置在所述分隔板的下部区域中，由此很大程度上使液相在收集容器的两个室之间交换。在图4右边的剖视图中可看出，设置作为内装件40倾斜地伸入到相应室中的接管，所述接管在其配置给收集容器底部11的下端部上具有小孔41，通过所述小孔将最小的液体流供应给相应的泵。上开口42通过所述接管的直径构成。 [0048] 在图5中示出本发明的另一变型方案。内装件40在入口20的两侧设置一个垂直向上取向上开口42和一个布置在收集容器底部11的区域中的下孔41。在两侧在第一出口接管30旁边布置防溅板40，所述防溅板同样具有一个上开口42和一个下开口41。在右边，在右边的防溅板40旁边设置一个另外的出口接管30，其通往一个另外的泵。所述防溅板40由此配置给布置在右边的出口接管30并且使得液相的仅仅一个经计量的量穿过下开口41到达右边的出口接管30。 [0049] 图6示出本发明的另一变型方案，其中，设置多个出口接管30。所述出口接管30向上取向地构造并且可旋转地支承在收集容器10上。通过可旋转性，可以基于接管30外侧上的安装的螺纹45实现高度调节。所述高度调节通过双箭头示出。左边的出口接管30具有一个90°角度件作为内装部件，入口侧通过一个板封闭，所述板具有下部的小开口41和一个上部的大开口42。通过这种构型也在收集容器10内部形成一个池。所述内装件40向下移位的程度越大，则可输出的液相（所述液相沉积在所述收集容器底部11上）就越多。 [0050] 右边的出口接管31同样是高度可调地通过螺纹45支承在收集容器10上。在收集容器侧的端部上设置一个U形的接头，在所述接头的下侧上设置一个小孔41，所述小孔朝所述收集容器底部11的方向取向。较大的开口42通过所述U形管的敞开的、向下指向的横截面构成。 [0051] 在图7中示出本发明的另一变型方案。在具有用于影响涡旋的装置的入口20后面设置一个塔90，所述塔有利于液相和气相的分离。在此桶形地构成的收集容器10在其底部11上例如具有五个出口接管30，弧形管形式的内装件40连接在所述出口接管上。上开口42水平地取向并且在此向着收集容器10的外壁指向，上开口42的其他取向当然也是可以的。下开口41在收集容器底部11的区域中设置在内装件40中。 [0052] 在图8中示出所述出口接管30以及篮形内装件40的倾斜布置。上开口42构造为缝隙状的长形孔，下开口42设置在管形的收集容器10的底部区域中。通过调节装置45可以从外部进行扭转，从而使得可改变下开口41的取向。 [0053] 在图9中示出本发明的一个变型方案，其具有垂直向下取向的出口接管30。内装件40具有一个垂直向上取向的上开口42和一个设置在所述管形收集容器10的最深点处的下开口41。内装件40在此也是可旋转地构成，以便视姿态而定实现下开口41的横截面改变。在所示的位置中，开口41完全打开，在旋转90°的情况下进行流动截面的最大程度的降低，必要时直到关闭。 [0054] 图10示出本发明的另一变型方案的示意图，其中，给下开口41处的内装件40配置一个可调节的节流装置62或一个可调节的阀，对于上开口42也是这样，其中，所述可调节的阀或计量和关闭装置62、72仅仅示意性示出。计量和关闭装置62、72在图10中仅仅出于更清楚起见在收集容器10外部以管路示出，事实上在内装件40中设置具有计量和关闭装置62、72的开口41、42，从而不存在管路，而是被输送的产品从收集容器10中通过开口41、42进入到内装件40中并且出口接管30输出。 [0055] 在图11中示出计量和关闭装置60、70的设计构型，其配置给开口42、41。所述计量和关闭装置60、70可从外部操纵，视所述计量和关闭装置60、70的姿态而定可以部分地或完全地封闭相应的开口41、42以便例如禁止通过出口接管30输出待输送的产品。由此简化了连接在后面的泵的维护。 [0056] 图12示出多个多相泵3的示意性布置，其以并联连接布置在两个收集容器10、15之间。第一收集容器10具有一个入口20并且设有总共四个出口接管30，具有开口的内装件在图中没有示出，但是在收集容器10中是存在的。阀6连接在所述出口接管30上，通过所述阀可改变流经连接在出口接管30上的管路的流量。存在的可能性是，完全关闭所述管路。在所述阀6后面设置多相泵3，通过所述多相泵将多相混合物从收集容器10中泵出。一个管路（在该管路中设有一个另外的阀4）从所述泵通往第二收集容器15，所述第二收集容器也可以被称为出口收集容器。出口收集容器15也可以具有一个或多个内装件，所述内装件具有一个上部的和下部的开口，如上面所述的那样。一个配备有一个阀8的回输管路5从所述出口筹集容器15通往相应泵3的入口侧，这导致分离出的液体从收集容器15向相应多相泵3的入口侧的循环。通过这种方式对于通常的螺杆泵3提供所需的最小液体量，从而即使在气体量高和长时间仅仅输送气体相的情况下不仅建立足够的压力而且可导出压缩热。一个出口接管30从所述出口收集容器15通往一个再传送或再处理装置。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈