用于湿气体的海下压缩的液环式压缩机 |
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| 申请号 | CN201110320199.2 | 申请日 | 2011-10-11 | 公开(公告)号 | CN102444579A | 公开(公告)日 | 2012-05-09 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | C·奥尔伯格; A·K·辛普森; J·D·弗里德曼; V·米克莱西; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于湿气体的海下压缩的液环式 压缩机 。具体而言，本公开针对液环式压缩机，其可用于从湿气体移除液体和/或压缩湿气体。在一个 实施例 中，液环式压缩机(22)包括轴(64)、主体内壳体(62)以及入口(42)，主体内壳体(62)围绕轴(64)布置以便在轴(64)与主体内壳体(62)之间形成腔室(72)，并且入口(42)构造成用以从湿气体移除部分液体并将湿气体引导到腔室(72)中。液环式压缩机(22)还包括 叶轮 (66)，叶轮(66)可旋转地布置在腔室(72)内并构造成用以将湿气体中的液体的剩余部分朝主体内壳体(62)引导出，以便在腔室(72)内形成液环(96)来压缩湿气体。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种液环式压缩机(22)，包括： |
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| 说明书全文 | 用于湿气体的海下压缩的液环式压缩机技术领域[0001] 本文所公开的主题涉及液环式压缩机，并且更具体地涉及可用于在海下环境中压缩湿气体的液环式压缩机。 背景技术[0002] 在海下处理中，油和/或气体可使用位于海床而非固定平台或浮动平台上的设备来处理。海下处理在当水面上设备可能遭受恶劣条件的极端环境中特别有用。此外，海下处理可提供增加的产量，以及在开发期间减少上部设备花费。海下泵送和/或增压工位通常用于将井流体从海床输送至浮动平台或陆基生产设施来以用于进一步处理。海下工位可使用一个或多个压缩机，压缩机结合泵操作以便提供用于将井流体输送至水面的动力。发明内容 [0003] 在第一实施例中，一种液环式压缩机包括轴、主体内壳体、入口以及叶轮，主体内壳体围绕轴布置以便在轴与主体内壳体之间形成腔室，入口构造成用以从湿气体移除部分液体并将湿气体引导到腔室中，并且叶轮可旋转地布置在腔室内并构造成用以将湿气体中的液体的剩余部分朝主体内壳体引导出，以便在腔室内形成液环来压缩湿气体。 [0004] 在第二实施例中，一种液环式压缩机包括轴、内壳体、叶轮、孔口、气体出口以及液体出口，内壳体围绕轴布置以便在轴与内壳体之间形成腔室，叶轮可旋转地布置在腔室内并构造成用以将液体朝内壳体引导出，以便在腔室内形成液环来压缩湿气体，孔口构造成用以从液环移除部分液体，气体出口联接到腔室上以便从液环式压缩机引导压缩的湿气体，并且液体出口联接到孔口上以便从液环式压缩机引导液体的移除部分。 [0006] 当参照附图来阅读下述详细描述时，本发明的这些与其它特征、方面和优点将变得更好理解，所有附图中的相似标号表示相似部件，在附图中： [0007] 图1绘出了可使用液环式压缩机的海下压缩系统的一个实施例； [0008] 图2为可用于图1的海下压缩系统中的液环式压缩机的一个实施例的透视图； [0009] 图3为图2的液环式压缩机的截面图； [0010] 图4为可用于图1的海下压缩系统中的液环式压缩机的另一实施例的截面图； [0011] 图5为在内壳体中包括除液孔口的液环式压缩机的一个实施例的透视图； [0012] 图6为在内壳体中包括除液孔口的液环式压缩机的另一实施例的透视图； [0013] 图7为在端板中包括除液孔口的液环式压缩机的一个实施例的截面图；以及[0014] 图8为在端板中包括除液孔口的液环式压缩机的另一实施例的截面图。 [0015] 项目清单 [0016] 10压缩系统 [0017] 12生产区 [0018] 14海床/洋床 [0019] 16生产设施 [0020] 18水面 [0021] 20增压工位(boosting station) [0022] 22液环式压缩机 [0023] 24常规压缩机 [0024] 26流线(flow line) [0025] 28液体流线 [0026] 30产出流体流线 [0027] 32压缩蒸气流线 [0028] 34轴 [0030] 38旁路流(bypass line flow) [0031] 40主体 [0032] 42入口区段 [0033] 44内壳体 [0034] 46外壳体 [0035] 48腔室 [0036] 50流体 [0037] 52内部 [0038] 54开口 [0039] 56移除的液体 [0040] 58剩余流体 [0041] 60外壳体 [0042] 62内壳体 [0043] 64轴 [0044] 66叶轮 [0045] 67箭头 [0046] 68板 [0047] 69板 [0048] 70腔室 [0049] 71板 [0050] 72腔室 [0051] 74腔室 [0052] 76腔室 [0053] 78分隔件 [0054] 80箭头 [0055] 82箭头 [0056] 84箭头 [0057] 86开口 [0058] 88箭头 [0059] 90开口 [0060] 92开口 [0061] 94开口 [0062] 96液环 [0063] 98开口 [0064] 100开口 [0065] 102轴 [0066] 103箭头 [0067] 104板 [0068] 106开口 [0069] 108开口 [0070] 110板 [0071] 112开口 [0072] 114开口 [0073] 116开口 [0074] 118开口 [0075] 120板 [0076] 122开口 [0077] 124板 [0078] 126开口 具体实施方式[0079] 下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实现方式的所有特征。应当认识到，在任何这些实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多实现方式特定的决定以实现开发者的特定目标，例如遵循系统相关和商业相关的限制，其可从一个实施方式到另一实施方式变化。此外，应当认识到，这样的开发工作可能很复杂且耗时，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、生产和制造的常规任务。 [0080] 在介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且意味着可存在除了所列元件之外的额外元件。 [0081] 本公开针对海下压缩系统，该系统使用液环式压缩机来压缩具有较大液体体积率(LVF)的湿气体。根据某些实施例，湿气体的LVF为从0％至5％，以及其间的所有子范围。更具体而言，湿气体的LVF可为至少0.1％。此外，根据某些实施例，湿气体的LVF可仅略大于0.1％。湿气体内的液体由本文所述的液环式压缩机使用，以便形成液环，该液环提供液环式压缩机内的湿气体的正位移。与湿气体分开以形成液环的至少一部分液体可通过液环式压缩机壳体中的开口移除。因此，除压缩湿气体之外，液环式压缩机还可用于使液体与湿气体分开。在某些实施例中，液环式压缩机可在常规压缩机(例如离心压缩机、径向压缩机或螺杆式压缩机)的上游使用，以便减少进入常规压缩机的液体量。根据某些实施例，液环式压缩机可在常规压缩机的上游使用以便替代蒸气-液体分离器，蒸气-液体分离器相比于液环式压缩机增加操作复杂性和成本。此外，液环式压缩机可设计成用以通过减少进入常规压缩机的液体量的波动来调节进入常规压缩机的湿气体的流。 [0082] 图1绘出了海下压缩系统10的一个实施例，海下压缩系统10提供用于将流体(例如天然气)从海床或洋床14上的产生区12输送至位于水面18上的生产设施16的压力。根据某些实施例，生产区12可包括位于海床或洋床14上的一个或多个井。生产设施16可在海面或海洋表面18浮动，或者可位于陆地上。压缩系统10可位于增压工位20处，增压工位20将流体从生产区12引导至生产设施16。增压工位20可连接到单个井上，或者可为从多个井收集流体的歧管的部分。 [0083] 压缩系统10包括位于常规压缩机24上游的液环式压缩机22。根据某些实施例，常规压缩机24尤其可包括离心压缩机、径向压缩机、螺杆式压缩机或螺旋同轴压缩机。在某些实施例中，常规压缩机24可代表多级常规压缩机。此外，在某些实施例中，液环式压缩机22可代表多级液环式压缩机。此外，在其它实施例中，可省略常规压缩机24。在这些实施例中，压缩系统10可包括一个或多个液环式压缩机22并且可排除常规压缩机24。 [0084] 压缩系统10通过流线26接收产出流体，流线26将生产区12连接至液环式压缩机22。进入液环式压缩机22的产出流体为具有相对高的LVF的湿气体，在某些实施例中，该LVF可为大约0.1％至5％，以及其间的所有子范围。根据某些实施例，对于进入液环式压缩机22的压缩部分的湿气体的LVF而言期望的是仅略高于0.1％。例如，在某些实施例中，对于进入压缩腔室的湿气体的LVF而言期望的是在0.1％与0.2％之间，或更特别地在0.10％与0.15％之间。然而，在其它实施例中，对于进入压缩腔室的湿气体的目标LVF而言可取决于一些因素(例如液环式压缩机的设计、湿气体的初始LVF，以及操作压力)变化。根据某些实施例，如下文参照图2进一步描述的那样，如果湿气体的LVF大于仅略高于0.1％，部分液体可在湿气体进入压缩腔室之前从湿气体移除。例如，在某些实施例中，部分液体可在到液环式压缩机22的入口内和/或液环式压缩机22的上游移除。 [0085] 在液环式压缩机22内，湿气体内的至少一部分液体与湿气体分开以形成液环，液环提供产出流体内的气体的正位移来压缩气体。根据某些实施例，气体可在液环式压缩机22内被压缩。然而，在其它实施例中，液环式压缩机22内可发生极少的压缩或没有压缩。 在这些实施例中，液环式压缩机22可主要用于将液体与湿气体分开。离开液环式压缩机22的产出流体可具有低于进入液环式压缩机22的湿气体的LVF。根据某些实施例，湿气体的LVF可减少大约20％至100％，以及其间的所有子范围。 [0086] 流线28连接到液环式压缩机22上以便从液环式压缩机22移除液体。例如，来自液环的至少一部分液体可通过液体流线28引导至生产设施16。在某些实施例中，通过液体流线28移除的液体的量可取决于进入液环式压缩机22的湿气体的LVF。例如，当LVF相对高时，与LVF相对低时相比，可移除更多的液体。此外，当LVF相当低时，例如大约0.5％至1％或更小，可能没有液体通过液体流线28移除。在其它实施例中，液体流线28可连接到增压泵上而非连接到生产设施16上，增压泵将移除的液体喷射到增压工位20的排放歧管中，在那里液体可与离开增压工位20的产出流体结合。 [0087] 来自液环式压缩机的产出流体通过流线30移除，流线30将产出流体(主要为气体)从液环式压缩机22引导至常规压缩机24。在常规压缩机24内，产出流体被压缩以提供将产出流体从增压工位20引导至生产设施16的压力。根据某些实施例，增压工位20可设计成用以补偿沿流线26、28和32发生的压力损失。压缩的产出流体通过流线32离开常规压缩机24，流线32将压缩的产出流体引导至生产设施16。 [0088] 如图1中所示，常规压缩机24和液环式压缩机22以垂直构造布置，并且由连接到马达36(例如变速驱动装置)上的公共轴34驱动。根据某些实施例，常规压缩机24和液环式压缩机22可容纳在单个整体外壳内。然而，在其它实施例中，常规压缩机24和液环式压缩机22可容纳在单独的外壳内。此外，在某些实施例中，常规压缩机24和液环式压缩机22可由齿轮箱所连接的单独的轴驱动。在还有其它实施例中，常规压缩机24和液环式压缩机22各自可由单独的轴和马达驱动。 [0089] 在某些实施例中，旁路流线38可被包括在压缩系统10内，以便将产出流体从生产区12直接引导至常规压缩机24，从而绕过液环式压缩机22。当产出流体内存在少量液体时，可使用旁路线38。然而，在其它实施例中，可省略旁路线38。此外，在某些实施例中，在增压工位20内可包括其它设备(尤其是例如泵和控制件)。该设备可通过脐带式连接件连接到动力和通信供给上。例如，在某些实施例中，增压工位20可从连接到岸上动力供给或平台动力供给上的脐带接收动力。 [0090] 图2绘出了液环式压缩机22的一个实施例。液环式压缩机22包括主体40和入口区段42，入口区段42将湿气体引导到主体40中。入口区段42包括布置在外壳体46内的内壳体44，以便在壳体44和46之间形成腔室48。来自流线26(图1)的产出流体可如由箭头50大致所示的那样进入入口区段42。具体而言，产出流体可被引导到内壳体44的内部52中。当产出流体流过内部52时，被包括在产出流体内的部分液体可流过内壳体44的开口54，以便从内部52流入腔室48中。根据某些实施例，入口区段42可以一定倾斜而布置以便促进液体与产出流体的分离。在某些实施例中，入口区段42可为环状蜗形入口(toroidal scroll inlet)或倾斜的立管。被收集在腔室48内的液体可如由箭头56大致所示的那样从液环式压缩机22移除。根据某些实施例，移除的液体可被引导至液体流线28，从而绕过液环式压缩机22的主体40。然而，在其它实施例中，移除的液体可被引导至单独的除液管线。此外，在某些实施例中，移除的液体可被引导至液环式压缩机22的腔室 70中，在那里液体可如由箭头88大致所示并且如下文进一步论述的那样从液环式压缩机移除。来自内部52的产出流体如由箭头58大致所示的那样进入主体40中。 [0091] 主体40包括围绕内壳体62布置的外壳体60，内壳体62围绕轴64布置。内壳体62联接到图1中所示的马达轴34上，以便相对于外壳体60和轴64旋转。叶轮66位于轴 64与内壳体62之间，并且联接到内壳体62上，以便允许叶轮66如由箭头67大致所示的那样与内壳体62一起旋转。板68和69位于主体40的端部上，以便在外壳体60与内壳体 62之间形成腔室70。板68从外壳体60延伸至内壳体62，并且板69从外壳体60延伸至轴64。板71还从内壳体62延伸至轴64，以便使包含叶轮66的腔室72与入口区段42内的液体收集腔室48密封。为了说明的目的，切除了部分板71来显示腔室72内的叶轮66。 在其它实施例中，一个连续的板(而不是两个单独的板68和71)可从外壳体60延伸至轴 64。入口区段42的外壳体46可联接到板68和/或板71上，以便将液环式压缩机的主体 40与入口区段42的液体收集腔室48内包含的液体密封。 [0092] 入口区段42的内壳体44可联接到主体40的轴64上，以便将产出流体从入口区段42的内部52引导至轴64内的入口腔室74。如图2中所示，轴64为中空的，并且包括由分隔件78分开的入口腔室74和出口腔室76。产出流体流过轴64的入口腔室74，并且可流过被包括在轴64中的开口以进入腔室72，如由箭头80大致所示的那样。在腔室72内，产出流体(主要是气体)可在叶轮66的叶片之间分散。然而，产出流体还包括少量液体，其也进入腔室72。在某些实施例中，产出流体可具有大约1.0％至1.1％的LVF。然而，在其它实施例中，进入腔室72的产出流体的LVF可取决于一些因素(尤其是例如液环式压缩机的设计、湿气体的初始LVF，以及操作压力)而更小或更大。 [0093] 如图3中所示，当液体流入腔室72中时，叶轮66的旋转可将离心力施加到液体上，从而将液体朝内壳体62引导出以便形成液环96。此外，当叶轮66旋转时，气体被形成于腔室72内的液环压缩。如由箭头82大致所示的那样，压缩流体从腔室72通过轴64中的开口流入出口腔室76中。如由箭头84大致所示的那样，压缩流体然后通过轴64的出口腔室76离开液环式压缩机22。如图1中所示，压缩流体可从液环式压缩机22流过流线30至常规压缩机24。 [0094] 根据某些实施例，当在腔室72内压缩产出流体时，产出流体内的液体可迅速进一步降低产出流体的LVF。此外，一些流体可变为形成于腔室72内的液环的部分。开口86(例如槽口)被包括在内壳体62内，以便从腔室72移除过多的液体。例如，来自液环的过多液体可流过开口86以被收集在内壳体62与外壳体60之间的腔室70中。如图3中所示，收集的液体可从腔室70流过布置在板69中的出口以离开液环式压缩机22，如由箭头88大致所示的那样。在其它实施例中，出口可布置在外壳体60中。此外，在另一些实施例中，出口可布置在板68中或板71中。在某些实施例中，液体可被引导通过板68或板71到入口区段42的液体收集腔室48中。如图1中所示，液体可从液环式压缩机22引导通过流线28。 [0095] 如图所示，开口86被描绘为沿内壳体62间隔开的槽口。然而，在其它实施例中，开口86的大小、形状和/或间距可改变。例如，在某些实施例中，开口86尤其可为圆形、矩形或三角形。开口86还可布置成任意构造或图案构造。此外，在某些实施例中，开口86可设计成具有截面区域，该截面区域设计成在恒定的操作条件下从腔室72获得恒定体积流或质量流的液体。开口86在内壳体62上的位置还可选择成使得在恒定的操作条件下获得期望的液体量。然而，在某些实施例中，开口86可在特定操作条件(例如像最大的可能压力比)下战略性地定位以便稳定和/或改变液环的形状。此外，液环式压缩机22的操作参数(例如背压和/或叶轮66每分钟的转数)可变化以便改变获取的液体量。 [0096] 图3为图2中所示的液环式压缩机22的实施例的分解视图。在该实施例中，内壳体62与叶轮66一起旋转，并且产出流体通过轴64内的腔室74进入主体40。然而，在其它实施例中，如下文参照图4进一步描述那样，轴64可与叶轮一起旋转，并且产出流体可通过板(例如板104)中的开口进入主体40。 [0097] 如图3中所示，前板71包括开口90，开口90与轴64大致对准，以便允许产出流体从入口区段42的腔室48进入轴64。后板69包括开口92，开口92与轴64大致对准，以便允许压缩的产出流体从轴64的出口腔室76离开液环式压缩机22。后板69还包括开口94，开口94允许被收集在腔室70内的液体离开液环式压缩机22。 [0098] 如图3中所示，贯穿壳体60将主体40剖开来示出分隔件78，分隔件78将轴64的内部分成入口腔室74和出口腔室76。产出流体通过入口腔室74进入轴并且流过轴74中的开口98到形成于轴64与内壳体62之间的腔室72。在腔室72内，产出流体在叶轮66的叶片之间分散。轴64和叶轮66在内壳体64内偏心地布置，并且液环96与叶轮66形成压力密封。因此，当叶轮66和内壳体62旋转时，叶轮叶片之间的空间的大小减小，从而压缩布置在叶轮叶片之间的产出流体。压缩的产出流体然后流过轴64中的开口100到被包括在轴64内的出口腔室76。压缩的产出流体然后可通过后板69中的开口92离开出口腔室76。 [0099] 图4绘出了液环式压缩机22的另一实施例。液环式压缩机22包括实心轴102，实心轴102与叶轮66一起旋转，如由箭头103大致所示的那样。因此，在该实施例中，叶轮66联接到轴102上，而非连接到保持静止的内壳体62上。前板104布置在主体40的入口端上，并且包括用于将产出流体从入口区段42的内部52引导至叶轮腔室72的开口106。在某些实施例中，除板104之外，可使用锥形物来将产出流体从入口区段42引导至腔室72。前板104还包括用于将液体从入口区段42的液体收集腔室48引导至腔室70中的开口108。然而，在其它实施例中，可省略开口108，并且来自液体收集腔室48的液体可不进入液环式压缩机22的主体40。 [0100] 如上文参照图3所述的那样，当叶轮66在腔室72内旋转时，液体形成液环96，液环96可结合叶轮66使用以压缩产出流体。来自液环96的过多液体可流过内壳体62中的开口86至外腔室70。如图4中所示，开口86集中在内壳体62的区段内；然而，在其它实施例中，开口86可围绕内壳体62的圆周间隔开。 [0101] 后板110布置在主体40的与前板104相对的端部上，以便允许液体和压缩的产出流体离开液环式压缩机22。后板110包括用于将压缩的产出流体从液环式压缩机22引导至流线30(图1)的开口112，以及用于将液体从液环式压缩机22引导至流线28的开口94。后板110还包括开口114，开口114允许实心轴102延伸穿过后板110，在那里轴102可联接到轴34(在图1中示出)上。 [0102] 如可认识到的那样，前板104和后板110仅以示例的方式提供，并且不意图进行限制。在其它实施例中，多个板、挡板、锥形物或其它流体引导机构可被用来将产出流体和液体引导至液环式压缩机22和/或从液环式压缩机22引导产出流体和液体。此外，开口106、108、112和94的位置、形状和/或大小可改变。此外，在其它实施例中，用于压缩的产出流体的开口112和/或用于液体的开口94可布置在液环式压缩机22的主体40上，而非在后板110上。此外，在某些实施例中，用于压缩的产出流体的开口112和/或用于液体的开口94可布置在前板104上。 [0103] 内壳体62上所包括的开口86的形状、大小和/或位置也可改变。例如，图5和图6绘出了备选的开口116和118，其可被包括在内壳体62上以便将液体从液环引导至腔室 70。如图5中所示，开口116包括槽口，槽口沿内壳体62的长度延伸以便从液环移除液体。 如图6中所示，开口118包括沿内壳体62间隔开的圆形开口。开口116和118可用于带有旋转内壳体的液环式压缩机中，如图2和图3中所示的那样，或者用于带有旋转轴的液环式压缩机中，如图4中所示的那样。此外，在其它实施例中，开口尤其可为椭圆形、方形或三角形，并且可布置在内壳体62上的不同位置处。 [0104] 作为在内壳体62上包括开口的替代，或者除了在内壳体62上包括开口之外，用于从液环移除液体的开口还可位于前板和/或后板上。例如，图7和图8绘出了后板120和124，后板120和124分别包括开口122和126，它们可用于从液环移除液体。如图7中所示，后板120包括槽形开口122，槽形开口122围绕内开口92间隔开，以便允许液体通过后板120离开外腔室70。如图8中所示，后板124包括圆形开口126，圆形开口126集中在后板124的一个区段内，以便允许液体直接从叶轮腔室72离开液环式压缩机22。 [0105] 开口122和126可用于带有旋转内壳体62的液环式压缩机中，或用于带有旋转轴102的液环式压缩机中。此外，开口122和126的形状、大小和/或位置可改变。例如，在其它实施例中，开口122和126可被包括在前板上。根据某些实施例，开口122和126的位置可被选择为使得在液环达到预定大小时获取流体。此外，在某些实施例中，该位置可选择成使得在液环式压缩机的正常操作状态下获取液体，而不从产出流体获取气体。此外，在其它实施例中，开口可具有另一形状，尤其是例如圆形、椭圆形、矩形或三角形。 |
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