BR102019017801A2

BR102019017801A2 - Bomba multifásica

Info

Publication number: BR102019017801A2
Application number: BR102019017801-9A
Authority: BR
Inventors: Matthew BOURNE
Original assignee: Sulzer Management Ag
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2020-03-31
Also published as: KR20200032638A; RU2019127660A; AU2019219857A1; US20200088201A1; CN110905863B; SG10201907366PA; EP3623633B1; CN110905863A; EP3623633A1; CA3052441A1

Abstract

bomba multifásica a presente invenção refere-se a uma bomba multifásica, que é proposta para transportar um fluido de processo multifásico, de um lado de baixa pressão (lp) a um lado de alta pressão (hp), compreendendo um alojamento (2), tendo uma entrada da bomba (3) e uma saída da bomba (4) para o fluido de processo, compreendendo ainda um anel tubular de entrada (5), projetado para receber o fluido de processo da entrada da bomba (4), um anel tubular de descarga (6), projetado para descarregar o fluido de processo para a saída da bomba (4), um rotor da bomba (7) para girar em torno de uma direção axial (a), disposto dentro do alojamento (2), com o rotor da bomba (7) sendo projetado para transportar o fluido de processo do anel tubular de entrada (5) para o anel tubular de descarga (6), e uma linha de retorno (9) para retornar o fluido de processo do lado de alta pressão (hp) para o lado de baixa pressão (lp), em que a linha de retorno (9) compreende uma entrada (91), para receber o fluido de processo, uma saída (92), para descarregar o fluido de processo, e uma válvula de controle (93), para abrir e fechar a linha de retorno (9), e em que a entrada (91) da linha de retorno (9) é disposta diretamente no anel tubular de descarga (6).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para BOMBA MULTIFÁSICA.

[001] A presente invenção refere-se a uma bomba multifásica para transportar um fluido de processo multifásico, de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente.

[002] As bombas multifásicas são usadas em muitas diferentes indústrias, onde são necessárias para transportar um fluido de processo, que compreende uma mistura de várias fases, por exemplo, uma fase líquida e uma fase gasosa. Um exemplo importante é a indústria de processamento de petróleo e gás, na qual as bombas multifásicas são usadas para transportar fluidos de hidrocarbonetos, por exemplo, para extrair o petróleo bruto do campo de petróleo ou para transporte de petróleo e gás por oleodutos ou dentro de refinarias.

[003] Em vista de uma exploração eficiente de campos de petróleo e gás, há hoje em dia uma demanda crescente para bombas que possam ser instaladas e operadas diretamente ao nível do mar, em particular, abaixo de uma profundidade de 100 m, abaixo de 500 m ou mesmo abaixo de mais 1.000 m abaixo da superfície da água. Não se precisa dizer que o projeto dessas bombas é desafiador, em particular, porque essas bombas vão operar em um meio submarino difícil por um longo período de tempo, com o mínimo possível de trabalho de manutenção e serviço. Isso requer medidas específicas para minimizar a quantidade de equipamento envolvida e otimizar a confiabilidade da bomba.

[004] Os combustíveis fósseis não estão, usualmente, presentes em forma pura em campos de petróleo ou campos de gás, mas como uma mistura multifásica, que contém componentes líquidos, componentes gasosos e, possivelmente, também componentes sólidos, tal como areia. Essa mistura multifásica de, por exemplo, petróleo bruto, gás natural e substâncias químicas também pode conter água do mar

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2/20 e uma proporção não insubstancial de areia, e precisa ser bombeada do campo de petróleo ou campo de gás. Para esse transporte de combustíveis fósseis, bombas multifásicas são usadas, que são capazes de bombear uma mistura de líquido e gás, que também pode conter componentes sólidos, por exemplo, areia.

[005] Um dos desafios relativos ao projeto de bombas multifásicas é o fato que, em muitas aplicações, a composição do fluido de processo multifásico é bastante variável durante a operação da bomba. Por exemplo, durante a exploração de um campo de petróleo, a relação da fase gasosa (por exemplo, gás natural) e da fase líquida (por exemplo, petróleo bruto) é bastante variável. Essas variações podem ocorrer muito repentinamente e podem provocar uma queda na eficiência da bomba, vibrações da bomba ou outros problemas. A relação da fase gasosa na mistura multifásica é comumente medida pela fração volumétrica do gás adimensional (GVF) indicando a relação volumétrica do gás no fluido de processo multifásico. Em aplicações na indústria de petróleo e gás, a GVF pode variar entre 0% e 100%. Essas fortes variações na composição do fluido de processo podem fazer com que a bomba fique, pelo menos temporariamente, fora da faixa operacional para a qual a bomba foi projetada. É uma medida conhecida para reduzir as grandes variações na GVF proporcionar um tanque de armazenamento, a montante da entrada de uma bomba multifásica. O fluido de processo multifásico, a ser bombeado pela bomba multifásica, é primeiro fornecido a um tanque de armazenamento de volume adequado, e a saída do tanque de armazenamento é conectada à entrada da bomba. Por essa medida, as fortes variações da GVF podem ser amortecidas, desse modo, aperfeiçoando o desempenho da bomba. As modernas bombas multifásicas na indústria de petróleo e gás podem tratar fluidos de processo multifásicos tendo uma GVF de até 95% ou mesmo mais. No entanto, em algumas aplicações pode

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3/20 não ser razoável proporcionar um tanque de armazenamento, por exemplo, devido a razões técnicas ou devido a uma falta de espaço disponível.

[006] Mas ainda que se proporcione um tanque de armazenamento, pode haver variações na composição do fluido de processo multifásico, que são tão fortes que não se pode garantir que a bomba multifásica fique sempre operando dentro da faixa operacional para a qual a bomba foi projetada. Em particular, no caso de uma GVF muito alta, há um risco que o fluxo de líquido pela bomba caia a um fluxo mínimo, no qual a bomba opera em uma maneira segura, confiável e eficiente.

[007] Para proteger a bomba de operar abaixo do fluxo mínimo da faixa operacional, a bomba é projetada para várias estratégias de proteção de bombas conhecidas na técnica, por exemplo, para proporcionar uma linha de reciclagem ou uma linha de retorno para aumentar o fluxo volumétrico na entrada da bomba. Essa linha de retorno se ramifica a jusante da saída da bomba e retorna à entrada da bomba para reciclar uma parte do fluido de processo do lado de alta pressão, a jusante da saída da bomba, de volta ao lado de sucção ou à entrada da bomba no lado de baixa pressão. A linha de retorno pode ser conectada à tubulação a jusante da saída da bomba por uma peça em T ou qualquer outro dispositivo de ramificação de abertura ou fechamento. A linha de retorno compreende uma válvula para abertura ou fechamento dela. Por detecção de um estado operacional crítico, por exemplo, um fluxo que está próximo do fluxo mínimo da faixa operacional da bomba, a válvula abre a linha de retorno, de modo que uma parte do fluido de processo seja reciclada para o lado de sucção da bomba. Quando o fluxo pela bomba aumenta e se afasta do fluxo mínimo necessário, a linha de retorno é fechada por meio da válvula, desse modo, impedindo uma reciclagem adicional do fluido de processo para o

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4/20 lado de sucção da bomba. A operação e o controle dessa linha de retorno são descritos, por exemplo, no pedido de patente EP-A-3 037 668.

[008] O desempenho desse método de reciclagem ou da linha de retorno é bastante influenciado pelas propriedades fluidas, por exemplo, a densidade e a miscibilidade das fases fluidas, a GVF, a velocidade do fluido, as forças de cisalhamento, a temperatura e a pressão, bem como outros fatores externos, tais como disposição dos tubos, escalonamento da linha de retorno, posição das válvulas, retardo de realimentação de controle e controle das válvulas.

[009] Desse modo, dependendo das condições efetivas, pode ser que o fluxo líquido pela linha de retorno fique tão baixo para garantir uma operação segura da bomba.

[0010] Para aperfeiçoar o desempenho dessa linha de retorno, é uma medida conhecida proporcionar uma unidade de extração de líquido na ou a montante da linha de retorno. A unidade de extração de líquido é, por exemplo, um dispositivo de separação estático, que tenta separar o líquido do fluido multifásico, de modo que apenas, ou basicamente, a fase líquida do fluido multifásico seja retornada ao lado de sucção. No entanto, há o problema que a unidade de extração de líquido não é realmente capaz de seguir a ampla faixa de pontos operacionais, por exemplo, as fortes variações na GVF. Pode ser que a unidade de extração de líquido tenha uma eficiência muito boa em um determinado ponto operacional, mas quando se afasta do dito ponto operacional o desempenho da unidade de extração de líquido cai rapidamente. Pode ser mesmo que a unidade de extração de líquido funcione como uma unidade de extração de gás em alguns pontos operacionais. Portanto, a solução com a unidade de extração de líquido não é realmente satisfatória na prática.

[0011] Partindo desse estado da técnica, é, portanto, um objeto da

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5/20 invenção propor uma bomba multifásica aperfeiçoada para transportar um fluido de processo multifásico, em que a bomba multifásica é melhor protegida de operar abaixo do fluxo mínimo para o qual a bomba é projetada. Em particular, a bomba deve ser adequada para aplicações submarinas.

[0012] O tema da invenção satisfazendo esse objeto é caracterizado pelos aspectos da reivindicação independente.

[0013] Desse modo, de acordo com a invenção, uma bomba multifásica é proposta para transportar um fluido de processo multifásico, de um lado de baixa pressão a um lado de alta pressão, compreendendo um alojamento, tendo uma entrada da bomba e uma saída da bomba para o fluido de processo, compreendendo ainda um anel tubular de entrada, projetado para receber o fluido de processo da entrada da bomba, um anel tubular de descarga, projetado para descarregar o fluido de processo para a saída da bomba, um rotor da bomba para girar em torno de uma direção axial, disposto dentro do alojamento, com o rotor da bomba sendo projetado para transportar o fluido de processo do anel tubular de entrada para o anel tubular de descarga, e uma linha de retorno para retornar o fluido de processo do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão, em que a linha de retorno compreende uma entrada, para receber o fluido de processo, uma saída, para descarregar o fluido de processo, e uma válvula de controle, para abrir e fechar a linha de retorno, e em que a entrada da linha de retorno é disposta diretamente no anel tubular de descarga.

[0014] Proporcionando-se a entrada da linha de retorno diretamente no anel tubular de descarga, o fluido de processo entrando na linha de retorno fica muito homogêneo. O rotor da bomba agindo no fluido de processo cria uma mistura muito homogênea das diferentes fases do fluido de processo. Em particular, a fase gasosa é distribuída uniformemente na fase líquida. O fluido de processo fortemente misturado

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6/20 e homogeneizado, entrando na linha de retorno, tem a vantagem que um fluxo da linha de retorno suficientemente alto para o lado de baixa pressão e para a entrada da bomba pode ser obtido, desse modo, impedindo que a bomba opere abaixo do fluxo mínimo, que é necessário para uma operação da bomba segura e eficiente. Em soluções conhecidas, nas quais a linha de retorno é ramificada a jusante da saída da bomba, o fluido de processo homogeneizado no anel tubular de descarga tem que escoar pela saída da bomba e por uma tubulação adicional, antes de entrar na linha de retorno. Isso provoca efeitos adversos no fluido de processo a ser reciclado, tal como uma separação de fases, estratificação ou geração de fluido solto. Todos esses efeitos adversos são evitados com a bomba multifásica, de acordo com a invenção, em virtude do fluido de processo ser reciclado de um local, isto é, o anel tubular de descarga, no qual a homogeneidade do fluido de processo é a mais alta.

[0015] Além disso, devido à homogeneidade do fluido de processo no anel tubular de descarga, não há qualquer necessidade para qualquer unidade de extração de líquido a montante da entrada da linha de retorno ou na linha de retorno.

[0016] Deve-se notar que a linha de retorno, com sua entrada diretamente disposta no anel tubular de descarga, recicla o fluido de processo para o lado de baixa pressão antes do dito fluido de processo poder passar por qualquer componente adicional, que esteja molhado pelo fluido de processo, e no qual as partes rotativas, isto é, as partes do rotor da bomba, interagem com as partes estacionárias da bomba. Os ditos componentes são, por exemplo, um pistão de um equilíbrio ou um mancal para o rotor da bomba, em particular, um mancal lubrificado pelo fluido de processo ou por um ou mais componentes do fluido de processo. Desse modo, esse fluido de processo, que é diretamente retornado do anel tubular de descarga para o lado de baixa pressão,

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7/20 não passa por qualquer componente rotativo, tal como um pistão de equilíbrio ou um mancal, quando escoando do anel tubular de descarga pela linha de retorno.

[0017] A disposição da entrada da linha de retorno diretamente no anel tubular de descarga garante que o fluido de processo fortemente misturado e homogeneizado, por meio de um redemoinho normal no anel tubular de descarga, entre na linha de retorno. A bomba multifásica, de acordo com a invenção, não precisa de dispositivos de redemoinho separados ou de um dispositivo de mistura para garantir que o fluido de processo multifásico misturado adequadamente, sem separação, entre na linha de retorno. No entanto, o anel tubular de entrada e o anel tubular de descarga podem ser projetados, por exemplo, para uma aplicação específica, para incluir dispositivos de redemoinho ou outras superfícies mecânicas para promover efeitos ciclônicos ou similares, para aperfeiçoar ainda mais as condições de escoamento do fluido para e fora da linha de retorno.

[0018] Além disso, um dispositivo de separação ciclônico, integrado, usando forças tangenciais ou centrífugas, pode ser proporcionado no anel tubular de descarga para remover areia ou outros constituintes sólidos do fluido de processo, para evitar a reciclagem de sólidos para o lado de baixa pressão e o anel tubular de entrada, respectivamente.

[0019] Esses dispositivos de separação, que podem ser proporcionados opcionalmente na bomba multifásica de acordo com a invenção, são, por exemplo, descritos no pedido de patente EP-A-2 626 564 ou EP-A-2 626 563. Esses dispositivos de separação trabalham em rotação conjunta com o rotor da bomba para separar os sólidos, por exemplo, areia, do fluido de processo por meio de forças centrífugas.

[0020] De acordo com uma concretização preferida, as entradas da linha de retorno e a saída da bomba são dispostas em uma relação espaçada entre elas no anel tubular de descarga. Desse modo, a en

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8/20 trada da linha de retorno é uma abertura diferente no anel tubular de descarga do que na saída da bomba.

[0021] De preferência, a saída da linha de retorno fica em comunicação fluida com o anel tubular de entrada. Desse modo, o anel tubular de descarga fica em comunicação fluida com o anel tubular de entrada por meio de uma linha de retorno, de modo que o fluido de processo possa ser diretamente reciclado do anel tubular de descarga para o anel tubular de entrada, quando a linha de retorno está aberta.

[0022] Além do mais, prefere-se que a saída da linha de retorno seja disposta diretamente no anel tubular de entrada.

[0023] De acordo com outras concretizações, é também possível que um tanque de armazenamento seja proporcionado entre o anel tubular de descarga e o anel tubular de entrada, de modo que o fluido de processo, reciclado pela linha de retorno, entre no tanque de armazenamento e seja depois fornecido do tanque de armazenamento ao lado de baixa pressão da bomba para entrada no anel tubular de entrada.

[0024] De acordo com uma medida vantajosa, a saída da linha de retorno e a entrada da bomba são dispostas em uma relação espaçada entre elas no anel tubular de entrada. Desse modo, a saída da linha de retorno é uma abertura diferente no anel tubular de entrada do que na entrada da bomba.

[0025] De acordo com uma concretização preferida, a linha de retorno acopla diretamente o anel tubular de descarga com o anel tubular de entrada, isto é, além da válvula de controle, para abertura e fechamento da linha de retorno, não há qualquer outro dispositivo disposto na linha de retorno. A linha de retorno é, por exemplo, um tubo único conectando diretamente o anel tubular de descarga com o anel tubular de entrada.

[0026] De acordo com um projeto preferido, a linha de retorno é

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9/20 tão curta quanto razoavelmente possível. Em particular, a linha de retorno tem um comprimento, que é no máximo 2 vezes, de preferência, no máximo 1,5 vez, a distância entre a entrada da bomba e a saída da bomba. Desse modo, há um reforço para minimizar o comprimento da linha de retorno. Idealmente, o comprimento da linha de retorno corresponde essencialmente à distância entre o anel tubular de descarga e o anel tubular de entrada. No entanto, dependendo do respectivo projeto ou da respectiva configuração da bomba, e dependendo de como a linha de retorno é acoplada ao anel tubular de descarga e ao anel tubular de entrada, o comprimento total da linha de retorno pode ser, na prática, um pouco maior do que a distância entre o anel tubular de descarga e o anel tubular de entrada. De acordo com esse projeto preferido, a linha de retorno é configurada para ter o comprimento mais curto que seja construtivamente possível ou razoável.

[0027] O comprimento curto da linha de retorno apresenta várias vantagens. Pelo comprimento curto da linha de retorno, efeitos de separação, tais como estratificação, separação de fases ou geração de fluido solto no fluido de processo reciclado, na linha de retorno, são evitados ou pelo menos reduzidos consideravelmente. Além disso, o comprimento curto provoca apenas uma perda de pressão muito baixa ao longo da linha de retorno, resultante das perdas por atrito na linha de retorno. Além do mais, a variação térmica do fluido de processo, na linha de retorno, comparada com a corrente principal do fluido de processo pela bomba, é muito baixa, por exemplo, a temperatura do fluido de processo, na linha de retorno, é pelo menos muito similar à temperatura do fluido de processo transportado pelo rotor da bomba, do anel tubular de entrada para o anel tubular de descarga. Ambas a baixa queda de pressão, pela linha de retorno, e a baixa variação térmica ajudam a impedir a formação de hidratos.

[0028] De acordo com uma concretização preferida, a linha de re

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10/20 torno é conectada removivelmente com o alojamento, por exemplo, por meio de uma conexão de flange.

[0029] Em uma concretização preferida, a linha de retorno é projetada como um tubo externo, disposto na parte externa do alojamento.

[0030] Em outra concretização preferida, a linha de retorno é disposta dentro do alojamento.

[0031] A bomba multifásica de acordo com a invenção pode ser projetada como uma bomba vertical, com o rotor da bomba se estendendo na direção vertical. Alternativamente, a bomba multifásica de acordo com a invenção pode ser projetada como uma bomba horizontal, com o rotor da bomba se estendendo perpendicularmente à direção vertical, isto é, na direção horizontal.

[0032] De acordo com uma configuração preferida, a bomba multifásica compreende uma unidade de acionamento, conectada operacionalmente ao rotor da bomba para girar o rotor da bomba, em que a unidade de acionamento é disposta dentro do alojamento.

[0033] Em particular, a bomba multifásica pode ser projetada para transporte submarino de petróleo e gás.

[0034] Em uma concretização preferida, a bomba multifásica é projetada para instalação no fundo do mar.

[0035] Outras medidas e concretizações vantajosas da invenção vão ficar evidentes das reivindicações dependentes.

[0036] A invenção vai ser explicada em mais detalhes a seguir com referência aos desenhos. Mostra-se em uma representação esquemática:

[0037] Figura 1: uma vista em seção transversal de uma primeira concretização de uma bomba multifásica, de acordo com a invenção;

[0038] Figura 2: uma vista em seção transversal de uma segunda concretização de uma bomba multifásica, de acordo com a invenção;

[0039] Figura 3: uma vista em seção transversal de uma terceira

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11/20 concretização de uma bomba multifásica, de acordo com a invenção; e [0040] Figura 4: uma vista em seção transversal de uma quarta concretização de uma bomba multifásica, de acordo com a invenção. [0041] A Figura 1 mostra uma vista em seção transversal de uma concretização de uma bomba multifásica, de acordo com a invenção, que é indicada na sua totalidade com o número de referência 1. A bomba multifásica 1 é projetada como uma bomba centrífuga para transportar um fluido de processo multifásico de um lado de baixa pressão, LP, a um lado de alta pressão, HP. A bomba multifásica 1 tem um alojamento 2, projetado como um alojamento de pressão, que é capaz de suportar a pressão gerada pela bomba 1, bem como a pressão exercida na bomba 1 pelo ambiente. O alojamento 2 pode compreender várias partes de alojamento, que são conectadas entre si para formar o alojamento 2.

[0042] Na descrição apresentada a seguir, é feita referência, por meio exemplificativo, à importante aplicação que a bomba multifásica 1 é projetada e adaptada para ser usada como uma bomba submarina na indústria de petróleo e gás. Em particular, a bomba multifásica 1 é configurada para instalação no fundo do ar, isto é, para uso abaixo da superfície da água, em particular abaixo de uma profundidade de 100 m, abaixo de 500 m ou mesmo abaixo de mais de 1.000 m abaixo da superfície da água do mar. Nessas aplicações, o fluido de processo multifásico é, tipicamente, uma mistura contendo hidrocarbonetos, que precisa ser bombeada de um campo de petróleo, por exemplo, a uma unidade de processamento abaixo da ou na superfície da água ou na costa. A mistura multifásica, constituindo o fluido de processo a ser transportado, pode incluir uma fase líquida, uma fase gasosa e uma fase sólida, em que a fase líquida pode incluir petróleo bruto, água do mar e substâncias químicas, a fase gasosa pode incluir metano, gás natural ou assemelhados, e a fase sólida pode incluir areia, lama e pe

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12/20 quenas pedras, sem que a bomba multifásica 1 seja danificada quando de bombeamento da mistura multifásica.

[0043] É desnecessário dizer que a invenção não é limitada a esse exemplo específico, mas é relacionada a bombas multifásicas em geral. A invenção pode ser usada em muitas diferentes aplicações, especialmente em aplicações tais que a bomba multifásica 1 seja instalada em locais com difícil acesso.

[0044] O alojamento 2 da bomba multifásica 1 compreende uma entrada da bomba 3, pela qual o fluido de processo multifásico entra na bomba 1, no lado de baixa pressão, LP, como indicado pela seta I, e uma saída da bomba 4, para descarregar o fluido de processo com uma maior pressão, no lado de alta pressão, HP, como indicado pela seta O. Tipicamente, a saída da bomba 4 é conectada a um tubo ou a uma tubulação (não mostrado) para transferir o fluido de processo para outro local. A pressão do fluido de processo na saída da bomba 4, isto é, no lado de alta pressão, HP, é tipicamente consideravelmente mais alta do que a pressão do fluido de processo na entrada da bomba 3, isto é, no lado de baixa pressão, LP. Um valor típico para a diferença entre o lado de alta pressão e o lado de baixa pressão é, por exemplo, 50 a 200 bar.

[0045] A bomba 1 compreende ainda um anel tubular de entrada

5, A entrada da bomba 3 se abre para o anel tubular de entrada 5, de modo que o anel tubular de entrada 5 receba fluido da entrada da bomba 3. A bomba 1 compreende ainda um anel tubular de descarga

6, para descarregar o fluido de processo para a saída da bomba 4, pela qual o fluido de processo deixa a bomba 1. A saída da bomba se abre para o anel tubular de descarga 6.

[0046] A bomba multifásica compreende ainda um rotor da bomba

7, para girar em torno de uma direção axial A. Em uma maneira conhecida de per si, o rotor da bomba 7 é configurado para transportar o

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13/20 fluido de processo do anel tubular de entrada 5, no lado de baixa pressão, LP, ao anel tubular de descarga 6, no lado de alta pressão, HP. Os detalhes do rotor da bomba 7 não são mostrados na Figura 1. Tipicamente, o rotor da bomba 7 compreende um eixo 71 (consultar, por exemplo, a Figura 2), giratório em torno da direção axial A, e um impelidor 72 (bomba de estágio único) ou vários impelidores 72 (bomba de estágios múltiplos) dispostos em série ao longo da direção axial A, para transportar o fluido de processo do anel tubular de entrada 5 para o anel tubular de descarga 6, e, desse modo, aumentar a pressão do fluido de processo. Cada impelidor 72 fixado no eixo 71 em uma maneira resistente ao torque. Cada impelidor 72 pode ser projetado, por exemplo, como um impelidor radial ou como um impelidor axial ou como um impelidor semiaxial.

[0047] Para girar o eixo 71 do rotor da bomba 7, o eixo 71 é conectado operacionalmente a uma unidade de acionamento 8, que pode ser uma unidade separada localizada fora do alojamento 2 da bomba, ou que pode ser integrado no alojamento 2. Para aplicações submarinas, a unidade de acionamento 8 é usualmente disposta dentro do alojamento 2.

[0048] Por meio da unidade de acionamento 8, o rotor da bomba 7 é acionado durante a operação da bomba 1 para uma rotação em torno da direção axial A, que é definida pelo eixo longitudinal do rotor da bomba 7.

[0049] A bomba multifásica 1 compreende ainda uma linha de retorno 9, para reciclar uma parte do fluido de processo do lado de alta pressão, HP, para o lado de baixa pressão, LP. A linha de retorno 9 compreende uma entrada 91, para receber o fluido de processo a ser reciclado, uma saída 92, para descarregar o fluido de processo a ser reciclado, e uma válvula de controle 92, para abrir e fechar a linha de retorno 9. A válvula de controle 93 pode ser projetada, por exemplo,

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14/20 como uma válvula de fluxo mínimo, que abre a linha de retorno 9 quando o fluxo, gerado pela bomba 1, cai abaixo de um fluxo mínimo.

[0050] De acordo com a invenção, a entrada 91 da linha de retorno 9 é disposta diretamente no anel tubular de descarga 6, de modo que a linha de retorno 9 receba o fluido de processo diretamente do anel tubular de descarga 6. O fluido de processo multifásico no anel tubular de descarga 6 é fortemente homogeneizado pela ação do rotor da bomba 7, que mistura intensamente pelo menos a fase líquida e a fase gasosa do fluido multifásico.

[0051] Na concretização mostrada na Figura 1, a entrada 91 da linha de retorno 9 se abre para o anel tubular de descarga 6, de modo que o fluido de processo possa entrar diretamente na entrada 91 da linha de retorno 9 a partir do anel tubular de descarga 6.

[0052] A entrada 91 da linha de retorno 9 e a saída da bomba 4 são dispostas em uma relação espaçada entre elas no anel tubular de descarga 6. Tipicamente, o anel tubular de descarga 6 é uma câmara anular. Como mostrado na Figura 1, a entrada 91 da linha de retorno 9 e a saída da bomba 4 são dispostas diametralmente opostas entre elas no anel tubular de descarga 6.

[0053] Deve-se notar que a distância entre a entrada 91 da linha de retorno 9 e a saída da bomba 4, no anel tubular de descarga 6, pode ser diferente de 180°, quando vista na direção circunferencial do anel tubular de descarga 6. No entanto, a abertura da entrada 91 no anel tubular de descarga 6 é uma abertura diferente daquela da saída da bomba 4 para o anel tubular de descarga 6.

[0054] A saída 92 da linha de retorno 9 fica em comunicação fluida com o anel tubular de entrada 5 da bomba 1. De acordo com a concretização mostrada na Figura 1, a saída 92 da linha de retorno 9 é disposta diretamente no anel tubular de entrada 5. A saída 92 se abre para o anel tubular de entrada 5.

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15/20 [0055] A saída 92 da linha de retorno 9 e a da entrada da bomba 3 são dispostas em uma relação espaçada entre elas no anel tubular de entrada 5. Tipicamente, o anel tubular de entrada 5 é uma câmara anular. Como mostrado na Figura 1, a saída 92 da linha de retorno 9 e a da entrada da bomba 3 são dispostas diametralmente opostas entre elas no anel tubular de entrada 5.

[0056] Deve-se notar que a distância entre a saída 92 da linha de retorno 9 e a entrada da bomba 3, no anel tubular de entrada 5, podem ser diferentes de 180°, quando vista na direção circunferencial do anel tubular de entrada 5. No entanto, a abertura da saída 92 para o anel tubular de entrada 5 é uma abertura diferente da abertura da entrada da bomba 3 no anel tubular de entrada 5.

[0057] A linha de retorno 9 é projetada como um tubo, conectando o anel tubular de descarga 6 com o anel tubular de entrada 5. Na primeira concretização mostrada na Figura 1, a linha de retorno 9 é projetada como um tubo externo e disposta na parte externa do alojamento

2. A linha de retorno 9 é fixada no alojamento 2 por meio de uma primeira conexão de flange 94, conectando a entrada 91 da linha de retorno 9 com o anel tubular de descarga 6, e por meio da segunda conexão de flange 95, conectando a saída da linha de retorno 9 com o anel tubular de entrada 5.

[0058] A linha de retorno 9 é projetada como um tubo, tendo o menor comprimento possível ou tecnicamente razoável, quando da consideração de aspectos construtivos ou estruturais. Idealmente, o comprimento do tubo, que constitui da linha de retorno, é essencialmente igual à distância entre o anel tubular de descarga 6 e o anel tubular de entrada 5. Na prática, a linha de retorno 9 é um pouco mais longa do que a distância entre o anel tubular de descarga 6 e o anel tubular de entrada 5 devido a razões construtivas. Prefere-se que a linha de retorno 9 tenha um comprimento que é no máximo 2 vezes e,

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16/20 particularmente, no máximo 1,5 vez a distância entre a entrada da bomba 3 e a saída da bomba 4. O projeto curto e compacto da linha de retorno 9 tem a vantagem que a perda de pressão, provocada por perdas por atrito na linha de retorno 9, seja muito baixa. Além do comprimento curto da linha de retorno 9 reduzir quaisquer efeitos de separação no fluido de processo reciclado, tal como separação de fases, estratificação ou geração de fluido solto. Além do mais, por meio do comprimento curto da linha de retorno 9, as variações de temperatura consideráveis, entre o fluido de processo reciclado e a corrente principal do fluido de processo, são evitadas. Devido às baixas perdas de pressão e às baixas variações térmicas, a formação de hidratos, em particular, na linha de retorno 9, é impedida.

[0059] Como já mencionado, a linha de retorno 9 compreende ainda a válvula de controle 93, para abrir e fechar a linha de retorno 9. Quando a válvula de controle 93 fica na posição aberta, a comunicação fluida pela linha de retorno 9 é aberta, de modo que o fluido de processo seja reciclado do anel tubular de descarga 6 para o lado de baixa pressão, LP. Quando a válvula de controle 93 está na posição fechada, a comunicação fluida pela linha de retorno 9 é fechada, de modo que nenhum fluido de processo seja reciclado do anel tubular de descarga 6 para o lado de baixa pressão, LP. A válvula de controle 93 pode ser projetada como uma válvula de fechamento, tendo apenas uma posição aberta e uma posição fechada, ou a válvula de controle 93 pode ser projetada como uma válvula de controle de fluxo para regular o fluxo do fluido de processo pela linha de retorno 9.

[0060] A válvula de controle 93 pode ser configurada, por exemplo, como uma válvula atuada eletricamente ou como uma válvula atuada hidraulicamente.

[0061] O método para operar a linha de retorno 9, em particular, como e quando a linha de retorno 9 é aberta ou fechada pela válvula

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17/20 de controle 93, não é de per si relevante para a invenção. Em princípio, cada método conhecido na técnica para operar uma linha de retorno 9 em uma bomba, em particular, em uma bomba multifásica 1, é adequado para operar a bomba multifásica 1 de acordo com a invenção. Como um exemplo, é feita referência ao pedido de patente EP-A3 037 668, no qual um método é descrito para operar uma bomba tendo uma linha de retorno, para reciclar o fluido de processo do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão ou o lado de sucção da bomba.

[0062] A função básica da linha de retorno 9 é evitar que a bomba multifásica 1 fique operando a um fluxo, que é inferior ao fluxo mínimo para o qual a bomba multifásica 1 é projetada. Esse fluxo mínimo é um valor conhecido, que é fornecido pelo projeto da bomba 1 ou da instalação da bomba;

[0063] Durante operação da bomba multifásica 1, o desempenho hidráulico da bomba 1 é monitorado. Por exemplo, o fluxo gerado pela bomba é detectado, por exemplo, por determinação do fluxo de fluido de processo descarregado pela saída da bomba 4. O fluxo pode ser medido diretamente por meio de um ou mais sensores adequados, ou o fluxo pode ser determinado por meio de outros parâmetros operacionais da bomba 1, que são indicativos para o ou relacionados ao fluxo gerado pela bomba 1.

[0064] Quando o fluxo se aproxima ou alcança o fluxo mínimo, a linha de retorno 9 é parcial ou inteiramente aberta por meio da válvula de controle 93. Então, o fluido de processo é, pelo menos parcialmente, reciclado do lado de alta pressão, HP, para o lado de baixa pressão, LP, ou o lado de sucção, respectivamente, da bomba 1. Naturalmente, é também possível que todo o fluxo do fluido de processo, transportado para o anel tubular de descarga 6, seja retornado ao anel tubular de entrada 5.

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18/20 [0065] Por retorno do fluido de processo do lado de alta pressão, HP, para a entrada da bomba 3 ou para o anel tubular de entrada, respectivamente, o fluxo volumétrico na entrada da bomba 4 ou pelo anel tubular de entrada 5 é aumentado, com o que o fluxo pela bomba 1, do anel tubular de entrada 5 para a o anel tubular de descarga 6, é aumentado, o que movimenta a bomba operando no momento, distante da condição de fluxo mínimo, de volta para o melhor ponto de eficiência. Tão logo o fluxo de fluido de processo, gerado pela bomba 1, fique suficientemente superior ao fluxo mínimo, a linha de retorno 9 pode ser fechada por meio da válvula de controle 93, de modo que o fluido de processo não seja mais reciclado do anel tubular de descarga 6 para o lado de baixa pressão, LP, da bomba.

[0066] Para reciclar o fluido de processo do anel tubular de descarga 6 para o lado de baixa pressão, LP, da bomba, não é necessário fornecer o fluido de processo diretamente no anel tubular de entrada 5 por uma abertura, que é diferente do orifício da entrada da bomba 3 para o anel tubular de entrada 5.

[0067] Em outra concretização da bomba 1, a saída 92 da linha de retorno 9 é conectada à entrada da bomba 3.

[0068] Além disso, é também possível que a linha de retorno 9 seja conectada a um tanque de armazenamento, e o tanque de armazenamento seja conectado com a entrada da bomba 3. Nessas concretizações, o fluido de processo, reciclado do anel tubular de descarga 6, é fornecido ao tanque de armazenamento. Do tanque de armazenamento, o fluido de processo é fornecido à entrada da bomba 3.

[0069] A concretização mostrada na Figura 1 é configurada como uma bomba vertical, com o rotor da bomba 7 se estendendo na direção vertical. Durante operação da bomba, o rotor da bomba 7 é orientado na direção da gravidade e a direção axial A se estende verticalmente.

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19/20 [0070] Não há necessidade de dizer que a bomba multifásica, de acordo com a invenção, também pode ser projetada como uma bomba horizontal, com o rotor da bomba 7 se estendendo na direção horizontal, isto é, perpendicular à direção da gravidade.

[0071] Na descrição apresentada a seguir de outras concretizações da bomba multifásica 1, de acordo com a invenção, apenas as diferenças com a primeira concretização são explicadas em mais detalhes. As explicações com relação à primeira concretização são também válidas do mesmo modo, ou analogamente ao mesmo modo para as outras concretizações. Os mesmos números de referência indicam aspectos que foram explicados com referência à Figura 1 ou aspectos funcionalmente equivalentes. Além disso, os aspectos explicados referentes a uma concretização específica também podem ser implementados em uma maneira análoga das outras respectivas concretizações. Em particular, cada uma das concretizações pode ser projetada como uma bomba vertical ou como uma bomba horizontal.

[0072] A Figura 2 mostra uma vista em seção transversal de uma segunda concretização de uma bomba multifásica 1, de acordo com a invenção. A segunda concretização é projetada como uma bomba horizontal 1. A bomba multifásica 1 é projetada como uma bomba de estágios múltiplos 1, em que o rotor da bomba 7 compreende vários impelidores 72 dispostos em série no eixo 71. Os impelidores 72 são projetados como impelidores semiaxiais 72. Entre os impelidores 72 adjacentes, em todos os casos um difusor estacionário 73 é proporcionado para direcionar o fluido de processo para o impelidor 72 do estágio seguinte. A unidade de acionamento 8, para girar o rotor da bomba 7, não é mostrada na Figura 2.

[0073] A Figura 3 mostra uma vista em seção transversal de uma terceira concretização de uma bomba multifásica 1, de acordo com a invenção. A terceira concretização é, nesse caso, projetada como uma

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20/20 bomba vertical. A unidade de acionamento 8, para girar o rotor da bomba 7, não é mostrada na Figura 3.

[0074] De acordo com a terceira concretização, a linha de retorno 9 é conectada firmemente ao alojamento 2 em uma maneira não separável. A linha de retorno 9 é, por exemplo, soldada no alojamento 2, como indicado pelas costuras de solda 96 na Figura 3.

[0075] A Figura 4 mostra uma vista em seção transversal de uma quarta concretização de uma bomba multifásica 1, de acordo com a invenção. A quarta concretização é, nesse caso, projetada como uma bomba vertical. A unidade de acionamento 8, para girar o rotor da bomba 7, não é mostrada na Figura 4.

[0076] Na quarta concretização, a linha de retorno 9 é uma linha interna, isto é, a linha de retorno 9 é disposta dentro do alojamento 2 da bomba multifásica 1.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba multifásica para transportar um fluido de processo multifásico, de um lado de baixa pressão (LP) a um lado de alta pressão (HP), compreendendo um alojamento (2), tendo uma entrada da bomba (3) e uma saída da bomba (4) para o fluido de processo, compreendendo ainda um anel tubular de entrada (5), projetado para receber o fluido de processo da entrada da bomba (4), um anel tubular de descarga (6), projetado para descarregar o fluido de processo para a saída da bomba (4), um rotor da bomba (7) para girar em torno de uma direção axial (A), disposto dentro do alojamento (2), com o rotor da bomba (7) sendo projetado para transportar o fluido de processo do anel tubular de entrada (5) para o anel tubular de descarga (6), e uma linha de retorno (9) para retornar o fluido de processo do lado de alta pressão (HP) para o lado de baixa pressão (LP), em que a linha de retorno (9) compreende uma entrada (91), para receber o fluido de processo, uma saída (92), para descarregar o fluido de processo, e uma válvula de controle (93), para abrir e fechar a linha de retorno (9), caracterizada pelo fato de que a entrada (91) da linha de retorno (9) é disposta diretamente no anel tubular de descarga (6).
2. Bomba multifásica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a entrada (91) da linha de retorno (9) e a saída da bomba (4) são dispostas em uma relação espaçada entre elas no anel tubular de descarga (6).
3. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a saída (92) da linha de retorno (9) é disposta diretamente no anel tubular de entrada (5).
4. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a saída (92) da linha de retorno (9) são dispostas em uma anel tubular de entrada (5).

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5. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a saída (92) da linha de retorno (9) e a entrada da bomba (4) são dispostas em uma relação espaçada entre elas no anel tubular de entrada (5).
6. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a linha de retorno (9) acopla diretamente o anel tubular de descarga (6) com o anel tubular de entrada (5).
7. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a linha de retorno (9) tem um comprimento, que é no máximo duas vezes, de preferência, no máximo 1,5 vez, a distância entre a entrada da bomba (3) e a saída da bomba (4).
8. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a linha de retorno (9) é conectada removivelmente com o alojamento (2).
9. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a linha de retorno (9) é projetada como um tubo externo, disposto na parte externa do alojamento (2).
10. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a linha de retorno (9) é disposta dentro do alojamento (2).
11. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que é projetada como uma bomba vertical, com o rotor da bomba (7) se estendendo na direção vertical.
12. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que compreende uma unidade de acionamento (8), conectada operacionalmente com o

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3/3 rotor da bomba (7) para girar o rotor da bomba (7), em que a unidade de acionamento (8) é disposta dentro do alojamento (2).
13. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que é projetada para transporte submarino de petróleo e gás.
14. Bomba multifásica, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que é projetada para instalação no fundo do mar.