CN102037244B - 水下输送单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水下输送单元，具有泵和驱动装置，其中，所述驱动装置相对于周围的水并且相对于过程介质密封，其中，所述泵(31)和所述驱动装置(32)组合成一个具有模块壳体(3)的模块并且设置在压力壳体(2)中，其中，所述压力壳体(2)被用所述过程介质填充并且包围所述模块壳体(3)。

Description

水下输送单元
技术领域
本发明涉及一种水下输送单元，具有泵和驱动装置，其中，所述驱动装置相对于周围的水并且相对于过程介质密封。本发明特别是适合于输送多相混合物。
背景技术
DE 37 21 398 A1描述了一种由泵和驱动装置构成的输送单元，其中，所述泵在所有侧上被泵壳体包围，所述泵壳体具有一个带抽吸口的抽吸室和一个带排出口的压力室。所述泵壳体水密地构成并且与同样水密地构成的、容纳驱动装置的马达壳体连接，所述马达壳体围成一个包围所述封装的驱动单元的马达室，该马达室相对于所述抽吸室液密地隔开。所述马达室被用堵塞介质、在本情况下用油填充，所述堵塞介质用于润滑轴承、可能的齿轮或类似物并且加载密封装置以及将热通过所述马达壳体排出到其周围环境中。这种水下输送单元用于在海洋中输送碳氢化合物。
当在海洋中生产石油和天然气时，在越来越深的水深下开采储藏，高达4000m的水深在此也不罕见。相应地，提高了管道系统和输送单元关于抵抗从外部通过水柱的流体静压力和从内部由于石油和天然气通过容器压力的抵抗能力的要求。通常，管道系统在深海输送时针对300至500bar的内部过压进行设计并且视水深而必须耐受最高400bar的外部过压。
附加的挑战是，周围的水温度和输送-或过程介质的温度是不同的，如果水温在1至4℃之间，过程介质超过100℃，从而出现相应高的热载荷。集成在输送系统中的所有部件必须能够至少耐受上述载荷。
用于在深海中输送碳氢化合物的泵系统通常这样构成，使得所述泵和驱动装置如马达和联接装置安装在一个共同的壳体中。由此可放弃从泵壳体到马达壳体的技术临界的轴回转接头。在此存在一个被过程介质填充的区域即抽吸室、泵的输送室以及压力室和一个不被过程介质填充的、具有马达、轴承和联接装置的区域。所述两个区域通过轴密封装置彼此隔开；所述被用过程介质填充的具有马达、轴承和联接装置室的区域被用堵塞介质填充，通常被用水或油填充。
所述方案的缺点是，承载压力的壳体与对于运行所需的用于旋转元件和密封构件的窄公差之间的联系窄。由于出现的+350至-500bar的压力和从1℃至超过100℃的温度波动引起的变形必须在多个对于形状和位置改变敏感反应的部位例如轴承、轴密封装置和马达间隙上被接收。为此，只要堵塞介质实施为油，就导致堵塞介质的大的粘度波动。如果不存在输送相，则在停机状态中马达和泵被冷却到环境温度；在运行中它们通过过程介质的温度以及通过摩擦被加热到60℃至80℃。由此改变的、从在冷系统时约100cSt并且至在热系统时小于2cSt的堵塞油粘度的堵塞油系统中要求特别的措施。堵塞油的润滑和承载能力必须不仅在冷状态而且在热状态中保持获得。在冷状态中还必须克服例如马达中的高的液压摩擦损失。
相对于周围环境密封的密封部位的数量在水下输送单元的情况下尽可能最小化，因为密封部位是潜在的故障源并且倾向于不密封并且获知小泄漏是很难的，但是出于环境保护的原因又应避免任何泄漏。
石油和天然气的共同输送意味着：液体和气体被并排输送。在石油/天然气输送时，所谓的多相混合物被输送，其对于暂时仅仅一个相的存在具有高概率，即在显著的时间间隔上仅仅输送液体或仅仅输送气态组分。此外，多相混合物的组分在宽的范围上并且在大的时间间隔上波动，使得在此对于泵送技术提出了特别的要求。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种用于碳氢化合物的水下输送单元，其在不损害功能性和可靠性的情况下可靠地工作并且避免了由于不密封导致的环境损害危险。
根据本发明，所述任务通过具有权利要求1特征的水下输送单元解决。本发明的有利构型和进一步方案在从属权利要求中实施。
根据本发明提出了一种水下输送单元，具有泵和驱动装置，其中，所述驱动装置相对于周围的水并且相对于过程介质密封，本发明提出，所述泵和所述驱动装置组合成一个在一模块壳体内的模块并且设置在一压力壳体中，其中，在运行期间所述压力壳体被用所述过程介质填充并且包围所述模块壳体。通过将泵和驱动装置设置在模块壳体内部使得泵和驱动单元以及通常需设置的传动装置或联接装置以及控制装置完全地与由水柱引起的环境压力和温度脱耦。与传统方案相比，通过在周围的过程介质方面将模块内压力主动地均衡到恒定的过压上而完全避免了作用在模块壳体上的压力交变。由于具有泵和驱动装置的输送单元在模块壳体中的模块式结构，所有旋转的和公差临界的构件被组合成一个单元，其中，负责形状改变的模块壳体经受恒定的压力并且与作用在压力壳体上的外压力脱耦。通过所述过程介质防止所述模块壳体与周围环境的水直接接触，这引起运行温度的均匀化和更小的温度梯度，使得所述泵和驱动装置遭受更小的热载荷。总而言之所述模块壳体可以针对基本上恒定的力进行设计，这意味着设计耗费的降低并且同时在泵的失效概率更小的同时实现更高的效率。
本发明的一个进一步方案提出，所述模块壳体在构成环形室的情况下支承在所述压力壳体中，使得所述模块壳体除了该模块壳体的在所述压力壳体内部必需的支承部位之外可完全被所述过程介质包围。所述环形室在此同时用作分离装置，通过该分离装置可将液相与气相分离。如果所述环形室设置在抽吸侧，则其可用作用于液相的保持室，用于将经分离的液相在需要时供应给泵的抽吸室，用于向通常构造为螺杆泵的泵供应足够量的液相，用于一方面保证彼此平行设置的螺杆的运动间隙的间隙密封并且另一方面引起润滑和冷却。如果所述环形室设置在压力侧，则其可用作分离室并且通过短接到泵抽吸室中的短接管路允许已经被输送的液相的再循环。
为了机械脱耦提出，所述模块壳体在至少一个支承部位上可移动地支承在所述压力壳体中，使得通过在轴向方向上的浮动式支承保证所述模块或所述模块壳体与所述压力壳体的热变形或液压变形的必要的脱耦。优选所述模块壳体构造为圆柱形，用于保证高的压力稳定性，其中，所述压力壳体优选同心地围绕所述模块壳体设置。
在所述压力壳体内部和/或所述模块壳体内部设置用于分离多相混合物的液相和气相的分离装置，其例如呈改道装置或稳定区或有针对性的流动横截面提高装置的构型，用于减小流动速度并且引起液相和气相的由重力引起的分离。经分离的液相于是可要么在所述模块壳体内部要么由所述压力壳体导回到泵的抽吸室中，用于引起经分离的液相的再循环，只要例如当在较长的时刻上仅仅输送液相而必要的话。所述再循环用于间隙密封的保持以及输送元件的冷却。
所述模块壳体优选在所述压力壳体内部在一个点上支承在固定轴承中，其中，所述固定轴承优选装备有穿过所述压力壳体的回转接头，用于例如将电或液压供给管路引导至所述模块壳体和驱动装置。所述回转接头可简单且可靠地静态密封。
从所述泵的压力室至所述泵的抽吸室可设置一个再循环管路，用于将经分离的液相计量地引导至抽吸室。所述分离和经分离液相的储存能力在此可与所述压力壳体或所述泵和驱动装置的定向无关地进行，使得不仅在水平的而且在竖直的安装情况下可进行液相与气相的分离。
在所述压力壳体和/或所述模块壳体中可在抽吸侧设置用于液相的保持室，用于对于液相输送时间具有足够的储备。
该水下输送单元的入口侧和出口侧可通过至少一个止回阀彼此连接，该止回阀使过程介质在一个方向上可自由通过并且在另一方向上截止，使得即使在所述泵未激活时也可保证所述过程介质的自由通过并且可保证自由的交换。
此外，可以设置用于制备过程介质、用于分离固体和/或用于供应添加剂如化学剂等的装置，使得所述过程介质能够最佳地被输送和制备。
为了降低声响，压力壳体与模块壳体之间的所有接触部位可设有振动阻尼件。在利用轴向的自由浮动轴承将模块壳体支承在压力壳体中时，所述浮动轴承也可以用作用于过程介质的入口接管，使得通过压力壳体中的浮动轴承部位将过程介质泵送到抽吸室中并且从那里输送到所述压力壳体的环形室中。所述过程介质通过相应地管道被从所述压力室排走。
在共同的模块壳体中构造由泵和驱动装置组成的模块具有的优点是，可将机械的动作元件完全预制且测试并且只需将它们插入到包围的压力壳体中。无需机械的活动部分相对于周围环境的密封，此外，泵内部的不密封性也不具有损害，这是因为泄漏物被容纳在完全封闭的压力壳体中。由此只可能会降低效率。在模块壳体与压力壳体之间具有最少的接口部位以及形锁合或力锁合的支承部位的压力壳体的机械上简单的结构形式允许在材料、制造过程和压力壳体的压力级方面的非常自由的选择。与周围环境密封的密封装置的数量最小化并且限于不旋转的密封装置。用于密封装置的安装空间在此很大程度上可自由选择。
所述水下输送单元的所有机械功能集成在所述模块壳体中。为了测试所述功能只需要所述模块壳体。因为所述模块壳体不必长时间接收水柱的和绝对过程压力的压力，所以可降低尺寸和重量并且简化部件的可接近性。由此也允许以减少的耗费来完全测试模块的功能。
压力壳体的设计与泵的结构情况无关地仅仅在最大外压力和内压力以及过程温度和环境温度及过程介质的化学组成方面进行，相反，所述模块壳体必须对于机械载荷具有足够的形状稳定性并且构造为相对于恒定的模块过压足够地均衡压力的且能够足够地抵抗温度波动的壳体，该壳体与所述压力壳体的变形和所述从外部作用的载荷很大程度上脱耦。
所述模块壳体可通过振动阻尼的支承部位、例如橡胶金属轴承、支承在所述压力壳体中，以便不会将声响从模块壳体传递到压力壳体上或者尽可能防止该传递。由此减低了声响从压力壳体向周围环境的传递，因为在输送多相混合物时所述围绕模块壳体的环形空间通过输送介质的气体含量已经构造为传递少声响的空间。从模块壳体到压力壳体的所有接触部位都可以振动隔离地构成或者装备有振动阻尼件。
附图说明
以下借助唯一的附图来说明本发明的实施例。
附图示出输送单元的示意性剖视图。
具体实施方式
在附图中示出一个具有外压力壳体2以及设置在该压力壳体中的模块壳体3的水下输送单元1，所述压力壳体由两个壳体部分21、22构成，所述模块壳体3容纳一个泵31以及一个具有联接装置33的驱动装置32。所述驱动装置32和所述联接装置33通过堵塞介质密封以防过程介质侵入。所述模块壳体3在其右端部处支承在第二压力壳体部分22的固定轴承24上并且设有用于电和液压输入管路5的回转接头。压力壳体31在左侧上轴向可移动地支承在入口接管25中，从而该模块壳体3的左端部构造为浮动轴承。在所述压力壳体2上设置两个法兰23、26，通过所述法兰可建立通往管道系统的连接。
所述模块壳体3这样地设置在所述压力壳体2中，使得产生一个围绕所述入口接管25的环形室6，该环形室被用过程介质填充。所述过程介质通过所述入口接管25被输送到所述泵31的抽吸室311中并且从那里通过压力室312被泵送到所述环形室6中，如通过箭头所示的那样。然后，所述过程介质通过出口接管26被从所述环形室6排走。
输送压力从内部并且水柱从外部作用在所述压力壳体2的壁上，而输送压力从外部并且堵塞介质的压力从内部作用在所述模块壳体3上，其中，所述堵塞介质的压力被有目的地针对工作条件进行调节。通常，从堵塞介质到压力壳体2中的过程介质期望小的恒定过压，一般在1至25bar之间。由此实现了整个模块相对于周围的过程压力的恒定压力补偿以及与环境压力、即水柱压力的完全脱耦。由此，所述模块壳体3的机械设计能够针对小力、尤其是针对恒定的力进行。
在所述环形室6内部可以设置分离装置，例如改道元件、迷宫密封装置或有针对性的横截面增大装置，用于提供改善的分离效率。可使一个短接管路从所述环形室6通往所述泵31的抽吸室311，用于允许经分离的液相的再循环。
由于通过构造相应地构成的压力壳体2来将环形室6基本上同心地围绕所述模块壳体3设置，可以的是，在模块壳体3与周围环境、即海洋之间提供热隔离，从而在泵31的停机状态时仅仅进行缓慢的冷却。同样可设置止回阀，它们在泵31的停机状态时允许过程介质从所述入口接管25到出口26的连续交换，使得所述模块壳体3的温度并且从而所述泵31和驱动装置32的温度能够基本上保持恒定，因为进行过程介质的连续交换。

Claims (8)

1.一种水下输送单元，具有泵（31）和驱动装置（32），其中，所述驱动装置（32）相对于周围的水并且相对于过程介质密封，所述泵（31）和所述驱动装置（32）组合成一个具有模块壳体（3）的模块并且设置在压力壳体（2）中并且所述压力壳体（2）被用所述过程介质填充并且包围所述模块壳体（3），其特征在于，所述泵（2）是螺杆泵，所述过程介质防止所述模块壳体（2）与周围环境的水直接接触，在所述压力壳体（2）和/或所述模块壳体（3）内部设置用于分离多相混合物的液相和气相的分离装置，并且设置从所述泵（3）的压力室（312）或从所述压力壳体（2）到所述泵（31）的抽吸室（311）的再循环管路，通过所述再循环管路将经分离的液相计量地输入给所述抽吸室（311）。
2.根据权利要求1的水下输送单元，其特征在于，所述模块壳体（3）在构成环形室（6）的情况下支承在所述压力壳体（2）中。
3.根据权利要求1或2的水下输送单元，其特征在于，所述模块壳体（3）在至少一个支承部位（25）上可移动地支承在所述压力壳体（2）中。
4.根据以上权利要求中任一项的水下输送单元，其特征在于，所述模块壳体（3）在所述压力壳体（2）内部支承在固定轴承（24）中，所述固定轴承装备有穿过所述压力壳体（2）的回转接头。
5.根据以上权利要求中任一项的水下输送单元，其特征在于，在所述压力壳体（2）和/或所述模块壳体（3）中在抽吸侧设置用于液相的保持室。
6.根据以上权利要求中任一项的水下输送单元，其特征在于，该水下输送单元（1）的入口侧（23）和出口侧（26）通过至少一个止回阀连接，该止回阀即使在所述泵（31）未激活时也保证所述过程介质的自由通过。
7.根据以上权利要求中任一项的水下输送单元，其特征在于，设置用于制备过程介质、用于分离固体和/或用于供应添加剂的装置。
8.根据以上权利要求中任一项的水下输送单元，其特征在于，所述模块壳体（3）振动阻尼地支承在所述压力壳体（2）中。
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