CN111003613A - 环境控制的移动分配站 - Google Patents

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Abstract

分配站包括移动拖车，移动拖车具有外壁，外壁封闭至少一个内部隔室，并且外壁至少包含外壳和邻近外壳的隔热层。具有泵、与泵流体连接的至少一个歧管、多个卷轴、与多个卷轴中的不同的卷轴连接的多个软管以及在所述移动拖车上的多个阀。每个阀位于所述歧管和多个卷轴中的相应不同的一个卷轴之间。多个流体液面传感器与多个软管中的不同软管相关联。控制器被配置成响应于流体液面传感器而单独地打开和关闭阀。

Description

环境控制的移动分配站
背景技术
水力压裂(也称为压裂(fracking))是一种利用加压液体来使岩层断裂的井增产工艺。用于水力压裂的泵和其他设备通常在井场的表面处操作。设备可以运行直到需要补充燃料，此时设备可能会停机以补充燃料。停机成本高，且降低效率。更优选地，为了避免停机，在设备继续运转的同时在带负荷加燃料操作中补充燃料。这允许压裂操作连续进行。然而，在压裂操作期间，带负荷加燃料可能难以可靠地维持。
发明内容
根据本公开示例的分配站包括移动拖车，移动拖车具有外壁，外壁封闭至少一个内部隔室，并且外壁至少包含外壳和邻近外壳的隔热层。有泵、与泵流体连接的至少一个歧管、多个卷轴、与卷轴中的不同的卷轴连接的多个软管以及在所述移动拖车上的多个阀。每个阀位于所述歧管和多个卷轴中的相应不同的卷轴之间。多个流体液面传感器与软管中的不同软管相关联。控制器被配置成响应于流体液面传感器而单独地打开和关闭阀。
附图说明
通过下面的详细描述，本公开的各种特征和优点将对本领域的技术人员变得显而易见。伴随详细描述的附图简要描述如下。
图1A和1B示出了示例性的移动分配站。
图2示出了移动分配站的内部布局。
图3示出了移动分配站的剖视图。
图4示出了在移动分配站中使用的支撑架上的软管卷轴的隔离视图。
图5示出了歧管、控制阀和卷轴之间的连接的示例。
图6示出了移动分配站的外壁的代表性部分。
图7示出了移动分配站的隔热货舱的代表性部分。
图8示出了用于展开移动分配站的软管的窗口的代表性部分。
具体实施方式
图1A和1B示出了移动分配站20的不同立体图，而图2示出了站20的内部布局，并且图3示出了站20的所选部分的剖视图。如将要描述的，站20可以以“带负荷加燃料”能力服务以在设备运行的同时将燃料分配到多个设备部分，例如在井场的压裂设备。可以理解，站20不限于压裂或输送燃料的应用。本文的示例可以关于燃料输送而呈现，但是站20可以用在移动输送其他流体中、其他气体/石油回收操作中或移动加燃料或对于流体输送将是有益的其他操作中。
在该示例中，站20包括移动拖车22。一般来说，移动拖车22是细长的并且具有相对的第一拖车侧壁W1和第二拖车侧壁W2，它们连接相对的第一拖车端壁E1和第二拖车端壁E2。更典型地，拖车22还将具有封闭的顶部或者顶棚壁W3和底壁。壁W1、W2、W3、W4、E1和E2是外面的或者外部的壁。移动拖车22可以具有轮子，该轮子允许移动拖车22被车辆从一个场所移动到另一个场所以服务于不同的带负荷加燃料操作。在该示例中，移动拖车22具有两个隔室。第一隔室24包括用于分配燃料(例如柴油燃料)的物理部件，并且第二隔室26用作用于管理和监测燃料分配的隔离控制室。隔室24/26由内壁28a隔开，内壁28a具有内门28b。
第一隔室24包括一个或多个泵30。可以从外部燃料源(比如在现场的油罐车)向该一个或多个泵30提供燃料。在拖车22上，该一个或多个泵30经由燃料管线32与用于计量燃料的一个或多个高精度记录器34流体连接。燃料管线32可包括但不限于硬管道。在该示例中，燃料管线32包括过滤和除气器系统36a和一个或多个传感器36b。虽然是可选的，但系统36a在许多实施例中是有益的，以在输送到设备之前从燃料中去除外来颗粒和空气。一个或多个传感器36b可包括温度传感器、压力传感器或其组合，这有助于燃料分配管理。
燃料管线32与一个或多个歧管38连接。在所示的示例中，站20包括两个歧管38，以38a和38b表示，它们被布置在隔室24的相对侧上。作为示例，歧管38是细长管，该细长管的直径大体大于燃料管线32的直径并且具有至少一个入口和多个出口。每个软管40至少在初始时缠绕在卷轴42上，卷轴42可旋转以通过拖车22的一个或多个窗口43向外部伸展或缩回软管40。每个卷轴42可具有相关联的马达以机械地伸展和缩回软管40。
如图4中的孤立视图所示，卷轴42被安装在支撑架42a上。在该示例中，支撑架42a配置有上排和下排的卷轴42。有两个支撑架42a(图2)设置在第一隔室24的相对侧上，其中过道(A)在支撑架42a之间延伸。可以理解，相比于在所示的示例中所示出的，可以使用更少或者额外的卷轴和软管。
如图5中的代表性示例所示，每一软管40连接至卷轴42中的相应一个卷轴和多个控制阀44中的相应一个控制阀。例如，辅助燃料管线46从歧管38通向卷轴42。控制阀44位于辅助燃料管线46中。控制阀44可在打开位置和关闭位置之间移动，以选择性地允许燃料从歧管38流到卷轴42和软管40。例如，控制阀44是自动的动力阀，例如电磁阀或者气动阀。
在示出的示例中，第一隔室24还包括传感器支撑架48。传感器支撑架48保持集成的燃料盖传感器50(当不使用时)或它们的至少部分。在使用时，每个集成的燃料盖传感器50暂时固定到经受带负荷加燃料操作的设备部分(即，设备的燃料箱)上。每个软管40可包括连接器端40a，并且每个集成的燃料盖传感器50可具有相应的配套连接器，以便于软管40与集成的燃料盖传感器50的快速连接和断开。例如，连接器端40a和在集成的燃料盖传感器50上的配套连接器形成液压快速连接。
至少控制阀44、一个或多个泵30、一个或多个传感器36b和记录器34与位于第二隔室26中的控制器52通信。作为示例，控制器52包括被配置为执行本文描述的任一功能的软件、硬件或两者。在另一个示例中，控制器52包括可编程逻辑控制器，该控制器具有用于用户输入和显示状态数据的触摸屏。例如，该屏可以同时显示正在接受服务的设备的多个流体液面。
在操作时，集成的燃料盖传感器50安装在经受带负荷加燃料操作的设备的各个燃料箱上。软管40连接到各个集成的燃料盖传感器50。每个集成的燃料盖传感器50产生信号，该信号指示安装有集成的燃料盖传感器50的设备的燃料箱中的燃料液面。信号被传送到控制器52。
控制器52解译信号并确定每个设备的每个燃料箱的燃料液面。响应于降到下阈值以下的燃料液面，控制器52打开与软管40相关联的控制阀44至燃料箱并启动一个或多个泵30(如果还没有启动)。该一个或多个泵30使燃料流入歧管38并且通过打开的控制阀44和卷轴42，以使得燃料被提供通过相应的软管40和集成的燃料盖传感器50进入到燃料箱中。下阈值可以对应于燃料箱的空燃料液面，但更典型地，下阈值将是高于空液面的液面，以降低设备完全耗尽燃料并停机的可能性。由于其他的控制阀44保持关闭，所以没有燃料流到连接至那些阀44的软管。即，燃料仅仅流到那些具有打开的阀44的软管40。
控制器52还确定燃料箱中的燃料液面何时达到上阈值。上阈值可以对应于燃料箱的满燃料液面，但更典型地，上阈值将是低于满液面的液面以减小溢流的可能性。响应于达到上阈值，控制器52关闭相应的控制阀44并停止一个或多个泵30。如果其他控制阀44是打开的或将要被打开，则一个或多个泵30可保持打开。控制器52还可以被编程为具有电子停止故障保护措施以防止过度灌注。作为示例，一旦在第一箱上达到上阈值并且控制阀44被关闭，但是泵30将保持打开以灌注其他箱，如果第一箱中的燃料液面继续上升，则控制器52关闭泵30。
多个控制阀44可同时被打开，以同时向多个燃料箱提供燃料。或者，如果需要来自两个或更多个燃料箱的燃料，则控制器52可以顺序地打开控制阀44，以使得箱被顺序地加燃料。例如，在完成一个燃料箱的燃料填充后，控制器52关闭软管40的与该燃料箱相关联的控制阀44，并且然后打开下一个控制阀44以开始给下一个燃料箱加燃料。顺序燃料填充可以有助于将歧管和燃料管线32中的内部压力保持在期望或预设压力阈值之上，以更快速地输送燃料。类似地，控制器52可以限制在任何一种情况下打开的控制阀44的数量，以便将歧管和燃料管线32中的内部压力保持在期望或预设阈值之上。控制器52可以在自动操作模式下执行上述功能。另外，控制器52可以具有手动模式，在该手动模式中，用户可以通过PLC控制至少一些功能，例如启动和停止泵30以及打开和关闭控制阀44。例如，可以在当最初将箱灌注到燃料盖传感器50能够检测到燃料的液面时的工作的开始和/或在当燃料盖传感器50变得不可操作时的工作期间使用手动模式。当然，在手动模式下的操作可以停用一些自动功能，例如在低阈值处灌注或在高阈值处停止。
除了使用传感器信号来确定燃料液面之外，或者甚至作为使用传感器信号的替代方案，燃料补充可以是基于时间的。例如，给定设备部分的燃料消耗可以是已知的，以使得燃料箱在已知的时间间隔处达到下阈值。控制器52可操作用于在时间间隔处给燃料箱补充燃料而不是基于传感器信号来给燃料箱补充燃料，尽管传感器信号还可用于验证燃料液面。
控制器52还跟踪提供给燃料箱的燃料的量。例如，记录器34精确地测量从一个或多个泵30提供的燃料量。例如，记录器34是电子记录器并且具有大约0.1加仑的分辨率。记录器34将测量数据传送到控制器52。控制器52因此能够将所使用的燃料的总量确定到非常精确的液面。控制器52还可以配置成提供所消耗的燃料的总量的输出。例如，用户可以对控制器52进行编程以按照期望的间隔提供输出，例如按照工人轮班或每日、每周或每月周期。输出还可用于生成所用燃料量的发票。作为示例，控制器52可以提供燃料使用的每日输出并且触发对应于每日燃料使用的发票的生成，从而实现几乎即时的发票开具。
集成的燃料盖传感器50可各自硬线连接到控制器52。术语“硬线连接”或其变体是指两个部件之间的有线连接，该两个部件用于在它们之间进行电子通信，这里是传感器和控制器。或者，传感器50可以与控制器52无线通信。
站20适于在极端环境条件下操作。例如，站20可以用于经历非常高或低温的地理区域中。在这方面，站20是隔热的以在内部保持期望的温度。作为示例，期望的温度可以基于站内操作员的舒适度，即，以用于提供温和的工作环境，和/或基于站20内部的部件的操作温度，即，以用于防止部件的过热或者防止部件冻住或者停止。
图6描绘了站20的外壁(壁W1、W2、W3、W4、E1和E2)的代表性示例部分。外壁是多层结构并且包含作为第一层或最外层的外壳60和作为与外壳60相邻的第二层或内层的隔热层62。例如，外壳60可以是外部毛皮制的并且隔热层62可以设置为毛条，其被接收到毛皮外壳60中。第一层和第二层可以粘合在一起，以增强耐用性。外壳60面向外并因此具有外表面60a，外表面60a直接暴露于站20周围的环境。隔热层62位于外壳60的内侧，并因此没有直接暴露于外部环境。通常，外壳60用作保护层，而隔热层62用于站20内的温度控制。在这方面，如下面进一步详细描述的，隔热层62具有热阻，其比外壳60的热阻大许多倍。
在进一步的实例中，在隔热领域中已知的R值可以用作热阻的指标。例如，外壳60具有壳R值(R1)的每英寸厚度的热阻，并且隔热层62具有隔热R值(R2)的每英寸厚度的热阻，并且R2大于R1。在一个进一步的实例中，R2比R1大至少3倍。在另一个实例中，R2比R1大3到10倍或10到30倍。在上面的示例中，假设单位相等，例如每英寸的R值(ft2-°F-hr/BTU-in)。R值也可以以更大的增量给出，例如2或3英寸厚度。应当理解，应该使用相等的单位来进行上述的比较和比率。另外，应当理解，R值由已知标准确定，并且就存在多个或变化标准的方面来说，相同标准或具有合理修改的相同标准将用于倍数的比较和确定。
外壳60和隔热层62可以由各种材料构成以服务其功能。例如，外壳60由大致坚实且坚韧的金属材料构成。例如，外壳60是铝或钢板，其厚度为5毫米或更小。隔热层62可以由隔热材料构成，隔热材料比如是纤维材料(例如，玻璃纤维隔热层)或泡沫材料(例如，闭孔或开孔的泡沫板)。在进一步的示例中，隔热层62还可具有阻燃或防火的组合物。隔热层62的数量、厚度和类型可以变化以控制关于站20内部的部件和/或通过站20输送的燃料或其他流体的隔热效果。在一个示例中，隔热层62包括2至5英寸厚的玻璃纤维隔热层。
通常，壁W1、W2、W3、W4、E1和E2中的每一个都是上述的多层结构。例如，壁W1、W2、W3、W4、E1和E2完全或基本上完全由多层结构构成。或者，至少侧壁W1、W2、E1和E2完全或基本上完全由多层结构构成。棚顶壁W3和/或底壁W4可以不完全或基本上不完全由多层结构构成，或者壁W3和W4中的一者或者两者可以完全排除多层结构。
如图1A、1B和3所示，站20还包括位于内部隔室24/26下方的货舱64。在该示例中，有在车轮20的车轮和车轴前面的一个或多个隔室部分以及在车轮和车轴后面的一个或多个隔室部分。例如，前面的隔室部分位于站20的中间三分之一长度中，而后面的部分位于站的后三分之一长度中。
图7描绘了货舱64的部分中的其中一部分的代表性示例。货舱64包括货舱外壁68，其限定内部货舱隔室70。货舱外壁68包含至少一个货舱外壳72和邻近该货舱外壳72的货舱隔热层74。货舱外壳72面向外，并因此具有外表面72a，其直接暴露于站20周围的环境。隔热层74位于外壳72的内侧上并且因此没有直接暴露于外部环境。通常，外壳72用作保护层，而隔热层74用于隔室70内的温度控制。
作为示例，货舱外壳72选自与上述外壳60相同的材料，并且货舱隔热层74选自与上述隔热层62相同的材料，包括示例的R值和倍数。但可以理解的是，货舱外壳72和外壳60的材料可以相同或不同，并且货舱隔热层74和隔热层62的材料可以相同或不同。同样，外壳60和隔热层62之间的R值和倍数可以与外壳72和隔热层74之间的R值和倍数相同或不同。例如，为了防护货舱64的内容物免受环境的影响，货舱64的隔室70可能需要比内部的隔室24/26更大的隔热效果。在这方面，外壳72和隔热层74之间的R值倍数可以大于外壳60和隔热层62之间的R值倍数。在一个示例中，外壳72和隔热层74之间的R值倍数可以大于5，例如5到10或10到30，而外壳60和隔热层62之间的R值倍数可以是3到5。如果货舱64需要较少的环境防护，该关系可以是反过来，从而外壳72和隔热层74之间的R值倍数可以是3至5，而外壳60和隔热层62之间的R值倍数可以是5到10或10到30。
在进一步的示例中，具有位于内部货舱隔室70中的发电机76。货舱隔热层74用于保持隔室70中的所需温度以使发电机76正常运行，而外壳72用于保护发电机76免受周围环境的影响。在这种情况下，货舱外壁68限定了孔78，该孔78通到货舱外壳72的外侧面72a，以供发电机76引入空气。可选地，发电机76也可以是适于低温运行的冷气候发电机。
如图1A、1B和3所示，站20的外壁包括一个或多个窗口43。窗口43与卷轴42相邻，以使得软管40可以通过窗口43向外展开以伸展到待被灌装的设备。如所示的，存在铰接的翼片43a，其可以被打开和关闭以分别打开和关闭窗口43。
图8示出了窗口43中的其中一个的代表性部分。在该示例中，窗口43包括柔性密封件80。密封件80的柔性到这样的程度：即使得其能够被软管40容易地移动或弯曲。例如，当软管40通过窗口43被展开和缩回时以及当从窗口43中的一侧到另一侧地侧向移动时，软管40可以容易地弯曲密封件80。因此密封件80的弯曲不会妨碍软管移动，而提供了环境屏障，当软管40移动时该环境屏障能够移动并且继续提供密封。
在所示的示例中，柔性密封件80包括刷毛(bristle)80a。例如，一组或一帘刷毛80a沿着窗口43的边缘布置。刷毛是细长的，通常是等截面的细丝，其最通常由弹性体或塑料材料制成。刷毛80a可以以使得完全或基本上完全遮挡通过窗口43的打开视线的数目而设置，从而提供良好的密封以防止空气渗入站20或从站20中漏气。刷毛80a还提供便于清洁软管40的额外益处。例如，当软管40缩回到站20中时，它们可以捡拾碎屑。刷毛80a通过围绕软管40弯曲并在软管缩回期间接触和“刷洗”碎屑来移除这些碎屑。尽管刷毛80a提供密封和清洁，但应理解的是，密封件80可替代地包括用于类似目的的整块的(solid)柔性翼片。
如图1A和1B所示，站20还包括多个选项，用于操作者从外部进入内部隔室24/26。例如，站20包括外门82和84。外门82位于端壁E1中，并且外门84位于侧壁W2中。外门82直接通向隔室26中，即包含控制器52的控制隔室，而外门84直接通向隔室24中，即包含泵30、卷轴42等的部件隔室。这种多入口构造通过减少操作者步行穿过隔室24进入隔间26的需要(且反之亦然)而方便站20的操作。因此，进入隔室24的操作者不需要干扰或挤压隔室26中的操作员，并且进入隔室26的操作员不需要干扰或挤压隔室24中的操作员。可以理解，门82/84，连同站20中的任何窗户，也可以是隔热的或包含密封件，以进一步便于站20中的环境控制。
根据权利要求1所述的分配站，其中移动拖车是细长的并且包括相对的细长侧面和相对的端壁侧面，并且所述移动拖车包括在所述端壁侧面的其中一个中的端壁门和在所述细长侧面中的其中一个中的侧门。
尽管在所示示例中示出了特征的组合，但并非所有特征都需要组合以实现本公开的各种实施例的益处。换句话说，根据本公开的实施例设计的系统不一定包括任一图中所示的所有特征或图中示意性示出的所有部分。此外，一个示例实施例的所选特征可以与其他示例实施例的所选特征组合。
前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对于本领域技术人员来说，对所公开的示例的变型和修改可以变得显而易见，这些变型和修改不一定脱离本公开。赋予本公开的法律保护范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (17)

1.一种分配站，所述分配站包括：
移动拖车，所述移动拖车具有外壁，所述外壁封闭至少一个内部隔室，所述外壁至少包含外壳和邻近所述外壳的隔热件；
在所述移动拖车上的泵；
在所述移动拖车上至少一个歧管，所述至少一个歧管与所述泵流体连接；
在所述移动拖车上的多个卷轴；
多个软管，每个所述软管与所述多个卷轴中的不同的一个卷轴连接；
在所述移动拖车上的多个阀，每个所述阀位于所述至少一个歧管和所述多个卷轴中的相应不同的一个卷轴之间；
多个流体液面传感器，每个所述流体液面传感器与所述多个软管中的不同的一个软管相关联；以及
控制器，所述控制器被配置成响应于所述流体液面传感器而单独地打开和关闭所述阀。
2.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述外壳是金属的。
3.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述外壳具有每英寸厚度的热阻的壳R值，并且所述隔热件具有每英寸厚度的热阻的隔热R值，并且所述隔热R值比所述壳R值大至少3倍。
4.根据权利要求3所述的分配站，其中，所述隔热R值比所述壳R值大3到10倍。
5.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述隔热件是纤维的。
6.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述外壳是金属的，所述隔热件是纤维的，所述外壳具有每英寸厚度的热阻的壳R值，所述隔热件具有每英寸厚度的热阻的隔热R值，并且所述隔热R值比所述壳R值大3到10倍。
7.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述移动拖车还包括在所述内部隔室下方的货舱以及发电机，所述货舱包括货舱外壁，所述货舱外壁限定内部货舱隔室，所述货舱外壁至少包含货舱外壳和邻近所述货舱外壳的货舱隔热件，所述发电机位于所述内部货舱隔室中。
8.根据权利要求7所述的分配站，其中，所述货舱外壁限定孔，所述孔通到所述货舱外壳的外侧，以供所述发电机引入空气。
9.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述外壁包括一个或多个窗口，所述一个或多个窗口邻近所述卷轴并且所述软管能够通过所述一个或多个窗口伸展，所述一个或多个窗口包括柔性密封件。
10.根据权利要求9所述的分配站，其中，所述柔性密封件包括刷毛。
11.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述移动拖车是细长的并且包括相对的细长侧和相对的端壁侧，并且所述移动拖车包括在所述端壁侧的其中一个中的端壁门和在所述细长侧的其中一个中的侧门。
12.根据权利要求1所述的分配站，其中，所述外壁包括一个或多个窗口，所述一个或多个窗口邻近所述卷轴并且所述软管能够通过所述一个或多个窗口伸展，所述一个或多个窗口包括柔性密封件，所述外壳是金属的，所述隔热件是纤维的，所述外壳具有每英寸厚度的热阻的壳R值，所述隔热件具有每英寸厚度的热阻的隔热R值，并且所述隔热R值比所述壳R值大3到10倍。
13.根据权利要求12所述的分配站，其中，所述移动拖车还包括在所述内部隔室下方的货舱以及发电机，所述货舱包括货舱外壁，所述货舱外壁限定内部货舱隔室，所述货舱外壁至少包含货舱外壳和邻近所述货舱外壳的货舱隔热件，所述发电机位于所述内部货舱隔室中。
14.根据权利要求13所述的分配站，其中，所述货舱外壁限定孔，所述孔通到所述货舱外壳的外侧，以供所述发电机引入空气。
15.一种分配站，所述分配站包括：
移动拖车，所述移动拖车包括泵、与所述泵流体连接的歧管、位于所述泵和所述歧管之间的流量记录器、与所述歧管流体连接的软管、位于所述歧管和所述软管之间的阀、能够在所述软管的端部处连接的流体液面传感器，以及控制器，其中，所述控制器被配置成响应于所述流体液面传感器而单独地打开和关闭所述阀，所述移动拖车具有外壁，所述外壁封闭至少一个内部隔室，所述泵、所述记录器和所述歧管位于所述至少一个内部隔室中，所述外壁至少包含外壳和邻近所述外壳的隔热件。
16.一种分配站，所述分配站包括：
移动拖车，所述移动拖车包括泵、与所述泵流体连接的歧管、位于所述泵和所述歧管之间的流量记录器、与所述歧管流体连接的软管、位于所述歧管和所述软管之间的阀、能够在所述软管的端部处连接的流体液面传感器，以及控制器，其中，所述控制器被配置成响应于所述流体液面传感器而单独地打开和关闭所述阀，所述移动拖车具有多层外壁，所述多层外壁封闭至少一个内部隔室，所述泵、所述记录器和所述歧管位于所述至少一个内部隔室中。
17.根据权利要求16所述的分配站，其中，所述多层外壁至少包括外壳第一层和邻近所述第一层的隔热件第二层。
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