EP2134971A1 - Pump system and method for delivering multi-phase mixtures - Google Patents

Pump system and method for delivering multi-phase mixtures

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EP2134971A1
EP2134971A1 EP08716841A EP08716841A EP2134971A1 EP 2134971 A1 EP2134971 A1 EP 2134971A1 EP 08716841 A EP08716841 A EP 08716841A EP 08716841 A EP08716841 A EP 08716841A EP 2134971 A1 EP2134971 A1 EP 2134971A1
Authority
EP
European Patent Office
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separator
pumping
pumping device
stages
axial
Prior art date
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EP08716841A
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German (de)
French (fr)
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EP2134971B1 (en
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Johann GÜLICH DR.
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Sulzer Management AG
Original Assignee
Sulzer Pumpen AG
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Publication date
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Priority to NO08716841A priority patent/NO2134971T3/no
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Application granted granted Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D31/00—Pumping liquids and elastic fluids at the same time
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00—Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/901—Drilled well-type pump

Definitions

  • the invention relates to a Pumpsystenn for the promotion of multiphase mixtures according to the preamble of claim 1 and a method for the promotion of multiphase mixtures according to the preamble of claim 7 and a conveyor system with such a pumping system.
  • a multiphase pump downstream of the separator is used to deliver the liquid fraction, allowing a separator of smaller volume because the multiphase pump is capable of delivering multiphase mixtures having a volumetric gas / liquid ratio greater than 5%.
  • the use of multiphase pumps has the disadvantage that the producible delivery height is limited to a maximum of 1000 m.
  • the inlet side at least one axial compression stage to reduce the volumethsche gas / liquid ratio of the multiphase mixtures to be promoted so far that then conventional Conveyor stages can be used with radial wheels.
  • a common shaft is provided for the axial compression stage and the radial conveyor stages.
  • Document US 5 961 282 discloses a pumping device for multiphase mixtures which comprises at least one axial pumping stage and at least one radial pumping stage, which is subsequently arranged at the axial pumping stage.
  • the disclosed pumping apparatus is capable of conveying multiphase mixtures of any volumetric gas / liquid ratio, in one example of which a volumetric gas / liquid ratio of at least 40% is mentioned.
  • the pumping device for multiphase mixtures disclosed in US Pat. No. 5,961,282 is not economical, especially at higher gas / liquid ratios of, for example, 40% and higher and is not optimal in terms of reliability since a larger number of axial pumping stages are required for higher gas / liquid ratios , which make the pumping device more expensive, and / or higher speeds of 5000 revolutions / minute and more are necessary, which increases the cost of storage and lubrication and has a negative effect on the reliability.
  • the object of the invention is to provide a conveyor system and a method for conveying multiphase mixtures, as well as a conveyor system for multiphase mixtures comprising such a conveyor system, which for a volumetric gas / liquid ratio of greater than 20% or greater than 40% or greater than 60% are suitable, and which a comparatively compact and space-saving construction, and, depending on the number of delivery stages, enable delivery heights of 50 m to 2000 m and larger.
  • the inventive pumping system for conveying multiphase mixtures comprises a pumping device for multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase.
  • the pumping device comprises one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages, wherein the pumping system on the inlet side of the pumping device additionally comprises a separator to separate the gaseous phase or a part thereof, and wherein the pumping device is designed for delivery heights greater than 50 m.
  • the pumping device is designed to deliver a multiphase mixture having a volumetric gas / liquid ratio of up to 20% or up to 30%.
  • the impeller is provided with helico-axially formed blades in one or more or all of the axial compression stages.
  • the pumping device for multiphase mixture contains one to six, in particular two to four axial compression stages.
  • a return line is provided on the output side of the pump device for multiphase mixtures in order to recycle multiphase mixture into the separator.
  • the pumping system comprises a control unit for the speed of the pumping device for To control multi-phase mixtures, wherein at least one level sensor is provided on the separator, which is connected to the control unit to control the level of the liquid phase or phases in the separator by varying the speed of the pumping device.
  • Multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase a multiphase mixture is conveyed by means of a pumping device containing one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which subsequent to the axial compression stage or stages are arranged.
  • a pumping device containing one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which subsequent to the axial compression stage or stages are arranged.
  • part of the gaseous phase is separated from the liquid phase, and the liquid phase or the remaining multiphase mixture by means of the pumping device to a delivery height of more than 50 m or more than 100 m or more than 200 m promoted.
  • the level of the liquid phase or phases in the separator is detected by means of one or more level sensors and automatically controlled or regulated as needed by varying the speed of the pump device.
  • the supply of multiphase mixture is interrupted to the separator when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, and / or the gas outlet from the separator via a gas outlet line by closing the same interrupted when the level in the separator, the inlet of the gas outlet line has reached.
  • the delivery flow is interrupted in an outlet-side delivery line connected to the pumping device, for example by means of a reflux valve or shut-off device if the outlet-side delivery pressure and / or delivery flow falls below a minimum value, and in a further advantageous embodiment variant is a multi-phase mixture via a return line returned to the separator when the level in the separator falls below a minimum value.
  • the invention comprises a conveyor system comprising a pumping system according to one or more of the above-described embodiments and variants and / or equipped for carrying out a method as described above.
  • the inventive pumping system and the inventive method have the advantage that the volume of the separator can be kept small, because thanks to the combination of a separator with a subsequent pumping device for multi-phase mixtures with high gas content to the phase separation in the separator no special requirements must be made.
  • the pumping device still satisfactorily conveys the liquid fraction of the multiphase mixture from the separator even if only part of the gaseous phase or phases are separated off and the liquid fraction still contains relatively large amounts of gas.
  • the Separatorvolumen can therefore be chosen much smaller than is possible in comparable conveyor systems with radial pumps.
  • internals for gas separation in the separator can be largely or completely dispensed with, so that the weight of the separator can be reduced.
  • control and regulating methods described in the embodiments and variants make trouble-free operation possible, since the level in the separator is kept at a safe value, even with a small volume thereof, and unwanted operating conditions such as insufficient filling or overfilling of the separator are avoided or at least avoided have no harmful effects on the pumping system.
  • both the gas content of the multiphase mixtures to be delivered and the achievable delivery head can be comparatively high.
  • the volumetric gas / liquid ratio may be 40% or 60% or more, based on the thermodynamic conditions at the inlet of the pumping system, while depending on the number and design of the radial delivery stages, the head may be between 50 m and 2000 m and more.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a pumping system according to the present invention
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a pumping system according to the present invention
  • Fig. 3 shows an embodiment of a pumping device for use in a pumping system according to the present invention.
  • the pumping system 1 shown in FIG. 1 for conveying multiphase mixtures comprises a pumping device 3 for multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase.
  • the pumping device 3 includes one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages, the pumping system 1 on the inlet side of the pumping device additionally a separator. 2 to separate the gaseous phase or a part thereof, and wherein the pumping device is designed for delivery heights greater than 50 m.
  • the pumping device 3 is designed to deliver a multiphase mixture having a volumetric gas / liquid ratio of up to 20% or up to 30%.
  • the impeller is provided with helico-axially formed blades in one or more or all of the axial compression stage.
  • the pumping device 3 for multiphase mixture contains one to six, in particular two to four axial compression stages. With the specified number of axial compression stages can be economically produced particularly advantageous pumping systems for multi-phase mixtures.
  • the pumping system 1 may occasionally include one or more of the additional components described below.
  • the pumping system may include an inlet-side delivery line 4, which is conveniently connected to the separator 2 to supply the multiphase mixture to be conveyed to the separator, or a gas outlet line 5, which is conveniently connected to the separator 2, around the part of the separator separated in the separator leading away gaseous phase or phases. If the gaseous phase or phases are under pressure and / or lighter than air, they can escape through the gas outlet conduit 5 without additional funding.
  • the pumping system 1 can include an outlet-side delivery line 6, which is expediently connected to an outlet of the pumping device 3 in order to forward liquid phases and / or multiphase mixtures conveyed by the pumping device.
  • a reflux valve or shut-off means 8 is provided in the outlet-side delivery line 6 in order to interrupt the delivery flow when the outlet-side delivery pressure and / or delivery flow falls below a minimum value.
  • a flow sensor 9 may be provided in the outlet-side delivery line 6.
  • the pumping system 1 comprises a drive 13 for driving the pumping device 3 for multiphase mixtures and a control unit 10 which is connected to the drive 13 in order to control the rotational speed of the pumping device.
  • at least one level sensor 11 is provided on the separator 2, which is connected to the control unit 10 in order to automatically regulate the level of the liquid phase or phases in the separator by varying the speed of the pumping device 3.
  • a return line 7 and a shut-off valve 12 for shutting off the return line are provided on the output side of the pump device 3 for multiphase mixtures in order to recycle multiphase mixture into the separator 2, in particular if the level in the separator falls below a minimum value.
  • the pumping system may additionally comprise a shut-off valve or shut-off means 14, which may be connected, for example, to the control unit 10 in order to interrupt the supply of multiphase mixture to the separator 2 via the inlet-side delivery line 4.
  • a shut-off valve or shut-off means 14 which may be connected, for example, to the control unit 10 in order to interrupt the supply of multiphase mixture to the separator 2 via the inlet-side delivery line 4.
  • the interruption of the supply of multiphase mixture to the separator is particularly advantageous when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a pumping system for
  • the pumping system 1 shown comprises a pumping device 3 for multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase.
  • the pumping device 3 includes one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages, the pumping system 1 on the inlet side of the pumping device additionally a separator. 2 to separate the gaseous phase or a part thereof, and wherein the pumping device is designed for delivery heights greater than 50 m.
  • the second embodiment differs from the first only in that in the second embodiment, a drawn in Fig.
  • return line 7 opens into an inlet-side delivery line 4 of the pumping system 1, while in the embodiment shown in Fig. 1, the return line opens into the separator 2.
  • the return line 7 serves to return pumped by the pumping device 3 liquid phases and multiphase mixtures in the separator 2 and to avoid excessive reduction of the level in the separator.
  • the recycled multiphase mixture is subjected in the separator to the same separation process as the freshly supplied multiphase mixture.
  • a shut-off valve 15 for shutting off a gas outlet line 5 of the separator which, however, represents only one embodiment, which will be described separately below, since it can be used independently of the embodiment.
  • the shut-off valve 14 described in the context of Fig. 1, however, is not shown again in Fig. 2, although it also represents a variant embodiment, which can be used independently of the embodiment.
  • the remaining features, characteristics, and embodiments and variants of the second embodiment are identical to those of the first embodiment
  • the pumping system may comprise a shut-off valve or shut-off means 15, which may be connected, for example, to the control unit 10, to one connected to the separator 2
  • shut-off gas outlet line 5 is particularly advantageous when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, for example, when the level reaches the gas outlet line.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a pumping device 30 for conveying multiphase mixtures for use in a pumping system according to the present invention.
  • the pump device 30 comprises a first stage group with one or more, for example two axial compression stages 41.1, 41.2, each with one axial or semi-axial impeller to reduce the volumetric gas / liquid ratio of the multi-phase mixtures and to homogenize the phase distribution thereof, and additionally a second stage group with at least one conveyor stage 21.1 with a radial impeller 25.1, which is arranged on the outlet side of the first stage group.
  • the one or more axial compression stages 41.1, 41.2 may, for example, be designed in accordance with the pumping or compression stages described in document GB-A-1 561 454 or document EP 0 486 877 A1.
  • the first stage group may include one or more axial compression stages with an axial impeller on the inlet side and one or more axial compression stages with a semi-axial impeller on the outlet side.
  • the second stage group of the pumping device 30 may be equipped with, for example, two, three, four or more delivery stages for conveying multiphase mixtures to obtain larger delivery heights, as shown in FIG.
  • the axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group and the radial delivery stages 21.1 of the second stage group are each arranged in series.
  • the one or more axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group each comprise an impeller 45.1, 45.2, which is helico-axially and / or helico-axially closed and / or semi-axial, and on which one or more blades, in particular at least two blades are formed.
  • the blades are mounted, for example, on a hub, which may be mounted on a shaft 32 of the pumping device 30 for conveying multi-phase mixtures.
  • the ratio between the inside and outside diameters of the one or more blades is typically between 0.3 and 0.95 on the inlet side and advantageously between 0.6 and 0.9.
  • the one or more blades may, for example, have an entry angle between 2 ° and 50 °, and preferably between 4 ° and 25 °, and an exit angle that is between the entry angle and 60 °, and preferably between the entry angle and 25 °.
  • the blades may have a profile formed by intersecting them with the surface of a cylinder coaxial with the impeller, in which the angle of inclination of the profile to the axial direction decreases continuously from the leading edge of the blade to the trailing edge, for example by the profile in the immediate vicinity Environment of
  • the leading edge has substantially no curvature and in that the steepness of a curve of the blade profile curvature as a function of the axial distance from the leading edge with increasing distance from the leading edge constantly increases.
  • the first step group comprises a first housing 43, 43 'and the second step group a second housing 23, 23', wherein the two housings 43, 43 ', 23, 23' are interconnected, and wherein the two housing a plurality of housing parts 43, 43 ', 23, 23' may be constructed.
  • the first and second stage group comprises a common
  • the one or more axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group and the at least one conveyor stage 21.1 of the second stage group each comprise an impeller 45.1, 45.2, 25.1-25.4 and a guide 44.1, 44.2. 26.1, wherein the guide 44.2 of the last axial compression stage 41.2 of the first stage group is fluidly connected to the impeller 25.1 of the first conveyor stage 21.1 of the second stage group, for example via one or more connection channels or so-called return channels 36, in the housing or 33, 43rd , 43 ', 23, 23' are provided.
  • guide elements 34 may be provided in the connection or return ducts 36.
  • one or more of the axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group each comprise a diffuser 44.1, 44.2, in particular a diffuser with a plurality Guide elements, which is fixedly connected to the first housing 43, 43 'and / or common housing 33.
  • the guide elements may be formed as blades, wherein the diffuser may for example have between 6 and 50 blades, preferably between 12 and 30 blades.
  • the blades can eg in
  • the diffuser is advantageously provided in the center with a hub or sheath having a decreasing diameter in the conveying direction and, if necessary, a section line in an axial longitudinal section , which runs parallel to the inlet and / or outlet on the axis.
  • the one or more axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group and the at least one conveyor stage 21.1 of the second stage group have a common axis of rotation, for example by the one or more wheels 45.1, 45.2 of the one or more axial compression stages and the radial Impeller 25.1 the at least one conveyor stage on a common shaft 32, 42 are arranged.
  • the common shaft may have a modified, preferably enlarged diameter in the area 42 of the first step group or a corresponding hub with an enlarged diameter.
  • the first and second stage group of the pumping device 30 for conveying multiphase mixtures with a common drive which is not shown in Fig. 3, provided.
  • the impeller 25.1 advantageously comprises one or more blades for accelerating the multiphase mixtures to be delivered in at least partially radial direction.
  • the impeller may be open, semi-open or closed.
  • the conveyor stage 21.1 comprises a housing 33, 23, which may be composed of several housing parts 23, 23 ', for example.
  • a guide device 26.1 is formed in the housing, which connects externally to the impeller 25.1 and, for example via an annular space with the impeller of the next conveyor stage or the outlet the pumping device 30 may be connected to promote multi-phase mixtures.
  • the pumping device 30 is designed to deliver multiphase mixtures for a volumetric gas / liquid ratio of up to 15% or up to 20% or up to 30%, based on the thermodynamic conditions at the inlet of the first axial compression stage of the first stage group.
  • a multiphase mixture is conveyed by means of a pumping device 3, which contains one or more axial compression stages, each with an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages.
  • the gaseous phase or a part thereof is separated, and the liquid phase or the remaining multiphase mixture by means of the pumping device to a delivery height of more than 50 m or more than 100 m or more than 200 m promoted.
  • the level of the liquid phase or phases in the separator 2 is detected by means of one or more level sensors 11 and automatically controlled or regulated as needed by varying the speed of the pumping device 3.
  • the supply of multiphase mixture to the separator 2 is interrupted, for example by means of a shut-off valve 14 when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, and / or the gas outlet from the Separator 2 via a gas outlet line 5 by closing the same interrupted, for example by means of a check valve 15 when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, for example, when the level has reached the inlet of the gas outlet line 5.
  • the flow in an outlet connected to the pumping device 3 delivery line 6 is interrupted, for example by means of a return valve or shut-off 8 when the outlet side discharge pressure and / or flow falls below a minimum value, and in a further advantageous embodiment is about a return line 7 multi-phase mixture returned to the separator 2 when the level falls below a minimum value.
  • the invention comprises a conveyor system comprising a pumping system for conveying multiphase mixtures according to one or more of the above-described embodiments and variants and / or equipped for carrying out a method as described above.
  • the above-described pumping system and the method described above for conveying multiphase mixtures are suitable for volumetric gas / liquid ratios of greater than 40% or greater than 60%, allow a comparatively compact and space-saving design and safe operation despite highly fluctuating supply of To be promoted multi-phase mixture and allow depending on the number of stages conveyor heads from 50 m to 2000 m and larger.

Abstract

The invention relates to a pump system (1) for delivering multi-phase mixtures, the pump system comprising a pump device (3) for multi-phase mixtures having at least one fluid phase and at least one gaseous phase. The pump device (3) has one or more axial compression stages, each having an axial impeller, and one or more delivery stages with one radial impeller each, the stages being provided subsequent to the axial compression stage or stages, wherein the pump system (1) additionally includes a separator (2) on the inlet side of the pump device (3) for separating a portion of the gaseous phase, and wherein the pump device (3) is configured for delivery heights greater than 50 m.

Description

Pumpsvstenn und Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen Pumps and processes for conveying multiphase mixtures
Die Erfindung betrifft ein Pumpsystenn zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss Oberbegriff von Anspruch 7 sowie eine Förderanlage mit einem derartigen Pumpsystem.The invention relates to a Pumpsystenn for the promotion of multiphase mixtures according to the preamble of claim 1 and a method for the promotion of multiphase mixtures according to the preamble of claim 7 and a conveyor system with such a pumping system.
Bei der Förderung von Mehrphasengemischen, wie beispielsweise Rohöl, das neben Erdöl auch Erdgas und häufig auch Wasser und Feststoffanteile wie z.B. Sand enthält, stellt sich das Problem, dass mit steigendem Gasanteil im Mehrphasengemisch der Wirkungsgrad der verwendeten Pumpvorrichtungen abnimmt. Beispielsweise ist bei niedrigen Gasdichten der Einsatz vonIn the production of multiphase mixtures, such as crude oil, in addition to petroleum, natural gas and often water and solid components such. Contains sand, the problem arises that with increasing proportion of gas in the multiphase mixture, the efficiency of the pumping devices used decreases. For example, at low gas densities, the use of
Pumpvorrichtungen mit radialen Laufrädern bereits ab einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von grösser als 3 bis 5 % nicht mehr möglich oder wirtschaftlich. In herkömmlichen Förderanlagen wird deshalb bei höherem Gasanteil die gasförmige Phase der Mehrphasengemische in einem Separator von der flüssigen abgetrennt und die beiden Phasen getrennt gefördert, wobei für die Förderung der flüssigen Phase Radialpumpen eingesetzt werden. Der Nachteil derartiger Fördersysteme besteht darin, dass der darin verwendete Separator für die Phasentrennung ein vergleichsweise grosses Volumen aufweist.Pumping devices with radial impellers already at a volumetric gas / liquid ratio of greater than 3 to 5% no longer possible or economical. In conventional conveyor systems, therefore, the gaseous phase of the multiphase mixtures is separated in a separator from the liquid at a higher gas content and the two phases are conveyed separately, being used for the promotion of the liquid phase radial pumps. The disadvantage of such conveyor systems is that the separator used for the phase separation has a comparatively large volume.
Für Anwendungen, wo wenig Platz zur Verfügung steht, wird deshalb für die Förderung des Flüssiganteils eine Mehrphasenpumpe nach dem Separator eingesetzt, die es erlaubt, einen Separator mit einem kleineren Volumen zu verwenden, da die Mehrphasenpumpe in der Lage ist, Mehrphasengemische mit einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von mehr als 5 % zu fördern. Die Verwendung von Mehrphasenpumpen hat jedoch den Nachteil, dass die damit erzeugbare Förderhöhe auf maximal 1000 m begrenzt ist.For applications where space is limited, therefore, a multiphase pump downstream of the separator is used to deliver the liquid fraction, allowing a separator of smaller volume because the multiphase pump is capable of delivering multiphase mixtures having a volumetric gas / liquid ratio greater than 5%. However, the use of multiphase pumps has the disadvantage that the producible delivery height is limited to a maximum of 1000 m.
Für Anwendungen, wo wenig Platz zur Verfügung steht und gegebenenfalls eine grossere Förderhöhe benötigt wird, wurden zudem spezielle Pumpvorrichtungen für Mehrphasengemische entwickelt, die einlassseitig mindestens eine axiale Kompressionsstufe enthalten, um das volumethsche Gas/Flüssigkeitsverhältnis der zu fördernden Mehrphasengemische soweit zu verringern, dass anschliessend herkömmliche Förderstufen mit radialen Laufrädern eingesetzt werden können. Normalerweise ist für die axiale Kompressionsstufe und die radialen Förderstufen eine gemeinsame Welle vorgesehen. In Dokument US 5 961 282 ist eine Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische offenbart, die mindestens eine axiale Pumpstufe und mindestens eine radiale Pumpstufe umfasst, die anschliessend an die axiale Pumpstufe angeordnet ist. Laut Dokument US 5 961 282 ist die offenbarte Pumpvorrichtung in der Lage, Mehrphasengemische mit einem beliebigen volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis zu fördern, wobei in einem Beispiel ein volumethsches Gas/Flüssigkeitsverhältnis von mindestens 40 % erwähnt ist. Gemäss Untersuchungen der Anmelderin ist die in US 5 961 282 offenbarte Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische insbesondere bei höheren Gas/Flüssigkeitsverhältnissen von beispielsweise 40 % und höher wirtschaftlich und von der Zuverlässigkeit her gesehen nicht optimal, da bei höheren Gas/Flüssigkeitsverhältnissen eine grossere Anzahl axialer Pumpstufen benötigt werden, welche die Pumpvorrichtung verteuern, und/oder höhere Drehzahlen von 5000 Umdrehungen/Minute und mehr notwendig sind, was den Aufwand für Lagerung und Schmierung erhöht und sich negativ auf die Zuverlässigkeit auswirkt.For applications where little space is available and possibly a larger head is required, special pumping devices for multi-phase mixtures have been developed, the inlet side at least one axial compression stage to reduce the volumethsche gas / liquid ratio of the multiphase mixtures to be promoted so far that then conventional Conveyor stages can be used with radial wheels. Normally, a common shaft is provided for the axial compression stage and the radial conveyor stages. Document US 5 961 282 discloses a pumping device for multiphase mixtures which comprises at least one axial pumping stage and at least one radial pumping stage, which is subsequently arranged at the axial pumping stage. According to document US 5 961 282, the disclosed pumping apparatus is capable of conveying multiphase mixtures of any volumetric gas / liquid ratio, in one example of which a volumetric gas / liquid ratio of at least 40% is mentioned. According to the Applicant's investigations, the pumping device for multiphase mixtures disclosed in US Pat. No. 5,961,282 is not economical, especially at higher gas / liquid ratios of, for example, 40% and higher and is not optimal in terms of reliability since a larger number of axial pumping stages are required for higher gas / liquid ratios , which make the pumping device more expensive, and / or higher speeds of 5000 revolutions / minute and more are necessary, which increases the cost of storage and lubrication and has a negative effect on the reliability.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fördersystem und ein Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen zur Verfügung zu stellen, sowie eine Förderanlage für Mehrphasengemische umfassend ein derartiges Fördersystem, welche für ein volumetrisches Gas/Flüssigkeitsverhältnis von grösser als 20 % oder grösser als 40% oder grösser als 60 % geeignet sind, und welche einen vergleichsweise kompakten und Platz sparenden Aufbau, und je nach Anzahl der Förderstufen Förderhöhen von 50 m bis 2000 m und grösser ermöglichen.The object of the invention is to provide a conveyor system and a method for conveying multiphase mixtures, as well as a conveyor system for multiphase mixtures comprising such a conveyor system, which for a volumetric gas / liquid ratio of greater than 20% or greater than 40% or greater than 60% are suitable, and which a comparatively compact and space-saving construction, and, depending on the number of delivery stages, enable delivery heights of 50 m to 2000 m and larger.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das in Anspruch 1 definierte Pumpsystem, und das in Anspruch 7 definierte Verfahren gelöst, sowie durch die in Anspruch 12 definierte Förderanlage.This object is achieved according to the invention by the defined in claim 1 pumping system, and the method defined in claim 7, and by the defined in claim 12 conveyor.
Das erfindungsgemässe Pumpsystem zur Förderung von Mehrphasengemischen umfasst eine Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase. Die Pumpvorrichtung enthält eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, wobei das Pumpsystem einlassseitig der Pumpvorrichtung zusätzlich einen Separator umfasst, um die gasförmige Phase oder einen Teil derselben abzutrennen, und wobei die Pumpvorrichtung für Förderhöhen grösser als 50 m ausgebildet ist. In einer typischen Anwendung ist die Pumpvorrichtung ausgelegt, um ein Mehrphasengemisch mit einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von bis zu 20 % oder bis zu 30 % zu fördern. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist in einer oder mehreren oder sämtlichen der axialen Kompressionsstufen das Laufrad mit helico-axial ausgebildeten Schaufeln versehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante enthält die Pumpvorrichtung für Mehrphasengemisch eine bis sechs, insbesondere zwei bis vier axiale Kompressionsstufen.The inventive pumping system for conveying multiphase mixtures comprises a pumping device for multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase. The pumping device comprises one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages, wherein the pumping system on the inlet side of the pumping device additionally comprises a separator to separate the gaseous phase or a part thereof, and wherein the pumping device is designed for delivery heights greater than 50 m. In a typical application, the pumping device is designed to deliver a multiphase mixture having a volumetric gas / liquid ratio of up to 20% or up to 30%. In an advantageous embodiment, the impeller is provided with helico-axially formed blades in one or more or all of the axial compression stages. In a further advantageous embodiment, the pumping device for multiphase mixture contains one to six, in particular two to four axial compression stages.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Pumpvorrichtung für Mehrphasengemisch einen Nennförderstrom Qmax auf und der Separator ein Volumen von höchstens V = 60s ■ Qmax oder höchstens V = 20s ■ Qmax .In an advantageous embodiment, the multiphase mixture pumping device has a nominal delivery flow Q max and the separator has a volume of at most V = 60 s ■ Q max or at most V = 20 s ■ Q max .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ausgangsseitig der Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische eine Rückführleitung vorgesehen, um Mehrphasengemisch in den Separator zurückzuführen.In a further advantageous embodiment, a return line is provided on the output side of the pump device for multiphase mixtures in order to recycle multiphase mixture into the separator.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Pumpsystem eine Steuereinheit, um die Drehzahl der Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische zu steuern, wobei am Separator mindestens ein Füllstandssensor vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit verbunden ist, um den Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung zu regeln.In a further advantageous embodiment, the pumping system comprises a control unit for the speed of the pumping device for To control multi-phase mixtures, wherein at least one level sensor is provided on the separator, which is connected to the control unit to control the level of the liquid phase or phases in the separator by varying the speed of the pumping device.
In dem erfindungsgemässen Verfahren zur Förderung vonIn the inventive method for the promotion of
Mehrphasengemischen mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase wird ein Mehrphasengemisch mittels einer Pumpvorrichtung gefördert, die eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad enthält und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axialen Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind. Zusätzlich wird in dem Verfahren in einem Separator einlassseitig der Pumpvorrichtung ein Teil der gasförmigen Phase von der flüssigen Phase abgetrennt, und die flüssige Phase beziehungsweise das restliche Mehrphasengemisch mittels der Pumpvorrichtung auf eine Förderhöhe von mehr als 50 m oder mehr als 100 m oder mehr als 200 m gefördert.Multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase, a multiphase mixture is conveyed by means of a pumping device containing one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which subsequent to the axial compression stage or stages are arranged. In addition, in the process in a separator on the inlet side of the pumping device part of the gaseous phase is separated from the liquid phase, and the liquid phase or the remaining multiphase mixture by means of the pumping device to a delivery height of more than 50 m or more than 100 m or more than 200 m promoted.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator mittels eines oder mehreren Füllstandsensoren erfasst und bei Bedarf durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung automatisch gesteuert oder geregelt.In an advantageous embodiment of the method, the level of the liquid phase or phases in the separator is detected by means of one or more level sensors and automatically controlled or regulated as needed by varying the speed of the pump device.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator unterbrochen, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, und/oder der Gasaustritt aus dem Separator über eine Gasaustrittsleitung durch Schliessen derselben unterbrochen, wenn der Füllstand im Separator den Einlass der Gasaustrittsleitung erreicht hat. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Förderstrom in einer an die Pumpvorrichtung angeschlossen auslassseitigen Förderleitung unterbrochen, beispielsweise mittels eines Rückflussventils oder Absperrmittels, wenn der auslassseitige Förderdruck und/oder Förderstrom unter einen minimalen Wert fällt, und in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird über eine Rückführleitung Mehrphasengemisch in den Separator zurückgeführt, wenn der Füllstand im Separator einen minimalen Wert unterschreitet. Zusätzlich umfasst die Erfindung eine Förderanlage umfassend ein Pumpsystem nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsvarianten und/oder ausgestattet zur Ausführung eines Verfahrens nach oben stehender Beschreibung.In an advantageous embodiment, the supply of multiphase mixture is interrupted to the separator when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, and / or the gas outlet from the separator via a gas outlet line by closing the same interrupted when the level in the separator, the inlet of the gas outlet line has reached. In a further advantageous embodiment variant, the delivery flow is interrupted in an outlet-side delivery line connected to the pumping device, for example by means of a reflux valve or shut-off device if the outlet-side delivery pressure and / or delivery flow falls below a minimum value, and in a further advantageous embodiment variant is a multi-phase mixture via a return line returned to the separator when the level in the separator falls below a minimum value. In addition, the invention comprises a conveyor system comprising a pumping system according to one or more of the above-described embodiments and variants and / or equipped for carrying out a method as described above.
Das erfindungsgemässe Pumpsystem und das erfindungsgemässe Verfahren haben den Vorteil, dass das Volumen des Separators klein gehalten werden kann, da dank der Kombination eines Separators mit einer nachfolgenden Pumpvorrichtung für Mehrphasengemische mit hohem Gasanteil an die Phasentrennung im Separator keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen. Die Pumpvorrichtung fördert den flüssigen Anteil des Mehrphasengemisches aus dem Separator auch dann noch zufriedenstellend, wenn nur ein Teil der gasförmigen Phase oder Phasen abgetrennt werden und der flüssige Anteil noch grossere Mengen Gas enthält. Das Separatorvolumen kann deshalb wesentlich kleiner gewählt werden, als dies in vergleichbaren Fördersystemen mit Radialpumpen möglich ist. Darüber hinaus kann im erfindungsgemässen Pumpsystem und Verfahren auf Einbauten für die Gastrennung im Separator weitgehend oder ganz verzichtet werden, sodass das Gewicht des Separators gesenkt werden kann. Die in den Ausführungsformen und -Varianten beschriebenen Steuer- und Regelverfahren ermöglichen darüber hinaus einen störungsfreien Betrieb, da damit der Füllstand im Separator auch bei kleinem Volumen desselben auf einem sicheren Wert gehalten wird und unerwünschte Bethebszustände wie mangelnde Füllung oder Überfüllung des Separators vermieden werden oder wenigstens keine schädlichen Auswirkungen auf das Pumpsystem haben.The inventive pumping system and the inventive method have the advantage that the volume of the separator can be kept small, because thanks to the combination of a separator with a subsequent pumping device for multi-phase mixtures with high gas content to the phase separation in the separator no special requirements must be made. The pumping device still satisfactorily conveys the liquid fraction of the multiphase mixture from the separator even if only part of the gaseous phase or phases are separated off and the liquid fraction still contains relatively large amounts of gas. The Separatorvolumen can therefore be chosen much smaller than is possible in comparable conveyor systems with radial pumps. Moreover, in the pumping system and method according to the invention, internals for gas separation in the separator can be largely or completely dispensed with, so that the weight of the separator can be reduced. Moreover, the control and regulating methods described in the embodiments and variants make trouble-free operation possible, since the level in the separator is kept at a safe value, even with a small volume thereof, and unwanted operating conditions such as insufficient filling or overfilling of the separator are avoided or at least avoided have no harmful effects on the pumping system.
Von Vorteil ist auch, dass trotz des vergleichsweise geringen Platzbedarfs sowohl der Gasanteil der zu fördernden Mehrphasengemische als auch die erzielbare Förderhöhe vergleichsweise hoch sein können. So kann beispielsweise das volumetrische Gas/Flüssigkeitsverhältnis 40 % oder 60 % oder mehr betragen, bezogen auf die thermodynamischen Bedingungen am Einlass des Pumpsystems, während die Förderhöhe je nach Anzahl und Ausgestaltung der radialen Förderstufen zwischen 50 m und 2000 m und mehr betragen kann. Die obige Beschreibung von Ausführungsformen dient lediglich als Beispiel. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der Zeichnung hervor. Darüber hinaus können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch einzelne Merkmale aus den beschriebenen oder gezeigten Ausführungsformen und -Varianten miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen zu bilden.It is also advantageous that, despite the comparatively small footprint, both the gas content of the multiphase mixtures to be delivered and the achievable delivery head can be comparatively high. For example, the volumetric gas / liquid ratio may be 40% or 60% or more, based on the thermodynamic conditions at the inlet of the pumping system, while depending on the number and design of the radial delivery stages, the head may be between 50 m and 2000 m and more. The above description of embodiments is merely an example. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the drawings. In addition, in the context of the present invention, individual features from the described or shown embodiments and variants can be combined with one another in order to form new embodiments.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments and with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Pumpsystems gemäss vorliegender Erfindung,1 shows an embodiment of a pumping system according to the present invention,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pumpsystems gemäss vorliegender Erfindung, undFig. 2 shows a second embodiment of a pumping system according to the present invention, and
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Pumpvorrichtung zur Verwendung in einem Pumpsystem gemäss vorliegender Erfindung.Fig. 3 shows an embodiment of a pumping device for use in a pumping system according to the present invention.
Das in Fig. 1 gezeigte Pumpsystem 1 zur Förderung von Mehrphasengemischen gemäss vorliegender Erfindung umfasst eine Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase. Die Pumpvorrichtung 3 enthält eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, wobei das Pumpsystem 1 einlassseitig der Pumpvorrichtung zusätzlich einen Separator 2 umfasst um die gasförmige Phase oder einen Teil derselben abzutrennen, und wobei die Pumpvorrichtung für Förderhöhen grösser als 50 m ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Pumpvorrichtung 3 ausgelegt, um ein Mehrphasengemisch mit einem volumetrischen Gas/Flüssigkeitsverhältnis von bis zu 20 % oder bis zu 30 % zu fördern. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist in einer oder mehreren oder sämtlichen der axialen Kompressionsstufe das Laufrad mit helico-axial ausgebildeten Schaufeln versehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante enthält die Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemisch eine bis sechs, insbesondere zwei bis vier axiale Kompressionsstufen. Mit der angegebenen Anzahl axialer Kompressionsstufen lassen sich wirtschaftlich besonders vorteilhafte Pumpsysteme für Mehrphasengemische herstellen. Ein Ausführungsbeispiel einer Pumpvorrichtung zur Verwendung in einem Pumpsystem gemäss vorliegender Erfindung wird im Rahmen der Beschreibung von Fig. 3 näher erläutert.The pumping system 1 shown in FIG. 1 for conveying multiphase mixtures according to the present invention comprises a pumping device 3 for multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase. The pumping device 3 includes one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages, the pumping system 1 on the inlet side of the pumping device additionally a separator. 2 to separate the gaseous phase or a part thereof, and wherein the pumping device is designed for delivery heights greater than 50 m. Advantageously, the pumping device 3 is designed to deliver a multiphase mixture having a volumetric gas / liquid ratio of up to 20% or up to 30%. In an advantageous embodiment, the impeller is provided with helico-axially formed blades in one or more or all of the axial compression stage. In a further advantageous embodiment, the pumping device 3 for multiphase mixture contains one to six, in particular two to four axial compression stages. With the specified number of axial compression stages can be economically produced particularly advantageous pumping systems for multi-phase mixtures. An embodiment of a pump device for use in a pump system according to the present invention will be explained in more detail in the description of FIG.
Zusätzlich kann das Pumpsystem 1 fallweise eines oder mehrere der nachfolgend beschriebenen zusätzlichen Bauteile umfassen. Beispielsweise kann das Pumpsystem eine einlassseitige Förderleitung 4 enthalten, die zweckmässigerweise mit dem Separator 2 verbunden ist, um das zu fördernde Mehrphasengemisch dem Separator zu zuführen, oder eine Gasaustrittsleitung 5, die zweckmässigerweise mit dem Separator 2 verbunden ist, um den im Separator abgetrennten Teil der gasförmigen Phase oder Phasen wegzuführen. Falls die gasförmige Phase oder Phasen unter Überdruck stehen und/oder leichter als Luft sind, können diese ohne zusätzliche Fördermittel durch die Gasaustrittsleitung 5 entweichen. Weiter kann das Pumpsystem 1 eine auslassseitige Förderleitung 6 enthalten, die zweckmässigerweise mit einem Auslass der Pumpvorrichtung 3 verbunden ist, um von der Pumpvorrichtung geförderte Flüssigphasen und/oder Mehrphasengemische weiterzuleiten. Vorteilhafterweise wird in der auslassseitigen Förderleitung 6 ein Rückflussventil oder Absperrmittel 8 vorgesehen, um den Förderstrom zu unterbrechen, wenn der auslassseitige Förderdruck und/oder Förderstrom unter einen minimalen Wert fällt. Zur Erfassung des auslassseitigen Förderstromes kann zum Beispiel ein Durchflussaufnehmer 9 in der auslassseitigen Förderleitung 6 vorgesehen sein.In addition, the pumping system 1 may occasionally include one or more of the additional components described below. For example, the pumping system may include an inlet-side delivery line 4, which is conveniently connected to the separator 2 to supply the multiphase mixture to be conveyed to the separator, or a gas outlet line 5, which is conveniently connected to the separator 2, around the part of the separator separated in the separator leading away gaseous phase or phases. If the gaseous phase or phases are under pressure and / or lighter than air, they can escape through the gas outlet conduit 5 without additional funding. Furthermore, the pumping system 1 can include an outlet-side delivery line 6, which is expediently connected to an outlet of the pumping device 3 in order to forward liquid phases and / or multiphase mixtures conveyed by the pumping device. Advantageously, a reflux valve or shut-off means 8 is provided in the outlet-side delivery line 6 in order to interrupt the delivery flow when the outlet-side delivery pressure and / or delivery flow falls below a minimum value. For detecting the outlet-side flow rate, for example, a flow sensor 9 may be provided in the outlet-side delivery line 6.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische einen maximalen Förderstrom Qmax auf und der Separator 2 ein Volumen von höchstens V = 60s ■ Qmax oder höchstens V = 20s ■ Cw . In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Pumpsystem 1 einen Antrieb 13 zum Antreiben der Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische und eine Steuereinheit 10, die mit dem Antrieb 13 verbunden ist, um die Drehzahl der Pumpvorrichtung zu steuern. Vorteilhafterweise ist am Separator 2 mindestens ein Füllstandssensor 11 vorgesehen, der mit der Steuereinheit 10 verbunden ist, um den Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung 3 automatisch zu regeln.In an advantageous embodiment, the pump device 3 for multiphase mixtures has a maximum flow rate Q max and the separator 2 has a volume of at most V = 60 s ■ Q max or at most V = 20 s ■ Cw. In a further advantageous embodiment, the pumping system 1 comprises a drive 13 for driving the pumping device 3 for multiphase mixtures and a control unit 10 which is connected to the drive 13 in order to control the rotational speed of the pumping device. Advantageously, at least one level sensor 11 is provided on the separator 2, which is connected to the control unit 10 in order to automatically regulate the level of the liquid phase or phases in the separator by varying the speed of the pumping device 3.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ausgangsseitig der Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische eine Rückführleitung 7 und ein Absperrventil 12 zum Absperren der Rückführleitung vorgesehen, um Mehrphasengemisch in den Separator 2 zurückzuführen, insbesondere wenn der Füllstand im Separator einen minimalen Wert unterschreitet.In a further advantageous embodiment, a return line 7 and a shut-off valve 12 for shutting off the return line are provided on the output side of the pump device 3 for multiphase mixtures in order to recycle multiphase mixture into the separator 2, in particular if the level in the separator falls below a minimum value.
Das Pumpsystem kann zusätzlich ein Absperrventil oder Absperrmittel 14 umfassen, das beispielsweise mit der Steuereinheit 10 verbunden sein kann, um die Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator 2 über die einlassseitige Förderleitung 4 zu unterbrechen. Die Unterbrechung der Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat.The pumping system may additionally comprise a shut-off valve or shut-off means 14, which may be connected, for example, to the control unit 10 in order to interrupt the supply of multiphase mixture to the separator 2 via the inlet-side delivery line 4. The interruption of the supply of multiphase mixture to the separator is particularly advantageous when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pumpsystems zurFig. 2 shows a second embodiment of a pumping system for
Förderung von Mehrphasengemischen gemäss vorliegender Erfindung. Das gezeigte Pumpsystem 1 umfasst eine Pumpvorrichtung 3 für Mehrphasengemische mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase. Die Pumpvorrichtung 3 enthält eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, wobei das Pumpsystem 1 einlassseitig der Pumpvorrichtung zusätzlich einen Separator 2 umfasst um die gasförmige Phase oder einen Teil derselben abzutrennen, und wobei die Pumpvorrichtung für Förderhöhen grösser als 50 m ausgebildet ist. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten lediglich darin, dass im zweiten Ausführungsbeispiel eine in Fig. 2 eingezeichnete Rückführleitung 7 in eine einlassseitige Förderleitung 4 des Pumpsystems 1 mündet, während in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Rückführleitung in den Separator 2 mündet. In beiden Fällen dient die Rückführleitung 7 dazu, durch die Pumpvorrichtung 3 geförderte Flüssigphasen und Mehrphasengemische in den Separator 2 zurückzuführen und ein zu starkes Absinken des Füllstandes im Separator zu vermeiden. Darüber hinaus wird bei der in Fig. 2 gezeigten Rückführvariante das zurückgeführte Mehrphasengemisch im Separator demselben Trennvorgang unterworfen, wie das frisch zugeführte Mehrphasengemisch. Weiter findet sich in Fig. 2 ein Absperrventil 15 zum Absperren einer Gasaustrittsleitung 5 des Separators, das jedoch lediglich eine Ausführungsvariante darstellt, die im Folgenden separat beschrieben wird, da sie unabhängig vom Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Das im Rahmen von Fig. 1 beschriebene Absperrventil 14 ist dagegen in Fig. 2 nicht nochmals eingezeichnet, obwohl es ebenfalls eine Ausführungsvariante darstellt, die unabhängig vom Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Die übrigen Merkmale, Eigenschaften und Ausführungsformen und -Varianten des zweiten Ausführungsbeispiels sind identisch mit denjenigen des erstenPromotion of multiphase mixtures according to the present invention. The pumping system 1 shown comprises a pumping device 3 for multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase. The pumping device 3 includes one or more axial compression stages each having an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages, the pumping system 1 on the inlet side of the pumping device additionally a separator. 2 to separate the gaseous phase or a part thereof, and wherein the pumping device is designed for delivery heights greater than 50 m. The second embodiment differs from the first only in that in the second embodiment, a drawn in Fig. 2 return line 7 opens into an inlet-side delivery line 4 of the pumping system 1, while in the embodiment shown in Fig. 1, the return line opens into the separator 2. In both cases, the return line 7 serves to return pumped by the pumping device 3 liquid phases and multiphase mixtures in the separator 2 and to avoid excessive reduction of the level in the separator. In addition, in the return variant shown in Fig. 2, the recycled multiphase mixture is subjected in the separator to the same separation process as the freshly supplied multiphase mixture. Next, in Fig. 2, a shut-off valve 15 for shutting off a gas outlet line 5 of the separator, which, however, represents only one embodiment, which will be described separately below, since it can be used independently of the embodiment. The shut-off valve 14 described in the context of Fig. 1, however, is not shown again in Fig. 2, although it also represents a variant embodiment, which can be used independently of the embodiment. The remaining features, characteristics, and embodiments and variants of the second embodiment are identical to those of the first embodiment
Ausführungsbeispiels, weshalb im Folgenden auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird.Embodiment, which is why in the following a repetition of the description is omitted.
Das Pumpsystem kann, wie erwähnt und in Fig. 2 gezeigt, ein Absperrventil oder Absperrmittel 15 umfassen, das beispielsweise mit der Steuereinheit 10 verbunden sein kann, um eine mit dem Separator 2 verbundeneAs mentioned and shown in FIG. 2, the pumping system may comprise a shut-off valve or shut-off means 15, which may be connected, for example, to the control unit 10, to one connected to the separator 2
Gasaustrittsleitung 5 abzusperren. Das Absperren der Gasaustrittsleitung 5 ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, beispielsweise wenn der Füllstand die Gasaustrittsleitung erreicht.Shut off gas outlet line 5. The shut-off of the gas outlet line 5 is particularly advantageous when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, for example, when the level reaches the gas outlet line.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen zur Verwendung in einem Pumpsystem gemäss vorliegender Erfindung. Die Pumpvorrichtung 30 umfasst im Ausführungsbeispiel eine erste Stufengruppe mit einer oder mehreren, beispielsweise zwei axialen Kompressionsstufen 41.1 , 41.2 mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad, um das volumetrische Gas/Flüssigkeitsverhältnis der Mehrphasengemische zu verringern und die Phasenverteilung derselben zu homogenisieren, sowie zusätzlich eine zweite Stufengruppe mit mindestens einer Förderstufe 21.1 mit einem radialen Laufrad 25.1 , die auslassseitig der ersten Stufengruppe angeordnet ist. Die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1 , 41.2 können z.B. entsprechend den in Dokument GB-A-1 561 454 oder Dokument EP 0 486 877 A1 beschriebenen Pump- oder Kompressionsstufen ausgebildet sein. Zudem kann die erste Stufengruppe zum Beispiel einlassseitig eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit einem axialen Laufrad umfassen und auslassseitig eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit einem halbaxialen Laufrad. Weiter kann die zweite Stufengruppe der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen zur Erzielung grosserer Förderhöhen, wie in Fig. 3 gezeigt, mit beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr Förderstufen ausgestattet sein.Fig. 3 shows an embodiment of a pumping device 30 for conveying multiphase mixtures for use in a pumping system according to the present invention. In the exemplary embodiment, the pump device 30 comprises a first stage group with one or more, for example two axial compression stages 41.1, 41.2, each with one axial or semi-axial impeller to reduce the volumetric gas / liquid ratio of the multi-phase mixtures and to homogenize the phase distribution thereof, and additionally a second stage group with at least one conveyor stage 21.1 with a radial impeller 25.1, which is arranged on the outlet side of the first stage group. The one or more axial compression stages 41.1, 41.2 may, for example, be designed in accordance with the pumping or compression stages described in document GB-A-1 561 454 or document EP 0 486 877 A1. In addition, for example, the first stage group may include one or more axial compression stages with an axial impeller on the inlet side and one or more axial compression stages with a semi-axial impeller on the outlet side. Further, the second stage group of the pumping device 30 may be equipped with, for example, two, three, four or more delivery stages for conveying multiphase mixtures to obtain larger delivery heights, as shown in FIG.
Mit Vorteil werden die axialen Kompressionsstufen 41.1 , 41.2 der ersten Stufengruppe und die radialen Förderstufen 21.1 der zweiten Stufengruppe jeweils in Reihe angeordnet. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, die radialen Förderstufen der zweiten Stufengruppe in zwei gegenläufige Untergruppen aufzuteilen, wodurch der Axialschubausgleich vereinfacht wird.Advantageously, the axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group and the radial delivery stages 21.1 of the second stage group are each arranged in series. However, it is also possible, for example, to divide the radial conveyor stages of the second stage group into two counter-rotating subgroups, whereby the axial thrust compensation is simplified.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1 , 41.2 der ersten Stufengruppe jeweils ein Laufrad 45.1 , 45.2, welches helico-axial und/oder helico-axial geschlossen und/oder halbaxial ausgeführt ist, und an welchem eine oder mehrere Schaufeln, insbesondere mindestens zwei Schaufeln, ausgebildet sind.In an advantageous embodiment, the one or more axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group each comprise an impeller 45.1, 45.2, which is helico-axially and / or helico-axially closed and / or semi-axial, and on which one or more blades, in particular at least two blades are formed.
Vorteilhafterweise werden die Schaufeln z.B. auf einer Nabe befestigt, die auf einer Welle 32 der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen aufgezogen sein kann. Das Verhältnis zwischen Innen- und Aussendurchmesser der einen oder mehreren Schaufeln liegt einlassseitig typisch zwischen 0.3 und 0.95 und mit Vorteil zwischen 0.6 und 0.9. Die eine oder mehreren Schaufeln können beispielsweise einen Eintrittswinkel zwischen 2° und 50° und vorzugsweise zwischen 4° und 25° aufweisen sowie einen Austrittswinkel, der zwischen dem Eintrittswinkel und 60° liegt und vorzugsweise zwischen dem Eintrittswinkel und 25°. Weiter können die Schaufeln ein Profil aufweisen, das durch den Schnitt derselben mit der Oberfläche eines zum Laufrad koaxialen Zylinders gebildet wird, in welchem der Neigungswinkel des Profils zur axialen Richtung von der Eintrittskante der Schaufel bis zur Austrittskante kontinuierlich abnimmt, beispielsweise indem das Profil in der unmittelbaren Umgebung derAdvantageously, the blades are mounted, for example, on a hub, which may be mounted on a shaft 32 of the pumping device 30 for conveying multi-phase mixtures. The ratio between the inside and outside diameters of the one or more blades is typically between 0.3 and 0.95 on the inlet side and advantageously between 0.6 and 0.9. The one or more blades may, for example, have an entry angle between 2 ° and 50 °, and preferably between 4 ° and 25 °, and an exit angle that is between the entry angle and 60 °, and preferably between the entry angle and 25 °. Further For example, the blades may have a profile formed by intersecting them with the surface of a cylinder coaxial with the impeller, in which the angle of inclination of the profile to the axial direction decreases continuously from the leading edge of the blade to the trailing edge, for example by the profile in the immediate vicinity Environment of
Eintrittskante im Wesentlichen keine Krümmung aufweist und indem sich die Steilheit einer Kurve der Schaufelprofilkrümmung als Funktion des axialen Abstandes von der Eintrittskante mit zunehmendem Abstand von der Eintrittskante ständig vergrössert.The leading edge has substantially no curvature and in that the steepness of a curve of the blade profile curvature as a function of the axial distance from the leading edge with increasing distance from the leading edge constantly increases.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die erste Stufengruppe ein erstes Gehäuse 43, 43' und die zweite Stufengruppe ein zweites Gehäuse 23, 23', wobei die beiden Gehäuse 43, 43', 23, 23' miteinander verbunden sind, und wobei die beiden Gehäuse aus mehreren Gehäuseteilen 43, 43', 23, 23' aufgebaut sein können. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die erste und zweite Stufengruppe eine gemeinsameIn an advantageous embodiment variant, the first step group comprises a first housing 43, 43 'and the second step group a second housing 23, 23', wherein the two housings 43, 43 ', 23, 23' are interconnected, and wherein the two housing a plurality of housing parts 43, 43 ', 23, 23' may be constructed. In a further advantageous embodiment, the first and second stage group comprises a common
Haltevorrichtung und/oder ein gemeinsames Gehäuse 33, in welchem die erste und zweite Stufengruppe angeordnet sind, und welches beispielsweise ein Gehäuseteil enthalten kann, das sich wenigstens über einen Teil der ersten sowie einen Teil der zweiten Stufengruppe erstreckt.Holding device and / or a common housing 33, in which the first and second stage group are arranged, and which may for example contain a housing part which extends over at least a part of the first and a part of the second stage group.
Mit Vorteil umfassen die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1 , 41.2 der ersten Stufengruppe und die mindestens eine Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe jeweils ein Laufrad 45.1 ,45.2, 25.1-25.4 und eine Leitvorrichtung 44.1 , 44.2. 26.1 , wobei die Leitvorrichtung 44.2 der letzten axialen Kompressionsstufe 41.2 der ersten Stufengruppe fluidleitend mit dem Laufrad 25.1 der ersten Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe verbunden ist, beispielsweise über einen oder mehrere Verbindungskanäle oder so genannte Rückführkanäle 36, die in dem oder den Gehäusen 33, 43, 43', 23, 23' vorgesehen sind. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante können in dem oder den Verbindungs- oder Rückführkanälen 36 Leitelemente 34 vorgesehen sein.Advantageously, the one or more axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group and the at least one conveyor stage 21.1 of the second stage group each comprise an impeller 45.1, 45.2, 25.1-25.4 and a guide 44.1, 44.2. 26.1, wherein the guide 44.2 of the last axial compression stage 41.2 of the first stage group is fluidly connected to the impeller 25.1 of the first conveyor stage 21.1 of the second stage group, for example via one or more connection channels or so-called return channels 36, in the housing or 33, 43rd , 43 ', 23, 23' are provided. In an advantageous embodiment variant, guide elements 34 may be provided in the connection or return ducts 36.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen eine oder mehrere der axialen Kompressionsstufen 41.1 , 41.2 der ersten Stufengruppe, jeweils einen Diffusor 44.1 , 44.2, insbesondere einen Diffusor mit mehreren Leitelementen, der fest mit dem ersten Gehäuse 43, 43' und/oder gemeinsamen Gehäuse 33 verbunden ist. Die Leitelemente können als Schaufeln ausgebildet sein, wobei der Diffusor beispielsweise zwischen 6 und 50 Schaufeln, vorzugsweise zwischen 12 und 30 Schaufeln aufweisen kann. Am Einlass des Diffusors 44.1 , 44.2 können die Schaufeln z.B. imIn a further advantageous embodiment, one or more of the axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group, each comprise a diffuser 44.1, 44.2, in particular a diffuser with a plurality Guide elements, which is fixedly connected to the first housing 43, 43 'and / or common housing 33. The guide elements may be formed as blades, wherein the diffuser may for example have between 6 and 50 blades, preferably between 12 and 30 blades. At the inlet of the diffuser 44.1, 44.2, the blades can eg in
Wesentlichen tangential zur Strömung ausgerichtet sein und am Auslass im Wesentlichen in axialer Richtung. Falls das zugehörige Laufrad, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Nabe mit in Förderrichtung zunehmenden Durchmesser aufweist, wird der Diffusor im Zentrum vorteilhafterweise mit einer Nabe oder Hülle versehen, die in Förderrichtung einen abnehmenden Durchmesser aufweist sowie bei Bedarf eine Schnittlinie in einem axialen Längsschnitt, die einlass- und/oder auslassseitig achsparallel verläuft.Be substantially tangentially aligned with the flow and at the outlet substantially in the axial direction. If the associated impeller, as shown in Fig. 3, a hub having increasing diameter in the conveying direction, the diffuser is advantageously provided in the center with a hub or sheath having a decreasing diameter in the conveying direction and, if necessary, a section line in an axial longitudinal section , which runs parallel to the inlet and / or outlet on the axis.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die eine oder mehreren axialen Kompressionsstufen 41.1 , 41.2 der ersten Stufengruppe und die mindestens eine Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe eine gemeinsame Rotationsachse auf, beispielsweise indem das oder die Laufräder 45.1 , 45.2 der einen oder mehreren axialen Kompressionsstufen und das radiale Laufrad 25.1 der mindestens einen Förderstufe auf einer gemeinsamen Welle 32, 42 angeordnet sind. Die gemeinsame Welle kann im Bereich 42 der ersten Stufengruppe einen geänderten, vorzugsweise vergrösserten Durchmesser aufweisen oder eine entsprechende Nabe mit vergrössertem Durchmesser. Vorteilhafterweise ist die erste und zweite Stufengruppe der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen mit einem gemeinsamen Antrieb, der in Fig. 3 nicht gezeigt ist, versehen.In a further preferred embodiment, the one or more axial compression stages 41.1, 41.2 of the first stage group and the at least one conveyor stage 21.1 of the second stage group have a common axis of rotation, for example by the one or more wheels 45.1, 45.2 of the one or more axial compression stages and the radial Impeller 25.1 the at least one conveyor stage on a common shaft 32, 42 are arranged. The common shaft may have a modified, preferably enlarged diameter in the area 42 of the first step group or a corresponding hub with an enlarged diameter. Advantageously, the first and second stage group of the pumping device 30 for conveying multiphase mixtures with a common drive, which is not shown in Fig. 3, provided.
In der mindestens einen Förderstufe 21.1 der zweiten Stufengruppe umfasst das Laufrad 25.1 vorteilhafterweise eine oder mehrere Schaufeln zur Beschleunigung der zu fördernden Mehrphasengemische in zumindest teilweise radialer Richtung. Das Laufrad kann offen, halboffen oder geschlossen ausgeführt sein. Zweckmässigerweise umfasst die Förderstufe 21.1 ein Gehäuse 33, 23, das z.B. aus mehreren Gehäuseteilen 23, 23' aufgebaut sein kann. Vorteilhafterweise ist im Gehäuse eine Leitvorrichtung 26.1 ausgebildet, die aussen an das Laufrad 25.1 anschliesst und z.B. über einen Ringraum mit dem Laufrad der nächsten Förderstufe oder dem Auslass der Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen verbunden sein kann.In the at least one conveying stage 21.1 of the second step group, the impeller 25.1 advantageously comprises one or more blades for accelerating the multiphase mixtures to be delivered in at least partially radial direction. The impeller may be open, semi-open or closed. Conveniently, the conveyor stage 21.1 comprises a housing 33, 23, which may be composed of several housing parts 23, 23 ', for example. Advantageously, a guide device 26.1 is formed in the housing, which connects externally to the impeller 25.1 and, for example via an annular space with the impeller of the next conveyor stage or the outlet the pumping device 30 may be connected to promote multi-phase mixtures.
Vorteilhafterweise ist die Pumpvorrichtung 30 zur Förderung von Mehrphasengemischen für ein volumetrisches Gas/Flüssigkeitsverhältnis von bis zu 15 % oder bis zu 20% oder bis zu 30%, ausgebildet, bezogen auf die thermodynamischen Bedingungen am Einlass der ersten axialen Kompressionsstufe der ersten Stufengruppe.Advantageously, the pumping device 30 is designed to deliver multiphase mixtures for a volumetric gas / liquid ratio of up to 15% or up to 20% or up to 30%, based on the thermodynamic conditions at the inlet of the first axial compression stage of the first stage group.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens zur Förderung von Mehrphasengemischen mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase wird im Folgenden an Hand der Figuren 1 und 2 beschrieben. In dem Verfahren wird ein Mehrphasengemisch mittels einer Pumpvorrichtung 3 gefördert, die eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad enthält und eine oder mehrere Förderstufen mit jeweils einem radialen Laufrad, die anschliessend an die axialen Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind. Zusätzlich wird in dem Verfahren in einem Separator 2 einlassseitig der Pumpvorrichtung 3 die gasförmige Phase oder ein Teil derselben abgetrennt, und die flüssige Phase oder das restliche Mehrphasengemisch mittels der Pumpvorrichtung auf eine Förderhöhe von mehr als 50 m oder mehr als 100 m oder mehr als 200 m gefördert.An exemplary embodiment of the method according to the invention for conveying multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase is described below with reference to FIGS. 1 and 2. In the method, a multiphase mixture is conveyed by means of a pumping device 3, which contains one or more axial compression stages, each with an axial or semi-axial impeller and one or more delivery stages, each with a radial impeller, which are then arranged on the axial compression stage or stages. In addition, in the process in a separator 2 on the inlet side of the pumping device 3, the gaseous phase or a part thereof is separated, and the liquid phase or the remaining multiphase mixture by means of the pumping device to a delivery height of more than 50 m or more than 100 m or more than 200 m promoted.
Eine der Schwierigkeiten bei der Förderung von Mehrphasengemischen ist die unregelmässige Zufuhr und Zusammensetzung des zu fördernden Mehrphasengemisches, die bei einem kleinen Volumen des Separators besonders störend in Erscheinung tritt. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird deshalb der Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator 2 mittels eines oder mehreren Füllstandsensoren 11 erfasst und bei Bedarf durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung 3 automatisch gesteuert oder geregelt.One of the difficulties in conveying multiphase mixtures is the irregular supply and composition of the multiphase mixture to be delivered, which is particularly troublesome in the case of a small volume of the separator. In an advantageous embodiment of the method, therefore, the level of the liquid phase or phases in the separator 2 is detected by means of one or more level sensors 11 and automatically controlled or regulated as needed by varying the speed of the pumping device 3.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator 2 unterbrochen, beispielsweise mittels eines Absperrventils 14, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, und/oder der Gasaustritt aus dem Separator 2 über eine Gasaustrittsleitung 5 durch Schliessen derselben unterbrochen, beispielsweise mittels eines Absperrventils 15, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat, zum Beispiel wenn der Füllstand den Einlass der Gasaustrittsleitung 5 erreicht hat. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Förderstrom in einer an die Pumpvorrichtung 3 angeschlossen auslassseitigen Förderleitung 6 unterbrochen, beispielsweise mittels eines Rückflussventils oder Absperrmittels 8, wenn der auslassseitige Förderdruck und/oder Förderstrom unter einen minimalen Wert fällt, und in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird über eine Rückführleitung 7 Mehrphasengemisch in den Separator 2 zurückgeführt, wenn der Füllstand einen minimalen Wert unterschreitet. Die erwähnten Ausführungsvarianten des Verfahrens sind besonders dann vorteilhaft, wenn der Füllstand im Separator 2 trotz Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung 3 nicht im gewünschten Bereich gehalten werden kann.In an advantageous embodiment, the supply of multiphase mixture to the separator 2 is interrupted, for example by means of a shut-off valve 14 when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, and / or the gas outlet from the Separator 2 via a gas outlet line 5 by closing the same interrupted, for example by means of a check valve 15 when the level in the separator has exceeded a maximum allowable value, for example, when the level has reached the inlet of the gas outlet line 5. In a further advantageous embodiment, the flow in an outlet connected to the pumping device 3 delivery line 6 is interrupted, for example by means of a return valve or shut-off 8 when the outlet side discharge pressure and / or flow falls below a minimum value, and in a further advantageous embodiment is about a return line 7 multi-phase mixture returned to the separator 2 when the level falls below a minimum value. The aforementioned embodiments of the method are particularly advantageous when the level in the separator 2 can not be kept in the desired range despite varying the speed of the pumping device 3.
Zusätzlich umfasst die Erfindung eine Förderanlage umfassend ein Pumpsystem zur Förderung von Mehrphasengemischen nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsvarianten und/oder ausgestattet zur Ausführung eines Verfahrens nach oben stehender Beschreibung.In addition, the invention comprises a conveyor system comprising a pumping system for conveying multiphase mixtures according to one or more of the above-described embodiments and variants and / or equipped for carrying out a method as described above.
Das oben stehend beschriebene Pumpsystem und das oben stehend beschriebene Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen sind für volumetrische Gas/Flüssigkeitsverhältnisse von grösser als 40 % oder grösser als 60% geeignet, erlauben einen vergleichsweise kompakten und Platz sparenden Aufbau und einen sicheren Betrieb trotz stark schwankender Zufuhr des zu fördernden Mehrphasengemisches und ermöglichen je nach Anzahl der Förderstufen Förderhöhen von 50 m bis 2000 m und grösser. The above-described pumping system and the method described above for conveying multiphase mixtures are suitable for volumetric gas / liquid ratios of greater than 40% or greater than 60%, allow a comparatively compact and space-saving design and safe operation despite highly fluctuating supply of To be promoted multi-phase mixture and allow depending on the number of stages conveyor heads from 50 m to 2000 m and larger.

Claims

Patentansprüche claims
1. Pumpsystem zur Förderung von Mehrphasengemischen umfassend eine Pumpvorrichtung (3, 30) für Mehrphasengemische mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase, wobei die Pumpvorrichtung (3, 30) eine oder mehrere axiale KompressionsstufenA pumping system for delivering multiphase mixtures comprising pumping means (3, 30) for multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase, the pumping means (3, 30) having one or more axial compression stages
(41.1 , 41.2) mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad (45.1 , 45.2) enthält und eine oder mehrere Förderstufen (21.1 ) mit jeweils einem radialen Laufrad (25.1 - 25.6), die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem (1 ) einlassseitig der(41.1, 41.2), each with an axial or semi-axial impeller (45.1, 45.2) contains and one or more conveyor stages (21.1), each with a radial impeller (25.1 - 25.6), which are then arranged on the axial compression stage or stages, characterized in that the pumping system (1) on the inlet side of the
Pumpvorrichtung (3, 30) zusätzlich einen Separator (2) umfasst, um die gasförmige Phase oder einen Teil derselben abzutrennen, und dass die Pumpvorrichtung (3, 30) für Förderhöhen grösser als 50 m ausgebildet ist.Pumping device (3, 30) additionally comprises a separator (2) to separate the gaseous phase or a part thereof, and that the pumping device (3, 30) is designed for delivery heights greater than 50 m.
2. Pumpsystem nach Anspruch 1 , wobei die Pumpvorrichtung (3, 30) für Mehrphasengemisch eine bis sechs und insbesondere zwei bis vier axiale Kompressionsstufen (41.1 , 41.2) enthält.2. Pumping system according to claim 1, wherein the pumping device (3, 30) for multiphase mixture contains one to six and in particular two to four axial compression stages (41.1, 41.2).
3. Pumpsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in einer oder mehreren oder sämtlichen der axialen Kompressionsstufen (41.1 , 41.2) das Laufrad (45.1 , 45.2) mit helico-axial ausgebildeten Schaufeln versehen ist.3. Pumping system according to one of claims 1 or 2, wherein in one or more or all of the axial compression stages (41.1, 41.2), the impeller (45.1, 45.2) is provided with helico-axially formed blades.
4. Pumpsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pumpvorrichtung (3, 30) für Mehrphasengemisch einen maximalen Förderstrom Qmax aufweist und der Separator (2) ein Volumen von höchstens V = 60s ■ Qmax ■4. Pumping system according to one of the preceding claims, wherein the pumping device (3, 30) for multiphase mixture has a maximum flow rate Q max and the separator (2) has a volume of at most V = 60s ■ Q max ■
5. Pumpsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ausgangsseitig der Pumpvorrichtung (3, 30) für Mehrphasengemische eine Rückführleitung (7) vorgesehen ist, um Mehrphasengemisch in den Separator (2) zurückzuführen.5. Pumping system according to one of the preceding claims, wherein the output side of the pumping device (3, 30) for multi-phase mixtures a return line (7) is provided to return multiphase mixture into the separator (2).
6. Pumpsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pumpsystem (1 ) eine Steuereinheit (10) umfasst, um die Drehzahl der6. Pumping system according to one of the preceding claims, wherein the pumping system (1) comprises a control unit (10) to the speed of the
Pumpvorrichtung (3, 30) für Mehrphasengemische zu steuern, und wobei am Separator (2) mindestens ein Füllstandssensor (1 1 ) vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit (10) verbunden ist, um den Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator (2) durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung (3, 30) zu regeln.To control pumping device (3, 30) for multi-phase mixtures, and wherein on the separator (2) at least one level sensor (1 1) is provided, which is connected to the control unit (10) to the liquid level or phases in the separator (2 ) by varying the speed of the pumping device (3, 30).
7. Verfahren zur Förderung von Mehrphasengemischen mit mindestens einer flüssigen Phase und mindestens einer gasförmigen Phase, in welchem ein Mehrphasengemisch mittels einer Pumpvorrichtung (3, 30) gefördert wird, die eine oder mehrere axiale Kompressionsstufen (41 .1 ,7. A method for conveying multiphase mixtures having at least one liquid phase and at least one gaseous phase, in which a multiphase mixture by means of a pumping device (3, 30) is promoted, the one or more axial compression stages (41 .1,
41 .2) mit jeweils einem axialen oder halbaxialen Laufrad (45.1 , 45.2) enthält und eine oder mehrere Förderstufen (21 .1 ) mit jeweils einem radialen Laufrad (25.1 - 25.4), die anschliessend an die axiale Kompressionsstufe oder -stufen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass einlassseitig der Pumpvorrichtung (3, 30) die gasförmige Phase oder ein Teil derselben in einem Separator (2) abgetrennt wird, und dass die flüssige Phase oder das restliche Mehrphasengemisch mittels der Pumpvorrichtung (3, 30) auf eine Förderhöhe von mehr als 50 m gefördert wird.41 .2) each having an axial or semi-axial impeller (45.1, 45.2) and one or more conveyor stages (21 .1) each having a radial impeller (25.1 - 25.4), which are then arranged on the axial compression stage or stages, characterized in that the inlet side of the pumping device (3, 30), the gaseous phase or a part thereof in a separator (2) is separated, and that the liquid phase or the remaining multiphase mixture by means of the pumping device (3, 30) to a delivery of more than 50 m is promoted.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Füllstand der flüssigen Phase oder Phasen im Separator (2) mittels eines oder mehreren Füllstandsensoren (11 ) erfasst und durch Variieren der Drehzahl der Pumpvorrichtung (3, 30) automatisch gesteuert oder geregelt wird.8. The method of claim 7, wherein the level of the liquid phase or phases in the separator (2) by means of one or more level sensors (11) detected and automatically controlled or regulated by varying the speed of the pumping device (3, 30).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Zufuhr von Mehrphasengemisch zum Separator (2) unterbrochen wird, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert überschritten hat und/oder wobei der Gasaustritt aus dem Separator (2) über eine Gasaustrittsleitung (5) durch Schliessen derselben unterbrochen wird, wenn der Füllstand im Separator einen maximal zulässigen Wert erreicht hat, und insbesondere wenn der Füllstand den Einlass der9. The method according to any one of claims 7 or 8, wherein the supply of multiphase mixture to the separator (2) is interrupted when the Level in the separator has exceeded a maximum allowable value and / or wherein the gas outlet from the separator (2) via a gas outlet line (5) is interrupted by closing the same when the level in the separator has reached a maximum allowable value, and in particular if the level the inlet of the
Gasaustrittsleitung (5) erreicht hat.Gas outlet line (5) has reached.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Förderstrom in einer an die Pumpvorrichtung (3, 30) angeschlossen auslassseitigen Förderleitung (6) unterbrochen wird, beispielsweise mittels eines Rückflussventils (8), wenn der auslassseitige Förderdruck und/oder10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the flow in an outlet connected to the pumping device (3, 30) discharge line (6) is interrupted, for example by means of a reflux valve (8) when the outlet side discharge pressure and / or
Förderstrom unter einen minimalen Wert fällt.Flow falls below a minimum value.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei über eine Rückführleitung (7) Mehrphasengemisch in den Separator (2) zurückgeführt wird, wenn der Füllstand im Separator einen minimalen Wert unterschritten hat.11. The method according to any one of claims 7 to 10, wherein via a return line (7) multi-phase mixture is recycled to the separator (2) when the level in the separator has fallen below a minimum value.
12. Förderanlage umfassend ein Pumpsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6. 12. conveyor system comprising a pumping system according to one of claims 1 to 6.
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