ITMI20061224A1 - COMPRESSION OR PUMPING SYSTEM OF FLUIDS - Google Patents

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ITMI20061224A1
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Description

"SISTEMA DI COMPRESSIONE O POMPAGGIO DI FLUIDI "SYSTEM OF COMPRESSION OR PUMPING OF FLUIDS

Descrizione Description

La presente invenzione riguarda un sistema di compressione o pompaggio di fluidi comprendente compressori o gruppi di pompaggio accoppiati a motori elettrici a giri fissi e una o più attrezzature, denominate Attrezzature di Lancio, per l'avviamento di detti motori elettrici. The present invention relates to a fluid compression or pumping system comprising compressors or pumping units coupled to fixed speed electric motors and one or more equipment, called Launch Equipment, for starting said electric motors.

Più particolarmente, dette attrezzature possono trovare impiego per l'avviamento di motori elettrici a giri fissi accoppiati a compressori o gruppi di pompaggio fluidi installati a bordo di unità flottanti per la produzione di idrocarburi offshore, quali ad esempio le FPU (Floating Production Unit) e le FPSO (Floating Production Storage Offloading vessel). More particularly, said equipment can be used for starting fixed-speed electric motors coupled to compressors or fluid pumping units installed on board floating units for the production of offshore hydrocarbons, such as FPUs (Floating Production Units) and the FPSO (Floating Production Storage Offloading vessel).

Negli impianti di trattamento degli idrocarburi installati offshore a bordo di unità flottanti di produzione (ad es. FPU e navi FPSO) così come per analoghi impianti a terra è comune l'impiego di sistemi di compressione o pompaggio fluidi di notevole potenza (da centinaia a migliaia di kW) costituiti da compressori o gruppi di pompaggio fluidi condotti da motori elettrici a giri fissi (ad es. motori asincroni trifase) a loro volta dotati di complessi sistemi di azionamento elettronico/elettrico (detti drivers o azionamenti elettrici) per gestire il transitorio in avvio. I motori elettrici a giri fissi sono infatti caratterizzati da una elevata corrente di spunto che richiederebbe la verifica dei transitori ed un sovradimensionamento del sistema di Power Generation in modo da poter garantire la partenza (la ripartenza) nelle peggiori condizioni (cioè massima temperatura ambientale, massimo consumo elettrico, ecc.). Gli azionamenti elettrici mitigano il problema riducendo la corrente di spunto con un sistema di variazione dei giri (ad es. variable frequency driver) durante la fase transitoria di avvio sino alle rotazioni di regime. In hydrocarbon treatment plants installed offshore on board floating production units (e.g. FPUs and FPSO vessels) as well as for similar onshore plants, the use of compression systems or fluid pumping of considerable power is common (from hundreds to thousands of kW) consisting of compressors or fluid pumping units driven by fixed-speed electric motors (e.g. three-phase asynchronous motors) in turn equipped with complex electronic / electric drive systems (called drivers or electric drives) to manage the transient in startup. The fixed speed electric motors are in fact characterized by a high starting current which would require the verification of the transients and an oversizing of the Power Generation system in order to guarantee the start (restart) in the worst conditions (i.e. maximum ambient temperature, maximum electricity consumption, etc.). Electric drives mitigate the problem by reducing the inrush current with a system of variation of the revolutions (eg variable frequency driver) during the transient phase of starting up to the revolutions of regime.

L'uso di azionamenti elettrici per i motori elettrici che conducono i compressori ed i gruppi di pompaggio fluidi che costituiscono i sistemi di compressione o pompaggio fluidi non è privo di problemi. Se infatti detti azionamenti riducono in transitorio l'assorbimento di potenza per l'avvio dei compressori, tali azionamenti sono complessi, ingombranti, costosi e delicati. Inoltre, gli azionamenti rimangono sempre in linea, pur essendo solo utilizzati nelle fasi di avvio, con rischi sull'affidabilità del sistema a cui sono applicati e maggiori esigenze di manutenzione. Questi problemi risultano particolarmente critici nelle applicazioni offshore a causa dei requisiti stringenti sugli spazi e l’affidabilità che contraddistinguono tali installazioni. The use of electric drives for the electric motors that drive the compressors and fluid pumping units that make up the fluid compression or pumping systems is not without problems. In fact, if said drives transiently reduce the power consumption for starting the compressors, these drives are complex, bulky, expensive and delicate. Furthermore, the drives always remain on line, even though they are only used in the start-up phases, with risks on the reliability of the system to which they are applied and greater maintenance requirements. These problems are particularly critical in offshore applications due to the stringent requirements on space and reliability that distinguish such installations.

La soluzione da noi proposta consiste nell'utilizzo di una attrezzatura per l'avviamento dei motori elettrici in sistemi di compressione o pompaggio fluidi che metta in moto i motori elettrici con la relativa unità guidata di compressione/pompaggio fluidi. The solution proposed by us consists in the use of equipment for starting electric motors in fluid compression or pumping systems that starts the electric motors with the related fluid compression / pumping unit.

Oggetto principale della presente invenzione è il sistema di compressione o pompaggio di fluidi che comprende compressori o gruppi di pompaggio accoppiati a motori elettrici a giri fissi, che è caratterizzato dal fatto di comprendere anche una o più attrezzature, denominate Attrezzature di Lancio, per l'avvio di detti motori elettrici. The main object of the present invention is the fluid compression or pumping system which comprises compressors or pumping units coupled to fixed speed electric motors, which is characterized in that it also includes one or more equipment, called Launch Equipment, for the starting up said electric motors.

Dette Attrezzature di Lancio sono realizzate preferibilmente mediante una motorizzazione elettrica o endotermica o oleodinamica oppure mediante una turbina. Said Launching Equipments are preferably made by means of an electric or endothermic or hydraulic motorization or by means of a turbine.

Una volta effettuato ravviamento portando il motore elettrico prossimo al regime di funzionamento la singola Attrezzatura di Lancio può essere disconnessa meccanicamente da detto motore elettrico. Once restarting has been carried out by bringing the electric motor close to operating speed, the single Launch Equipment can be mechanically disconnected from said electric motor.

In alternativa, dopo l'avviamento del motore elettrico, detta Attrezzatura di Lancio può rimanere collegata ma inattiva. Alternatively, after starting the electric motor, said Launch Equipment can remain connected but inactive.

In avviamento l'Attrezzatura di Lancio deve fornire l'energia necessaria per mettere il motore elettrico in rotazione e può prevedere un qualsiasi motore, quali ad esempio un motore elettrico o idraulico o diesel oppure una piccola turbina ad espansione di gas naturale, di vapore o qualsiasi altro fluido in pressione a seconda delle disponibilità e delle caratteristiche dell'impianto. In start-up, the Launch Equipment must provide the energy necessary to set the electric motor in rotation and can include any motor, such as an electric or hydraulic or diesel motor or a small turbine with natural gas, steam or gas expansion. any other pressurized fluid depending on the availability and characteristics of the system.

Preferibilmente, questi sistemi di compressione o pompaggio fluidi con Attrezzatura di Lancio sono adatti per le installazioni offshore su unità di produzione galleggiante (ad es. FPU e FPSO) con vantaggi per il layout più semplice e con ingombri ridotti, minori costi di installazione, ridotto numero di Long Lead Items. Ancora più preferibilmente, questi sistemi di compressione o pompaggio fluidi hanno una Attrezzatura di Lancio costituita da una turbina, alimentata con un fluido in pressione disponibile a bordo, quale ad esempio il gas di produzione (gas naturale) o di processo. Preferably, these fluid compression or pumping systems with Launch Equipment are suitable for offshore installations on floating production units (e.g. FPU and FPSO) with advantages for simpler layout and with reduced footprint, lower installation costs, reduced number of Long Lead Items. Even more preferably, these fluid compression or pumping systems have a Launch Equipment consisting of a turbine, fed with a pressurized fluid available on board, such as for example the production gas (natural gas) or process.

Con la soluzione trovata si evitano sia le elevate correnti di spunto, sia la necessità di azionamenti elettrici con i relativi problemi. Ci sarebbero risparmi per i costi di investimento e di gestione. With the solution found, both high inrush currents and the need for electric drives with the related problems are avoided. There would be savings for investment and management costs.

Un secondo oggetto della presente invenzione è una unità flottante per la produzione di idrocarburi offshore che è caratterizzata dal fatto di comprendere uno o più sistemi di compressione e pompaggio di fluidi con una o più Attrezzature di Lancio come sopra descritto. A second object of the present invention is a floating unit for the production of offshore hydrocarbons which is characterized in that it comprises one or more fluid compression and pumping systems with one or more Launch Equipment as described above.

Detta unità flottante potrebbe risultare maggiormente competitiva rispetto ai sistemi tradizionali. This floating unit could be more competitive than traditional systems.

Infatti, una pluralità di detti sistemi di compressione o pompaggio fluidi (stazioni) costituisce una parte fondamentale del'impiantistica installata a bordo ed i vantaggi conseguenti all'adozione dell'Attrezzatura di Lancio ne risultano amplificati dal numero di stazioni. In fact, a plurality of said fluid compression or pumping systems (stations) constitute a fundamental part of the plant installed on board and the advantages consequent to the adoption of the Launching Equipment are amplified by the number of stations.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione è il procedimento per l'avvio di motori elettrici a giri fissi accoppiati a compressori o gruppi di pompaggio di fluidi che è caratterizzato dal fatto di utilizzare una attrezzatura, denominata Attrezzatura di Lancio, come sopra descritto. A further object of the present invention is the process for starting fixed-speed electric motors coupled to compressors or fluid pumping units which is characterized by using an equipment, called Launching Equipment, as described above.

La figura 1 rappresenta un esempio di applicazione dell'Attrezzatura di Lancio ad un sistema di compressione o pompaggio fluidi azionato da motore elettrico a giri fissi che verrà nel seguito descritto. Sono raffigurati: Figure 1 represents an example of application of the Launch Equipment to a fluid compression or pumping system driven by an electric motor at fixed revolutions which will be described below. They are depicted:

LS - Attrezzatura di Lancio LS - Launch Equipment

FU - alimentazione dell'Attrezzatura di Lancio FU - power supply for the Launch Equipment

CO - accoppiatore CO - coupler

EM - motore elettrico EM - electric motor

GB - riduttore GB - reducer

CP - compressore/gruppo di pompaggio CP - compressor / pumping group

Vengono ora descritti alcuni esempi di configurazione. Some configuration examples are now described.

Ad esempio a bordo di una unità flottante per la produzione offshore di idrocarburi un sistema di compressione o pompaggio fluidi dotato di attrezzatura per l'avviamento di motori elettrici tramite l'Attrezzatura di Lancio (LS) può essere realizzato montando un turbina a gas con una alimentazione (FU) costituita da gas di processo (dal trattamento degli idrocarburi prodotti dal giacimento) oppure direttamente dal gas naturale di giacimento oppure ancora da vapore o da aria compressa disponibili dai sistemi di bordo a seconda della convenienza e delle caratteristiche della specifica applicazione. Detta turbina è collegata al motore elettrico (EM) da avviare tramite un accoppiatore (CO), che può essere meccanico o idrodinamico. Il motore elettrico (EM) è a sua volta collegato ad un compressore (CP) tramite un riduttore (GB). For example, on board a floating unit for the offshore production of hydrocarbons, a fluid compression or pumping system equipped with equipment for starting electric motors through the Launch Equipment (LS) can be realized by mounting a gas turbine with a supply (FU) consisting of process gas (from the treatment of hydrocarbons produced by the reservoir) or directly from the reservoir natural gas or again from steam or compressed air available from on-board systems depending on the convenience and characteristics of the specific application. Said turbine is connected to the electric motor (EM) to be started by means of a coupler (CO), which can be mechanical or hydrodynamic. The electric motor (EM) is in turn connected to a compressor (CP) via a reducer (GB).

In un'altra realizzazione l'Attrezzatura dì Lancio (LS) può essere definita tramite una motorizzazione oleodinamica con alimentazione (F) costituita da olio idraulico in pressione, reso disponibile dai sistemi di bordo o da una centralina dedicata. In questo caso potrebbe non essere necessario installare l'accoppiatore (CO) in quanto il motore oleodinamico potrebbe essere calettato direttamente con l'albero del motore elettrico (EM), salvo il requisito che detto motore elettrico abbia un doppio albero. Il motore elettrico (EM) è poi collegato al compressore (CP) tramite un riduttore (GB). In another embodiment, the Launch Equipment (LS) can be defined by means of an oleodynamic motorization with supply (F) consisting of pressurized hydraulic oil, made available by the on-board systems or by a dedicated control unit. In this case it may not be necessary to install the coupler (CO) as the hydraulic motor could be directly keyed with the shaft of the electric motor (EM), except for the requirement that said electric motor has a double shaft. The electric motor (EM) is then connected to the compressor (CP) through a reducer (GB).

In una ulteriore realizzazione alternativa l'Attrezzatura di Lancio (LS) potrebbe essere costituita da un motore endotermico, ad esempio diesel, con alimentazione (F) costituita da un collegamento ad un serbatoio. Potrebbe essere necessario che l'accoppiatore (CO), a seconda della specifica applicazione preveda la possibilità di una funzione di disaccoppiamento, ad es. a frizione o con meccanismo centrifugo, per evitare il trascinamento dell'Attrezzatura di lancio, ad es. di detto motore endotermico inattivo dopo l'avviamento del motore elettrico. Il motore elettrico (EM) condotto da detto motore endotermico tramite l'accoppiatore (CO) aziona a sua volta un gruppo di pompaggio fluidi (CP) tramite il riduttore (GB). In a further alternative embodiment, the Launch Equipment (LS) could be constituted by an endothermic engine, for example diesel, with power supply (F) consisting of a connection to a tank. It may be necessary that the coupler (CO), depending on the specific application, includes the possibility of a decoupling function, e.g. with friction or with centrifugal mechanism, to avoid the dragging of the Launching equipment, eg. of said internal combustion engine inactive after starting the electric motor. The electric motor (EM) driven by said endothermic engine through the coupler (CO) in turn drives a fluid pumping unit (CP) through the reducer (GB).

Le configurazioni qui descritte sono solo a scopo esemplificativo, essendo possibile avere altre combinazioni a seconda delle esigenze della effettiva applicazione. Ad esempio è possibile cambiare la motorizzazione dell'Attrezzatura di Lancio (LS), la sua alimentazione (F) e la tipologia dell'accoppiatore (CO) così come è possibile che il sistema di compressione e pompaggio fluidi comprenda ulteriori attrezzature e sottosistemi ausiliari. The configurations described here are for illustrative purposes only, it being possible to have other combinations according to the requirements of the actual application. For example, it is possible to change the motorization of the Launch Equipment (LS), its power supply (F) and the type of coupler (CO) as well as the fluid compression and pumping system including additional equipment and auxiliary subsystems.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di compressione o pompaggio di fluidi comprendente compressori o gruppi di pompaggio accoppiati a motori elettrici a giri fissi caratterizzato dal fatto di comprendere anche una o più attrezzature, denominate Attrezzature di Lancio, per l'avvio di detti motori elettrici. CLAIMS 1. Fluid compression or pumping system comprising compressors or pumping units coupled to fixed-speed electric motors characterized in that it also comprises one or more equipment, called Launching Equipment, for starting said electric motors. 2. Sistema come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di essere installato a bordo di unità flottanti per la produzione di idrocarburi offshore. 2. System as per claim 1 characterized in that it is installed on board floating units for the production of offshore hydrocarbons. 3. Sistema come da rivendicazioni 1 o 2 dove le Attrezzature di Lancio sono realizzate mediante una motorizzazione elettrica o endotermica o oleodinamica 3. System as per claims 1 or 2 where the Launch Equipment is made by means of an electric or endothermic or hydraulic motorization 4. Sistema come da rivendicazione 1 o 2 dove le Attrezzature di Lancio sono realizzate mediante una turbina. 4. System as per claim 1 or 2 where the Launch Equipment is made by means of a turbine. 5. Sistema come da rivendicazione 4 dove la turbina è alimentata mediante il gas di produzione o di processo. 5. System according to claim 4 where the turbine is fed by the production or process gas. 6. Sistema come da almeno una delle rivendicazioni da 1 a 5 dove le Attrezzature di Lancio sono scollegabili da detto motore elettrico una volta avviato. 6. System according to at least one of claims 1 to 5 where the Launch Equipment can be disconnected from said electric motor once started. 7. Unità flottante per la produzione di idrocarburi offshore caratterizzata dal fatto di comprendere uno o più sistemi di compressione e pompaggio di fluidi come da almeno una delle rivendicazioni da 1 a 6. 7. Floating unit for offshore hydrocarbon production characterized in that it comprises one or more fluid compression and pumping systems as per at least one of claims 1 to 6. 8. Procedimento per l'avvio di motori elettrici a giri fissi accoppiati a compressori o gruppi di pompaggio di fluidi caratterizzato dal fatto dì utilizzare una attrezzatura, denominata Attrezzatura di Lancio, come da almeno una delle rivendicazioni da 1 a 6.8. Process for starting fixed-speed electric motors coupled to compressors or fluid pumping units characterized by using an equipment, called Launching Equipment, as per at least one of claims 1 to 6.
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