JP5763667B2 - Centrifugal wet gas compression or expansion using slag suppressor and / or atomizer - Google Patents
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Description
本願において開示される本発明は、流体取り扱いシステムにおける多相流体の圧縮又は膨張に利用される技術に関する。 The present invention disclosed herein relates to a technique used for compression or expansion of a multiphase fluid in a fluid handling system.
〔関連出願の説明〕
本願は2009年11月25日に出願された米国特許仮出願第61/264,414号(発明の名称:CENTRIFUGAL WET GAS DOMPRESSION OR EXPANSION WITH A SLUG SUPPRESSOR AND/OR ATOMIZER)の権益主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。
[Description of related applications]
This application is a US patent
本項は、本発明の例示の実施形態と関連している場合のある当該技術分野の種々の観点を紹介するものである。この説明は、本発明の特定の観点の良好な理解を容易にする技術内容の枠組みを提供するのを助けるものと考えられる。従って、本項は、このような見方で読まれるべきであり、必ずしも本項の記載内容が先行技術である旨の承認として読まれるべきではない。 This section introduces various aspects of the art that may be associated with exemplary embodiments of the present invention. This description is believed to help provide a framework for the technical content that facilitates a good understanding of certain aspects of the invention. Therefore, this section should be read in this way, and should not necessarily be read as an admission that the contents of this section are prior art.
伝統的に理解されているように、遠心圧縮機又はガス(又は気体(なお、本明細書において、ガスという用語と気体という用語は区別なく用いられる))エクスパンダ(膨張機と呼ばれることもある)は、液体スラグを取り扱うことはなく、遠心圧縮機又はガスエクスパンダは、1体積パーセントのほんの少しの液体しか取り扱わないことを前提条件としている。このため、多くの用途では、遠心圧縮機又はエクスパンダを利用する前に液体を除去し又は分離しようとして高価な液体セパレータ、脱水プロセス及び/又はユニットスクラバが利用されている。これら装置は、特定の作動条件に合わせて設計されている場合が多く、この場合、所与のプロセス流量で取り扱うことができる気体体積フラクション(Gas Volume Fraction :GVF)の範囲が制限される。この高価且つ複雑な処理機器を用いた場合であっても、液体レベルが急に高くなった場合、液体は、液体セパレータをすぐに飽和させ、満杯にし、そして液体セパレータの液体収容能力をいったん超えると、液体セパレータをオーバーフローし、その結果、圧縮機又はエクスパンダ機器のスラッギングが生じる。 As is traditionally understood, a centrifugal compressor or gas (or gas (herein, the terms gas and gas are used interchangeably)) expander (sometimes referred to as an expander) ) Does not handle liquid slag and assumes that the centrifugal compressor or gas expander handles only a small percentage of liquid by volume. For this reason, many applications utilize expensive liquid separators, dewatering processes and / or unit scrubbers in an attempt to remove or separate the liquid before utilizing a centrifugal compressor or expander. These devices are often designed for specific operating conditions, which limit the range of gas volume fraction (GVF) that can be handled at a given process flow rate. Even with this expensive and complex processing equipment, if the liquid level suddenly rises, the liquid will quickly saturate and fill the liquid separator and once exceed the liquid capacity of the liquid separator. Overflowing the liquid separator, resulting in slugging of the compressor or expander equipment.
一般に、流体が90%GVF未満であることが知られている場合には多相ポンプが用いられるのが良い。遠心圧縮機は、GVFが99.7以上である用途に制限される場合が多く、この場合であっても、機械内には安定性やシール及び軸受の信頼性に悪影響を及ぼす問題が生じる場合がある。したがって、この狭い範囲から外れたプロセスに関し、現行のやり方は、関連プロセス及び機器に設計上の制限がある場合であっても遠心圧縮機の利用に先立って流体を分離することである。同じことは、ガスエクスパンダにも当てはまり、ガスエクスパンダは、機能的には、エネルギーをエクスパンダ前後のプロセス圧力降下により一形態又は別の形態で抽出するために逆方向に動作する遠心圧縮機である。セパレータ、スクラバ及び脱水ユニットは、高価であり且つ液体収容能力及び体積流量範囲が制限されているだけでなく、極めて嵩張っており、例えば沖合又は海上プラットフォーム、海底処理施設又は陸上施設のような場所では費用の高く付く固定資産(土地建物)を必要とする。これと複雑な制御システム及びポンプ、レギュレータ、レベルコントローラ、トランスミッタ及びフィルタのような追加の補助機器との組み合わせにより、これらシステムの複雑さや故障の恐れが増大する。スラグが深刻な損傷を引き起こす場合のあるプロセスの一例が図1に示されており、図1は、セパレータ4を用いて液体をガス又は気体から分離し、次に遠心圧縮機21及びポンプ12を用いてガスと液体を別々にブーストすることができるようにする典型的な油井又はガス井流れ施設を示している。次に、ガスと液体を再び14で合流させ、その目的は、これら両方をパイプラインにより処理施設に輸送することにある。1つの機械を用いて合流流れを輸送することができれば、これは、システム全体の総コスト及び複雑さを大幅に減少させる可能性を有する。
In general, a multiphase pump may be used when the fluid is known to be less than 90% GVF. Centrifugal compressors are often limited to applications where the GVF is 99.7 or higher, and even in this case, there may be problems that adversely affect the stability and reliability of seals and bearings in the machine. There is. Thus, for processes outside this narrow range, the current practice is to separate the fluid prior to use of the centrifugal compressor, even if the associated processes and equipment have design limitations. The same is true for gas expanders, which are functionally centrifugal compressors that operate in the reverse direction to extract energy in one or another form by a process pressure drop across the expander. It is. Separators, scrubbers and dewatering units are not only expensive and have limited liquid capacity and volumetric flow ranges, but are also very bulky, for example in offshore or offshore platforms, subsea treatment facilities or onshore facilities Then, expensive fixed assets (land buildings) are required. This combined with complex control systems and additional auxiliary equipment such as pumps, regulators, level controllers, transmitters and filters increases the complexity and risk of failure of these systems. An example of a process in which slag can cause severe damage is shown in FIG. 1, which uses a separator 4 to separate liquid from gas or gas, and then turns the
液体に関する幾つかの追加の問題は、機械の安定性だけでなく、羽根車やディフューザのエロージョン、ファウリングであり、液体が機械の中で圧縮されている間に瞬間蒸発し又は揮発した場合に結果として不均衡状態が生じる。しかしながら、試験結果の示すところによれば、衝撃箇所での液体速度を減速すると共に粒径(液滴サイズ)を減少させることによりエロージョンを減少させ又は阻止することができる。ファウリングも又、液位を瞬間蒸発箇所よりも上に上昇させ、実際に機械の内部を洗浄することによって減少し又はそれどころか除去された。 Some additional problems with liquids are not only machine stability, but also impeller and diffuser erosion, fouling, when the liquid evaporates or volatilizes while it is compressed in the machine. The result is an unbalanced state. However, the test results indicate that erosion can be reduced or prevented by reducing the liquid velocity at the impact location and reducing the particle size (droplet size). Fouling was also reduced or even removed by raising the liquid level above the instantaneous evaporation point and actually cleaning the interior of the machine.
当該技術分野における要望に関する上述の説明は、要望が上記以外にはないという訳ではなく、例示であることを意図している。技術の現状と比較して多量の液体成分を含む流体の多相流れを取り扱う圧縮機又はエクスパンダの能力を向上させる技術が極めて有用である。 The above description of the needs in the art is not intended to be exhaustive but is intended to be exemplary. Techniques that improve the ability of compressors or expanders to handle multiphase flows of fluids containing large amounts of liquid components compared to the current state of the art are extremely useful.
多相流体流れを取り扱う際の上述の問題は、液体スラグサプレッサ及び/又は噴霧化装置を利用して液体とガスの上流側混合度を促進し、遠心圧縮機又はエクスパンダが高い液体レベルを良好に取り扱うことができるようにすることにより解決された。噴霧化装置は、1又は2以上の噴霧化ノズル又はフローミキサ装置を含む公知の流体アトマイザの任意の1つであって良い。これは、圧縮機又はエクスパンダを液体量が追加されたプロセス混乱状態から保護するのを助ける既存の設計に利用でき又は所要の機器、例えばセパレータ又は液体ポンプの幾つかを省くのを助けるスタンドアロン型設計に利用できる。 The above-mentioned problems when handling multi-phase fluid flows are that liquid slag suppressors and / or atomizers can be used to promote upstream mixing of liquids and gases so that centrifugal compressors or expanders have good liquid levels. It was solved by making it possible to handle. The atomization device may be any one of the known fluid atomizers including one or more atomization nozzles or flow mixer devices. This can be used in existing designs to help protect compressors or expanders from process disruptions with added liquid volume, or stand-alone to help omit some of the required equipment, such as separators or liquid pumps Available for design.
スラグサプレッサは、液体のスラグを減速させ、これを既に装置内に存在するガスと混合し、それにより密度の突然の変化を減少させる。これにより、トルク又は負荷が液体量の増大又はGVFの減少につれて増大したときに圧縮機駆動装置が減速するための時間を作ることができる。噴霧化装置は、液体スラグをガスと混合された液滴又はミスト中に方向転換させるのを一段と助け、それにより圧縮機が密度及び負荷の変化に対処するのを良好に助ける一方で衝撃を減少させ、その結果エロージョンが少なくなる。何種類かの液体又は液体の異常状態の恐れが存在する圧縮機又はエクスパンダ用途においていずれか一方の生成物又は両方を連続して利用することができる。 The slag suppressor decelerates the liquid slag and mixes it with the gas already present in the device, thereby reducing sudden changes in density. This allows time for the compressor drive to decelerate when torque or load increases with increasing liquid volume or decreasing GVF. The atomizer further helps to redirect the liquid slag into the droplets or mist mixed with the gas, thereby helping the compressor cope with changes in density and load while reducing impact As a result, erosion is reduced. Either product or both can be utilized in succession in compressor or expander applications where there is a risk of several types of liquids or liquid abnormalities.
本発明との関連において、「噴霧化装置」という用語は、液体を液体の霧、ミスト又はスプレーの状態にする任意の装置又は機構を意味する。本明細書で用いられる「噴霧化され」という表現は、液体の微小の別々の粒子を意味する。また、「スラグサプレッサ」という用語は、主として液体の流れを液体の前に、液体と共に又は液体の後ろに流れているガスと混合することによりガス流中の高い液体レベルの流体密度の突然の変化を遅くするのに役立つ任意の装置を意味している。 In the context of the present invention, the term “nebulization device” means any device or mechanism that brings a liquid into a liquid mist, mist or spray. As used herein, the expression “nebulized” means a small discrete particle of liquid. The term “slag suppressor” also refers to the sudden change in fluid density at high liquid levels in a gas stream, mainly by mixing the liquid stream with the gas flowing before, with or behind the liquid. Means any device that helps to slow down.
上記内容は、以下の本発明の詳細な説明を良好に理解することができるようにするために本発明の特徴及び技術的利点をかなり広くに概説している。以下において、本発明の要旨をなす本発明の追加の特徴及び利点について説明する。当業者であれば理解できるように、開示する概念及び特定の実施形態は、本発明の同一目的を達成するために他の構造を改造し又は設計する基礎として容易に利用できる。また、当業者であれば理解できるように、このような均等範囲の構成は特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び範囲から逸脱しない。 The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that the detailed description of the invention that follows may be better understood. In the following, additional features and advantages of the invention that form the subject of the invention will be described. As those skilled in the art will appreciate, the disclosed concepts and specific embodiments can be readily utilized as a basis for modifying or designing other structures to achieve the same objectives of the present invention. Moreover, as those skilled in the art can understand, the structure of such an equivalent range does not deviate from the idea and scope of the present invention described in the claims.
本発明の構成と作動方法の両方に関して本発明にとって特有であると考えられる新規な特徴は、別の目的及び別の利点と共に、添付の図面と関連して以下の説明を読むと良く理解できる。しかしながら、図の各々は、例示及び説明目的で提供されているに過ぎず、本発明の範囲の限界を定めるものとして意図されていないことは明確に理解されるべきである。 The novel features believed to be unique to the present invention as to both the structure and method of operation of the invention, together with other objects and advantages, will be better understood when the following description is read in conjunction with the accompanying drawings. However, it should be clearly understood that each of the figures is provided for purposes of illustration and description only and is not intended to limit the scope of the invention.
注目されるべきこととして、図は、本発明の幾つかの実施形態の例示に過ぎず、図の記載内容により本発明の範囲を制限するものではない。さらに、図は、一般に、縮尺通りには作成されておらず、便宜上且つ分かりやすくする目的で、本発明の種々の観点を説明するうえで作図されている。 It should be noted that the drawings are merely illustrative of some embodiments of the present invention and are not intended to limit the scope of the invention by the description of the drawings. Further, the drawings are generally not drawn to scale and are drawn to illustrate various aspects of the present invention for the sake of convenience and clarity.
次に、例示の実施形態を参照し、これを説明するために特定の用語が用いられている。それにもかかわらず、このような実施形態により本発明の範囲を制限するものではない。本明細書において記載する本発明の特徴の別の改造例の変形例及び本発明の開示を読んだ当業者に想到される本明細書において記載した本発明の原理の追加の用途は、本発明の範囲に含まれる。さらに、本発明の特定の実施形態を開示すると共に説明する前に、本発明は、或る程度の設計変更が可能なので、本明細書において開示する特定のプロセス及び材料には限定されることがないということは言うまでもない。また、本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のためにだけ用いられており、本発明を限定するものではないことも又言うまでもない。というのは、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲に基づいてのみ定められるからである。 Reference will now be made to the exemplary embodiments, and specific language will be used to describe the same. Nevertheless, the scope of the present invention is not limited by such embodiments. Additional applications of the principles of the invention described herein will occur to those skilled in the art having read the disclosure of the invention and variations of other modifications of the features of the invention described herein. Included in the range. Further, before disclosing and describing specific embodiments of the present invention, the present invention may be limited to the specific processes and materials disclosed herein because of certain design modifications. It goes without saying that it is not. Also, it should be understood that the terminology used herein is used only for the purpose of describing particular embodiments and is not intended to limit the invention. This is because the scope of the present invention is determined only based on the description of the scope of claims and the equivalent scope thereof.
図1は、坑口環境において多相流体を取り扱う公知のシステムを示している。例えば水、油及びガスを含む場合のある流体がクーラ(冷却器)に差し向けられ、次いで、逆止弁2及び導管3を経てセパレータタンク4内に差し向けられる。水は、分離して除去され、ポンプ6が水を導管7により遠隔な場所まで圧送する。油及び凝縮物は、集められ、ポンプ12は、油及び凝縮物を導管11,13により導管15に送り出す。ガスは、セパレータ4から導管20を経て圧縮機21に流れ、次に、このガスは、逆止弁23を通り、このガスは符号14で示されたところで油/凝縮物流れと合流する。弁31、クーラ32及び逆止弁33を有する再循環ライン30が設けられている。
FIG. 1 illustrates a known system for handling multiphase fluids in a wellhead environment. For example, fluid, which may include water, oil, and gas, is directed to a cooler and then directed into the separator tank 4 via the check valve 2 and conduit 3. The water is separated and removed, and the pump 6 pumps the water to a remote location via the
本発明の原理が図2に概略的に示された一実施形態において示されている。多相流体、例えば坑口からの流体が導管50、逆止弁51及び導管52によって本装置に差し向けられる。液体とガスの混合物は、流体処理装置55に入る。流体処理装置は、スラグサプレッサ又は公知の噴霧化装置、例えば1又は2以上の噴霧化ノズル又はフローミキサであるのが良い。流体処理装置は又、これら要素の組み合わせであっても良い。組み合わせ状態のスラグサプレッサと噴霧化ノズルの一例が図4に示されている。液体が内部チャンバ107内に蓄積し、ガスは、外側チャンバ108内を流れる。液体の突然の増加を見込んでこれがガス流中にあふれ出てガスと混合するようにするためにバッフル104が内部チャンバ107の壁に設けられている。このため、液体流れの突然の増加は、スラグサプレッサ内に依然として存在するガスの何割かを用いて液体の量を減少させることにより減速される。液体チャンバの下端部に設けられた噴霧化ノズル105が液体を噴霧化し、これをガス流路のテーパ付き部分109の下流側でガス流中に噴射する。噴霧化された液体とガスの流れは、導管部分106を通って流れ続ける。代表的なスラグサプレッサ及び噴霧化装置は、フラモ・エンジニアリング・エーエス(Framo Engineering AS)社から入手できる。フローミキサは、逆旋回羽根又は逆回転渦を利用するのが良い。
The principle of the present invention is illustrated in one embodiment schematically illustrated in FIG. Multiphase fluid, such as fluid from a wellhead, is directed to the apparatus by
再び図2を参照すると、流体処理装置55を出た混合物は、導管56を通って圧縮機58に流れる。圧縮された流体は、圧縮機58を出て導管60,61を通って逆止弁62に至り、そして分配導管63に至り、この分配導管は、圧縮流体を所望の場所に送り出す。圧縮機58からの混合物のための再循環ラインが符号66に設けられており、この再循環ラインは、弁67及び逆止弁69を有する。
Referring again to FIG. 2, the mixture leaving the
図3は、エクスパンダシステムにおける本発明の原理の用途を示している。多相流体が多相流量計82、制御弁84及び導管85を通って流体処理装置55内に流れる。ここから、混合物は、導管91、エクスパンダ93、導管94、逆止弁95及び分配導管96を通って流れる。エクスパンダ93は、発電機又は圧縮機92又は動力源を必要とする任意の装置に連結可能である。エクスパンダ93をバイパスするためにバイパスライン99,97が弁98と共に設けられている。流体トルクコンバータ90がエクスパンダ93と発電機又は圧縮機90との間に配置されるのが良い。
FIG. 3 illustrates the application of the principles of the present invention in an expander system. Multiphase fluid flows through the
スラグ圧縮機と噴霧化装置の一方又は両方を負荷、液位又は流体の全体的密度を増大させたトルク制御又は減速方式と組み合わせることにより、遠心圧縮機又はエクスパンダにとって広い作動範囲の実現が一段と可能である。例えば圧縮機の速度制御は、図2に示されている変速駆動装置を利用することによって達成できる。変速駆動装置57(VSD)、例えばモータ又は他の機械的又は電気的駆動装置が圧縮機58に連結されており、このようなモータ又は他の機械的又は電気的駆動装置としては、ガスモータ、蒸気又はガスタービン、エクスパンダ、水車が挙げられるが、これらには限定されない。駆動装置と圧縮機との間のトルク又は速度を制御する駆動機構体は、電子式、油圧式又は機械式であるのが良い。変速駆動装置を制御する適当な手段は、トルク、負荷、流体密度、GVF又は入力動力を検出するセンサを含むのが良い。
Combining one or both of the slag compressor and atomizer with a torque control or deceleration scheme that increases the overall density of the load, liquid level or fluid further increases the operating range for the centrifugal compressor or expander. Is possible. For example, compressor speed control can be achieved by utilizing the variable speed drive shown in FIG. A variable speed drive 57 (VSD), such as a motor or other mechanical or electrical drive, is coupled to the
速度又はトルク制御方式は、遠心圧縮機及びエクスパンダをロバストにするのを助け、液体スラッグ及び多相流れを良好に取り扱うようシステムを設計することにより湿式施設における信頼性が向上すると共に保守費が減少する。これは、液体がプロセス中に存在し又は存在する可能性のあるあらゆる形式の遠心圧縮機及びエクスパンダ用途に利用でき、このような用途としては、坑口施設、海底圧縮機又はエクスパンダ、LNG膨張、湿式ガス圧縮機並びに他の上流側及び下流側プロセスが挙げられる。 Speed or torque control schemes help to make the centrifugal compressor and expander robust, improve reliability in wet facilities and reduce maintenance costs by designing the system to handle liquid slugs and multiphase flows well. Decrease. This can be used for any type of centrifugal compressor and expander applications where liquid may or may be present in the process, such as wellhead facilities, submarine compressors or expanders, LNG expansion Wet gas compressors and other upstream and downstream processes.
トルクを制御するオプションは、VSD駆動装置を用いる代わりに流体トルクコンバータを用いることによる。この場合、従来型固定速度モータ、ガスタービン及び関連の歯車装置を圧縮機用駆動装置用に用いることができる。 The option to control torque is by using a fluid torque converter instead of using a VSD drive. In this case, conventional fixed speed motors, gas turbines and related gear devices can be used for the compressor drive.
エクスパンダに関し、流量制御方式は、図3に示されているように、GVFが液の増大につれて低下しているときに流量を減少させるために入口流量弁84又は入口案内羽根を作動させるために2相又は3相流量計82を用いても良い。他のオプションとしては、ガスエクスパンダ93とガスエクスパンダが駆動している手段との間に流体トルクコンバータ90を用いること又は流体密度、多相流れ混合物、質量流量、出力動力又はトルクを測定する任意他の方法を用いることが挙げられる。
With respect to the expander, the flow control scheme is to operate the
図5に示されているように、図2の変速駆動装置57に代えて固定速度駆動装置102を用いても良い。圧縮機58の速度を変化させることができるようにするために流体トルクコンバータ101が固定速度駆動装置と圧縮機58との間に配置されるのが良い。
As shown in FIG. 5, a fixed
本発明を以下の実施形態において更に説明する。 The invention is further described in the following embodiments.
〔実施態様項A〕:多相流体を圧縮する装置であって、
前記多相流体を運搬する第1の導管と、
前記第1の導管に連結されたスラグサプレッサと、
前記スラグサプレッサの出力部に連結された遠心圧縮機と、前記圧縮機に連結され、前記圧縮された多相流体を所望の場所まで運搬する分配導管とを有する、装置。
〔実施態様項B〕:前記第1の導管内に配置された噴霧化装置を更に有する、実施態様項A記載の装置。
〔実施態様項C〕:前記噴霧化装置は、少なくとも2つの逆旋回羽根又は逆回転渦を利用するフローミキサである、実施態様項B記載の装置。
〔実施態様項D〕:前記圧縮機用の駆動装置は、電気又はガスモータ、ガス又は蒸気タービン、エクスパンダ、水車である、実施態様項A〜Cのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項E〕:発生トルク、負荷、流体密度、多相流れ測定値又は出力動力に基づいて前記エクスパンダ又は被動機器速度を制御する手段を更に有する、実施態様項A〜Dのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項F〕:前記スラグサプレッサ及び前記噴霧化装置は、入口及び出口を備えたハウジング内で組み合わされており、前記ハウジングは、
液体を蓄積する第1のチャンバと、
気体を蓄積する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に設けられ、前記第1のチャンバ内の蓄積された前記液体が前記第2のチャンバ内にあふれ出ることができるようにする複数個のバッフルと、
前記第1のチャンバの端部分に配置された複数個の噴霧化ノズルとを有する、実施態様項B又はC記載の装置。
〔実施態様項G〕:前記ハウジングは、前記入口から前記出口までテーパしている、実施態様項F記載の装置。
〔実施態様項H〕:一端が前記圧縮機の出力部に連結されると共に他端が前記第1の導管に連結された再循環導管を更に有する、実施態様項A〜Gのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項I〕:前記再循環導管内に設けられた再循環弁を更に有する、実施態様項H記載の装置。
〔実施態様項J〕:多相流体を膨張させる装置であって、
前記多相流体を運搬する第1の導管と、
前記第1の導管に連結されたスラグサプレッサと、
前記スラグサプレッサの出口に連結されたエクスパンダと、
前記エクスパンダに連結され、前記多相流体を所望の場所まで運搬する導管とを有する、装置。
〔実施態様項K〕:前記第1の導管に連結された噴霧化装置を更に有する、実施態様項J記載の装置。
〔実施態様項L〕:前記噴霧化装置は、少なくとも2つの逆旋回羽根又は逆回転渦を利用するフローミキサである、実施態様項K記載の装置。
〔実施態様項M〕:前記エクスパンダの動力出力シャフトに連結された発電機又は圧縮機を更に有する、実施態様項J〜Lのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項N〕:前記スラグサプレッサ及び前記噴霧化装置は、入口及び出口を備えたハウジング内で組み合わされており、前記ハウジングは、
液体のための第1のチャンバと、
気体を蓄積する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に設けられ、前記第1のチャンバ内の蓄積された前記液体が前記第2のチャンバ内にあふれ出ることができるようにする複数個のバッフルと、
前記第1のチャンバの端部分に配置された複数個の噴霧化ノズルとを有する、実施態様項K又はL記載の装置。
〔実施態様項O〕:前記ハウジングは、前記入口から前記出口までテーパしている、実施態様項N記載の装置。
〔実施態様項P〕:一端が前記エクスパンダの出力部に連結されると共に他端が前記第1の導管に連結されたバイパス導管を更に有する、実施態様項J〜Oのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項Q〕:前記バイパス導管内に設けられたバイパス弁を更に有する、実施態様項P記載の装置。
〔実施態様項R〕:発生トルク、負荷、流体密度、多相流れ測定値又は出力動力に基づいて前記エクスパンダ又は被動機器速度を制御する手段を更に有する、実施態様項J〜Qのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項S〕:多相流体を圧縮する方法であって、
スラグサプレッサ又は噴霧化装置を用意するステップと、
多相流体の流れを前記スラグサプレッサ又は前記噴霧化装置内に差し向けるステップと、
前記スラグサプレッサ又は前記噴霧化装置からの出力流れを遠心圧縮機の取入れ部分内に差し向けるステップと、
前記多相流体を圧縮するステップとを有する、方法。
〔実施態様項T〕:液体成分及び気体成分を含む多相流体を圧縮する方法であって、
ハウジング内で前記液体を前記気体から分離するステップと、
前記液体を噴霧化するステップと、
前記噴霧化された液体の方向を変えて前記気体流れ中に戻すステップと、
結果として得られた噴霧化液体と気体の混合物を圧縮するステップとを有する、方法。
〔実施態様項U〕:加圧多相流体を膨張させる方法であって、
スラグサプレッサ又は噴霧化装置を用意するステップと、
多相流体の流れを前記スラグサプレッサ又は前記噴霧化装置内に差し向けるステップと、
前記スラグサプレッサ又は前記噴霧化装置からの出力流れをエクスパンダの取入れ部分内に差し向けるステップと、
前記多相流体を膨張させるステップとを有する、方法。
〔実施態様項V〕:液体成分及び気体成分を含む加圧多相流体を膨張させる方法であって、
チャンバ内で前記液体を前記気体から分離するステップと、
前記液体を噴霧化するステップと、
前記噴霧化された液体の方向を変えて前記気体流れ中に戻すステップと、
結果として得られた噴霧化液体と気体の混合物を圧縮するステップとを有する、方法。
〔実施態様項W〕:前記多相流体をその圧縮に先立ってフローミキサ内に差し向けるステップを更に有する、実施態様項S記載の方法。
〔実施態様項X〕:前記圧縮機は、遠心圧縮機である、実施態様項S記載の方法。
〔実施態様項Y〕:動力を前記圧縮機に提供するために電気又はガスモータ、ガス又は蒸気タービン、エクスパンダ、水車又は他の駆動装置を用いるステップを更に有する、実施態様項S記載の方法。
〔実施態様項Z〕:発生トルク、負荷、流体密度、多相流れ測定値又は出力動力に基づいて前記圧縮機の速度を制御する手段を更に有する、実施態様項T記載の装置。
〔実施態様項AA〕:多相流体を圧縮する装置であって、
前記多相流体を運搬する第1の導管と、
前記第1の導管に連結された噴霧化装置と、
前記噴霧化装置の出力部に連結された圧縮機と、
前記圧縮機に連結され、前記圧縮された多相流体を所望の場所まで運搬する分配導管とを有する、装置。
〔実施態様項BB〕:前記噴霧化装置は、前記第1の導管に連結された1つ又は2つ以上の噴霧化ノズル又はフローミキサを有する、実施態様項AA記載の装置。
〔実施態様項CC〕:前記圧縮機の動力入力シャフトに連結された変速駆動装置を更に有する、実施態様項AA又はBB記載の装置。
〔実施態様項DD:トルク、負荷、流体密度、GVF(Gas Volume Fraction :気体体積フラクション)又は入力動力に基づいて前記圧縮機の速度を制御する手段を更に有する、実施態様項AA〜CCのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項EE〕:多相流体を膨張させる装置であって、
前記多相流体を運搬する第1の導管と、
前記第1の導管に連結された噴霧化装置と、
前記噴霧化装置の出力部に連結されたエクスパンダと、
前記エクスパンダに連結され、前記膨張させた多相流体を所望の場所まで運搬する分配導管とを有する、装置。
〔実施態様項FF〕:前記第1の導管に連結されたスラグサプレッサを更に有する、実施態様項EE記載の装置。
〔実施態様項GG〕:トルク、負荷、流体密度、GVF(Gas Volume Fraction :気体体積フラクション)又は入力動力に基づいて前記エクスパンダの速度を制御する手段を更に有する、実施態様項EE又はFF記載の装置。
〔実施態様項HH〕:前記エクスパンダの動力力シャフトに連結された発電機又は圧縮機を更に有する、実施態様項EE〜GGのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項II〕:一端が前記エクスパンダの出力部に連結されると共に他端が前記第1の導管に連結されたバイパス導管を更に有する、実施態様項HH記載の装置。
〔実施態様項JJ〕:前記バイパス導管内に設けられたバイパス弁を更に有する、実施態様項II記載の装置。
〔実施態様項KK〕:前記噴霧化装置は、フローミキサ又は1又は2以上の噴霧化ノズルである、実施態様項EE〜JJのうちいずれか一に記載の装置。
〔実施態様項LL〕:上述のパラメータをモニタし又は制御する手段は、トルクセンサ、負荷センサ、流体密度センサ、多相流量計、入力動力センサ、トルクコンバータ、コンピュータ化制御システム、入口又は出口制御弁、再循環弁、変速駆動装置、永久磁石モータ又は他の類似の装置で構成させることを特徴とする実施形態E、R、Y又はDDのいずれか一に記載の装置。
[Embodiment A]: An apparatus for compressing a multiphase fluid,
A first conduit carrying the multiphase fluid;
A slag suppressor coupled to the first conduit;
An apparatus comprising: a centrifugal compressor coupled to an output of the slag suppressor; and a distribution conduit coupled to the compressor for conveying the compressed multiphase fluid to a desired location.
[Embodiment B]: The apparatus according to embodiment A, further comprising an atomization device disposed within the first conduit.
[Embodiment C]: The apparatus according to embodiment B, wherein the nebulizer is a flow mixer that utilizes at least two counter-rotating vanes or counter-rotating vortices.
[Embodiment D]: The apparatus according to any one of Embodiments A to C, wherein the driving device for the compressor is an electric or gas motor, a gas or steam turbine, an expander, or a water wheel.
[Embodiment E]: Any of Embodiments A to D, further comprising means for controlling the expander or driven device speed based on the generated torque, load, fluid density, multiphase flow measurement value or output power A device according to any one of the above.
[Embodiment F]: The slag suppressor and the atomizing device are combined in a housing having an inlet and an outlet.
A first chamber for accumulating liquid;
A second chamber for accumulating gas;
A plurality of baffles provided between the first chamber and the second chamber, the liquid being accumulated in the first chamber being allowed to overflow into the second chamber. When,
The apparatus of embodiment B or C, comprising a plurality of atomizing nozzles disposed at an end portion of the first chamber.
[Embodiment G] The apparatus of embodiment F, wherein the housing tapers from the inlet to the outlet.
[Embodiment H]: Any one of Embodiments A to G, further comprising a recirculation conduit having one end connected to the output of the compressor and the other end connected to the first conduit. The device described in 1.
[Embodiment I] The apparatus according to embodiment H, further comprising a recirculation valve provided in the recirculation conduit.
[Embodiment J]: An apparatus for expanding a multiphase fluid,
A first conduit carrying the multiphase fluid;
A slag suppressor coupled to the first conduit;
An expander connected to the outlet of the slag suppressor;
And a conduit connected to the expander and carrying the multiphase fluid to a desired location.
[Embodiment K]: The apparatus of embodiment J, further comprising a nebulizer connected to the first conduit.
[Embodiment L]: The apparatus according to embodiment K, wherein the atomization device is a flow mixer that utilizes at least two counter-rotating vanes or counter-rotating vortices.
[Embodiment M]: The apparatus according to any one of embodiments J to L, further comprising a generator or a compressor coupled to the power output shaft of the expander.
[Embodiment N] The slag suppressor and the nebulizer are combined in a housing having an inlet and an outlet,
A first chamber for liquid;
A second chamber for accumulating gas;
A plurality of baffles provided between the first chamber and the second chamber, the liquid being accumulated in the first chamber being allowed to overflow into the second chamber. When,
The apparatus of embodiment K or L, comprising a plurality of atomizing nozzles disposed at an end portion of the first chamber.
Embodiment O: The apparatus of embodiment N, wherein the housing tapers from the inlet to the outlet.
[Embodiment P]: As in any one of embodiments JO, further comprising a bypass conduit having one end connected to the output of the expander and the other end connected to the first conduit. The device described.
Embodiment Q: The apparatus of embodiment P, further comprising a bypass valve provided in the bypass conduit.
[Embodiment R]: Any one of Embodiments J to Q further comprising means for controlling the expander or driven device speed based on the generated torque, load, fluid density, multiphase flow measurement value or output power A device according to any one of the above.
[Embodiment S]: A method of compressing a multiphase fluid, comprising:
Providing a slag suppressor or atomizing device;
Directing a flow of multiphase fluid into the slag suppressor or the nebulizer;
Directing the output flow from the slag suppressor or the nebulizer into the intake portion of a centrifugal compressor;
Compressing the multiphase fluid.
Embodiment T: A method for compressing a multiphase fluid comprising a liquid component and a gas component,
Separating the liquid from the gas in a housing;
Atomizing the liquid;
Redirecting the atomized liquid back into the gas stream;
Compressing the resulting nebulized liquid and gas mixture.
[Embodiment U]: A method of expanding a pressurized multiphase fluid comprising:
Providing a slag suppressor or atomizing device;
Directing a flow of multiphase fluid into the slag suppressor or the nebulizer;
Directing the output flow from the slag suppressor or the nebulizer into an intake portion of an expander;
Expanding the multiphase fluid.
[Embodiment V]: A method for expanding a pressurized multiphase fluid containing a liquid component and a gas component,
Separating the liquid from the gas in a chamber;
Atomizing the liquid;
Redirecting the atomized liquid back into the gas stream;
Compressing the resulting nebulized liquid and gas mixture.
Embodiment W: The method of embodiment S, further comprising directing the multiphase fluid into a flow mixer prior to compression.
Embodiment X: The method of embodiment S, wherein the compressor is a centrifugal compressor.
Embodiment Y: The method of embodiment S, further comprising using an electric or gas motor, gas or steam turbine, expander, water wheel or other drive to provide power to the compressor.
Embodiment Z: The apparatus of embodiment T, further comprising means for controlling the speed of the compressor based on generated torque, load, fluid density, multiphase flow measurements or output power.
[Embodiment AA]: An apparatus for compressing a multiphase fluid,
A first conduit carrying the multiphase fluid;
An atomizer connected to the first conduit;
A compressor coupled to the output of the atomization device;
A distribution conduit coupled to the compressor and carrying the compressed multiphase fluid to a desired location.
Embodiment BB An apparatus according to embodiment AA, wherein the atomizing device comprises one or more atomizing nozzles or flow mixers connected to the first conduit.
[Embodiment CC] The apparatus according to embodiment AA or BB, further comprising a variable speed drive connected to a power input shaft of the compressor.
[Embodiment DD: Embodiments AA to CC further comprising means for controlling the speed of the compressor based on torque, load, fluid density, GVF (Gas Volume Fraction) or input power] The device according to any one of the above.
[Embodiment EE]: An apparatus for expanding a multiphase fluid,
A first conduit carrying the multiphase fluid;
An atomizer connected to the first conduit;
An expander coupled to the output of the atomizer;
A distribution conduit connected to the expander and carrying the expanded multiphase fluid to a desired location.
[Embodiment FF] The apparatus of embodiment EE, further comprising a slag suppressor coupled to the first conduit.
[Embodiment GG]: Embodiment EE or FF further comprising means for controlling the speed of the expander based on torque, load, fluid density, GVF (Gas Volume Fraction) or input power Equipment.
[Embodiment HH]: The apparatus according to any one of Embodiments EE to GG, further comprising a generator or a compressor coupled to a power shaft of the expander.
Embodiment II: The apparatus of embodiment HH, further comprising a bypass conduit having one end connected to the output of the expander and the other end connected to the first conduit.
[Embodiment JJ]: The apparatus of embodiment II, further comprising a bypass valve provided in the bypass conduit.
[Embodiment KK]: The apparatus according to any one of embodiments EE to JJ, wherein the atomizing device is a flow mixer or one or more atomizing nozzles.
[Embodiment LL]: The means for monitoring or controlling the above-mentioned parameters is a torque sensor, load sensor, fluid density sensor, multiphase flow meter, input power sensor, torque converter, computerized control system, inlet or outlet control Apparatus according to any one of embodiments E, R, Y or DD, characterized in that it comprises a valve, a recirculation valve, a variable speed drive, a permanent magnet motor or other similar device.
上述の内容は、本発明の特定の実施形態の詳細な説明に過ぎず、開示した実施形態の多くの変更例、改造例及び変形例が本発明の範囲から逸脱することなく本明細書の開示内容に従って想到できる。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲に基づいてのみ定められる。 The foregoing is merely a detailed description of particular embodiments of the invention, and numerous modifications, adaptations, and variations of the disclosed embodiments may be disclosed herein without departing from the scope of the invention. I can come up with the content. The scope of the present invention is defined only based on the description of the claims and the equivalent scope thereof.
Claims (13)
前記多相流体を運搬する第1の導管と、
前記第1の導管に連結されたスラグサプレッサと、
前記スラグサプレッサの出力部に連結された遠心圧縮機と、
前記圧縮機に連結され前記圧縮された多相流体を所望の場所まで運搬する分配導管と、
前記第1の導管内に配置された噴霧化装置を、備え、
前記スラグサプレッサ及び前記噴霧化装置は、入口及び出口を備えたハウジング内で組み合わされており、前記ハウジングは、
液体を蓄積する第1のチャンバと、
気体を蓄積する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に設けられ、前記第1のチャンバ内の蓄積された前記液体が前記第2のチャンバ内にあふれ出ることができるようにする複数個のバッフルと、
前記第1のチャンバの端部分に配置された複数個の噴霧化ノズルと、を備えている、
ことを特徴とする装置。 An apparatus for compressing a multiphase fluid,
A first conduit carrying the multiphase fluid;
A slag suppressor coupled to the first conduit;
A centrifugal compressor connected to the output of the slag suppressor;
A distribution conduit connected to the compressor and carrying the compressed multiphase fluid to a desired location ;
An atomizing device disposed in the first conduit;
The slag suppressor and the nebulizer are combined in a housing with an inlet and an outlet, the housing comprising:
A first chamber for accumulating liquid;
A second chamber for accumulating gas;
A plurality of baffles provided between the first chamber and the second chamber, the liquid being accumulated in the first chamber being allowed to overflow into the second chamber. When,
A plurality of atomizing nozzles disposed at an end portion of the first chamber.
A device characterized by that.
請求項1記載の装置。 The atomization device is a flow mixer that utilizes at least two counter-swirl vanes or counter-rotating vortices,
The apparatus of claim 1 .
請求項1記載の装置。 A shift drive connected to a power input shaft of the compressor;
The apparatus of claim 1.
請求項1記載の装置。 The housing tapers from the inlet to the outlet;
The apparatus of claim 1 .
請求項1記載の装置。 A recirculation conduit having one end connected to the output of the compressor and the other end connected to the first conduit;
The apparatus of claim 1.
請求項5記載の装置。 A recirculation valve provided in the recirculation conduit;
The apparatus of claim 5 .
前記多相流体を運搬する第1の導管と、
前記第1の導管に連結されたスラグサプレッサと、
前記スラグサプレッサの出口に連結されたエクスパンダと、
前記エクスパンダに連結され前記多相流体を所望の場所まで運搬する導管と、
前記第1の導管に連結された噴霧化装置と、を備え、
前記スラグサプレッサ及び前記噴霧化装置は、入口及び出口を備えたハウジング内で組み合わされており、前記ハウジングは、
液体のための第1のチャンバと、
気体を蓄積する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に設けられ、前記第1のチャンバ内の蓄積された前記液体が前記第2のチャンバ内にあふれ出ることができるようにする複数個のバッフルと、
前記第1のチャンバの端部分に配置された複数個の噴霧化ノズルと、を備えている、
ことを特徴とする装置。 An apparatus for expanding a multiphase fluid,
A first conduit carrying the multiphase fluid;
A slag suppressor coupled to the first conduit;
An expander connected to the outlet of the slag suppressor;
A conduit connected to the expander for conveying the multiphase fluid to a desired location;
An atomizing device coupled to the first conduit;
The slag suppressor and the nebulizer are combined in a housing with an inlet and an outlet, the housing comprising:
A first chamber for liquid;
A second chamber for accumulating gas;
A plurality of baffles provided between the first chamber and the second chamber, the liquid being accumulated in the first chamber being allowed to overflow into the second chamber. When,
A plurality of atomizing nozzles disposed at an end portion of the first chamber.
A device characterized by that.
請求項7記載の装置。 The atomization device is a flow mixer that utilizes at least two counter-swirl vanes or counter-rotating vortices,
The apparatus of claim 7.
請求項7記載の装置。 A generator or compressor coupled to the power output shaft of the expander;
The apparatus of claim 7.
請求項7記載の装置。 The housing tapers from the inlet to the outlet;
The apparatus of claim 7.
請求項7記載の装置。 Further comprising a bypass conduit having one end connected to the output of the expander and the other end connected to the first conduit.
The apparatus of claim 7.
請求項11記載の装置。 A bypass valve provided in the bypass conduit;
The apparatus of claim 11.
請求項7記載の装置。 Means for controlling the expander or driven equipment speed based on generated torque, load, fluid density, multiphase flow measurements or output power;
The apparatus of claim 7.
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