NO160051B

NO160051B - Fremgangsmaate og anordning som muliggjoer realisering av en samling hydrodynamiske funksjoner.

Info

Publication number: NO160051B
Application number: NO833668A
Authority: NO
Inventors: Marcel Arnaudeau
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1982-10-11
Filing date: 1983-10-07
Publication date: 1988-11-28
Also published as: CA1252740A; US4625744A; FR2534326A1; EP0106755A1; FR2534326B1; ES526366A0; NO833668L; ES8405904A1; JPH0446175B2; NO160051C; AU572474B2; DE3364984D1; EP0106755B1; AU2002083A; JPS59139919A

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning som gjør det mulig å virkeliggjøre et antall hydrodynamiske funksjoner i en strømning som er sammensatt av minst to faser, f.eks. i regulatorer, separatorer, stabilisatorer, integrer-

te strømmålere eller vekslere (eventuelt varmevekslere).

I den følgende beskrivelse skal betegnelsene "foran"

og "bak" oppfattes som angivelser i forhold til anordningen ifølge oppfinnelsen, i betraktning av strømningsretningen. F.eks. skal således uttrykket "foranstrømning" betegne

den strømning som går mot den anordning som betraktes,

og uttrykket "bakstrømning" betegner den strømning som fjerner seg fra anordningen.

Langs en overføringsledning eller -linje vil strukturen

av en strømning bestående av minst to faser, utvikle seg til former som krever mer og mer energi for å holde denne strømning i bevegelse.

I enkelte tilfeller kan strukturen av strømningen

være slik at denne ikke lenger kan komprimeres i visse typer av pumper, f.eks. i tilfelle av en tofasestrømning av gass og væske, når størrelsen av gassboblene blir store nok til å drenere pumpen.

Videre er det ofte nødvendig å kjenne sammensetningen

av en tofaseblanding som transporteres gjennom en overførings-ledning, for bedre å kunne foreta regulering av anordninger innsatt i denne ledning, f.eks. pumper.

Den tidligere kjente teknikk kan illustreres ved

franske patenter 2.299.593 og 2.401.862, britisk patent 2.014.862 og US patenter 3.416.547 og 1.437.649. Ingen av disse patentskrifter oppfyller de foran angitte for-

dringer på en virkelig tilfredsstillende måte.

Foreliggende oppfinnelse angir spesielt en anordning

som muliggjør stabilisering av foranstrømningen, å regulere bakstrømningen, å frembringe en strømning med flerfase-struktur som er hydrodynamisk definert og å måle utgangs-mengdene av de forskjellige faser som utgjør vedkommende strømning.

Dessuten kan anordningen ifølge oppfinnelsen, som

har et lite energiforbruk, oppbygges ved å integrere de forskjellige komponenter som denne består av, til en kon-taktkonstruksjon med lite volum.

Det er videre mulig å supplere anordningen ifølge oppfinnelsen med en varmeveksler for å påvirke temperaturen av flerfaseblandingen.

Følgelig består foreliggende oppfinnelse i en fremgangsmåte som muliggjør realisering av et flertall hydrodynamiske funksjoner, slik som funksjonene til regulatorer, separatorer, stabilisatorer, integrerte strømningsmålere eller varmevekslere, samt trykkmålinger og styring av utgangs-strømningens struktur, i en strømning sammensatt av minst to farer, og fremgangsmåten kjennetegnes ved at den omfatter følgende trinn: - separasjon av de fluida som inngår i den opprinnelige strømning, turbulensreduksjon i strømningene av hvert av de separerte fluida, rekombinasjon av de nevnte fluida for å danne en ny strømning som har en forutbestemt struktur,

og at de forannevnte trinn foretas uten noen trykkøkning.

Denne rekombinasjon av fluida kan besørges ved å føre i det minste en av strømningene gjennom minst en åpning med regulerbart tverrsnitt.

Gjennomstrømningstverrsnittet eller -arealet av denne åpning blir eventuelt regulert som funksjon av minst en av følgende størrelser: strømningsmengde eller -hastighet, trykket, temperaturen av et av fluidene og nivået av væske i turbulensreduksj onsenheten.

Gjennomstrømningsarealet av denne åpning kan reguleres i avhengighet av forut fastsatte kriterier, så som minimalisering av energitapet i strømningen.

Foreliggende oppfinnelse angår likeledes en anordning som muliggjør realisering av et flertall hydrodynamiske funksjoner, slik som funksjonene til regulatorer, separatorer, stabilisatorer, integrerte strømningsmålere eller varmevekslere, samt trykkmålinger og styring av utgangs-strømningens struktur, i en strømning sammensatt av minst to faser, og i det minste en kammer-formet faseseparator som gjennom kanaler er forbundet med en turbulensreduksjonsenhet som på sin side er forbundet med en væske/gass-ejektor gjennom kanaler hvorav i det minste en omfatter en strømmåler. Ejektoren kan være regulerbar.

En regulerbar strupeinnretning kan være innsatt i minst en av kanalene som forbinder turbulensreduksjonsenheten med ejektoren.

Ejektoren omfatter eventuelt to konvergerende/divergerende organer som har gjennomstrømningsarealer som er

regulerbare uavhengig av hverandre.

En automatisk styreinnretning kan regulere funksjonen

av ejektoren. Denne innretning er med fordel forsynt med anordninger som avgir i det minste et signal som representerer en informasjon så som strømningshastigheten av et av fluidene, trykket eller temperaturen i en av innretningene eller delene av anordningen ifølge oppfinnelsen, eller nivået av væske i turbulensreduksjonsenheten.

Den automatiske styreinnretning omfatter eventuelt

et manøvrerings- eller bevegelsessystem og et program-

system som regulerer de forskjellige gjennomstrømnings-arealer i ejektoren i avhengighet av forut fastsatte kriterier.

Stabilisatoren kan med fordel være forsynt med en varmeveksler. Stabilisatoren omfatter eventuelt en enhet som gjør det mulig å drenere væsken eller faste partikler. Denne enhet er forbundet med en forbrenning som munner

ut i en tilhørende utgangsanordning eller til omgivelsene gjennom en kontrollinnretning og i en kanal eller rør-ledning som munner ut ved utgangen av ejektoren, gjennom en annen kontroll- eller styreinnretning.

I visse tilfeller kan disse to kontrollinnretninger erstattes med en treveis styreinnretning.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i den følgende beskrivelse av et utførelseseksempel som ikke skal anses begrensende og som gjelder en tofaseblanding, slik som illustrert på tegningsfigurene, hvor: Figur 1 viser en oversikt over anordningen ifølge oppfinnelsen,

og

figur 2 viser ejektoren mer i detalj.

På figur 1 er det vist en inngangskanal eller rør-ledning 1 som tilfører tofaseblandingen.

En separator 2 omfatter en kapasitet 3 hvor det er anordnet et rør 4 som utgjør en forlengelse av tilførsels-kanalen 1 for tofaseblandingen.

Røret 4 er perforert med hull 5 som kan ha hvilken

som helst form.

Eksempelvis kan disse hull være sirkulære med en diameter mellom 4 og 6 mm, for et rør med diameter 50

til 100 mm og for en rørlengde på 0,5 til 2 m.

I det minste to rør eller kanaler 6 og 7, hvorav

det ene er et øvre rør 6, og det annet et nedre rør 7, forbinder separatoren 2 med en turbulensreduksjonsenhet 8. Likeledes er det vist i det minste to rør 9 og 10

som forbinder turbulensreduksjonsenheten med ejektoren

11.

Enheten 8 er eventuelt forsynt med en trykkmåleinn-retning 12 og en væskenivåmåleinnretning 13.

I hvert av rørene 9 og 10 som forbinder turbulens-reduks jonsenheten med ejektoren, er det innsatt en strøm-måler 14 henholdsvis 15. Det er videre mulig å anbringe regulerbare strupeinnretninger 16 og 17 i disse rør 9

og 10 .

Ejektoren 11 omfatter to bevegelige deler henholdsvis

18 og 19 som vist på figur 2. Delen 19 er anordnet i det indre av delen 18, som er hul. Den ytre overflate av en ende av delen 18 definerer sammen med ejektorhoved-delen 20 et første strupningsparti 21. Likeledes definerer delen 19 sammen med den indre overflate av enden av delen 18, et annet strupningsparti 22. Utformningen av angjeldende partier av hoveddelen 20 av ejektoren 11, av delen 18

og av delen 19 er tilpasset slik at når delen 18 bringes nærmere hoveddelen 20 eller delen 19 bringes nærmere delen 18, vil tverrsnittet av de respektive strupningspartier 21 og 22 avta.

Med andre ord utgjør delen 18 en hul ventilnål som samvirker med hoveddelen 20 av ejektoren, og delen 19

utgjør en ventilnål som samvirker med det indre av delen 18.

Det sentrale parti av delen 18 som fortrinnsvis har

en sylindrisk form, er over en viss lengde forsynt med åpninger 23 eventuelt på slik måte av uansett stillingen av delen 18 i forhold til hoveddelen 20, vil det under ejektorens funksjon foreligge et minste gjennomstrømnings-areal for fluidum som kommer gjennom kanalen 10 og beveger seg mot det hule parti av delen 18.

Den relative stilling av delen 18 i forhold til hoveddelen 20 og den relative stilling av delen 19 i forhold til delen 18 blir eventuelt regulert fra et automatisk styresystem 35. Dette kan omfatte et manøvrerings- eller bevegelsessystem 24 som styres av et programsystem 25.

Programsystemet 25 mottar de nødvendige målinger

og instruksjoner for styring av reguleringssystemet. Antallet og arten av disse målinger og disse instruksjoner er blant annet avhengig av anvendelsesbetingelsene for anordningen ifølge oppfinnelsen. Ved anvendelse av anordningen ifølge oppfinnelsen i en overføringsledning kan de nødvendige informasjoner for styring av ejektoren, være en funksjon av de forskjellige apparater som danner denne ledning eller linje, og av hvor sterk finregulering som ønskes.

Som rent ikke-begrensende eksempel er det imidlertid

på figur 1 vist forskjellige sensorer eller transdusere.

I tillegg til målinger levert av strømmålerne 14 og 15 mottar således programsystemet 25 signaler fra sensorer som måler trykket i turbulensreduksjonsenheten (sensoren 12), nivået i turbulensreduksjonsenheten (sensoren 13),

og trykket ved ejektorens utgang 28 (ved hjelp av en sensor 26) .

Henvisningstallet 27 betegner en eller flere overførings-ledninger for eksterne informasjoner og kommandoer.

De eksterne informasjoner som leveres til programsystemet 25 kan f.eks. gjelde arbeidsbetingelser for maskiner foran og bak vedkommende anordning, eller arten av kompo-nentene i tofasestrømningen.

De eksterne kommandoer eller ordre som programsystemet mottar og som fastsetter disse arbeidsbetingelser kan f.eks. være den strømningsstruktur som ønskes oppnådd ved utgangen av ejektoren, det trykk som ønskes ved utgangen 28 av ejektoren, de strømningsmengder som skal overføres etc.

Eventuelt kan systemet overføre til omgivelsene informasjon vedrørende dette, så som strømningsmenger eller

-hastigheter målt ved hjelp av strømmålerne 14 og 15,

trykk, temperaturer, posisjonen og arbeidsbetingelsene for ejektoren.

Separatoren 2 er eventuelt forsynt med en enhet som gjør det mulig å drenere væsken eller faste partikler.

Denne enhet omfatter en nedsenket brønn 29 utformet i separatoren, et rør 30 som gjennom et strømningsregulerings-organ 31 (f.eks. en ventil) og et rør 32 forbinder brønnen gjennom et reguleringsorgan 33 med en utgangsanordning eller ganske enkelt med omgivelsene.

Eventuelt kan en varmeveksler 34 være anbragt i separatoren for å gjøre det mulig å innvirke på temperaturen i tofaseblandingen.

Virkemåten av anordningen er som følger: Tofaseblandingen ankommer gjennom røret- 1 og går inn i stabilisatoren gjennom røret 4 hvor det skjer en separasjon av væskefasen og gassfasen, idet eventuelle avsetninger eller bunnfall blir samlet i stabilisaorens brønn 29.

Temperaturen av væsken blir eventuelt modifisert

ved utnyttelse av varmeveksleren 34.

Gassen blir gjennom forbindelsen 6 overført til turbu-lensreduks jonsenheten, og tilsvarende overføres væsken gjennom forbindelsen 7. I turbulensreduksjonsenheten blir turbulensen i de to faser redusert og det blir mulig å måle trykket av disse og væskenivået.

Gassfasen blir gjennom røret 9 overført til ejektoren. Dette rør 9 omfatter en strømmåler (for gass) som leverer

et signal som representerer strømningsmengden til programsystemet 25. Væskefasen overføres gjennom røret 10 til ejektoren. Dette rør omfatter en væskestrømmåler 14 hvis signal overføres til programsystemet 25.

De to rør 9 og 10 er forsynt med respektive regulerbare strupeinnretninger 15 og 16 som gjør det mulig om nødvendig å bevirke et svakt belastningstap for å dekke et stort område av strømningshastigheter med en strøm-måler eller en anordning ifølge oppfinnelsen.

Ut fra forskjellige målinger, særlig av strømnings-hastigheter og eksterne kommandoer, styrer programsystemet 25 bevegelsessystemet 24 som på sin side regulerer stillingen av de bevegelige deler i ejektoren, slik at det frembringes en tofasestrømning med bestemt struktur. Denne sikrer en stabil og optimal funksjon av tofaseutstyr plassert

i overføringslinjen foran og bak anordningen ifølge oppfinnelsen .

I ejektoren er det mulig å bytte om de relative posi-sjoner av tilførselsrørene eller -kanalene for gass og vann, uten derved å komme utenom rammen for denne oppfinnelse. På lignende måte ligger det innenfor rammen av oppfinnelsen å anvende en annen type ejektor enn den som er beskrevet ovenfor.

Programsystemet 2 5 kan være et programmert mikro-prosessorsystem. Manøvrerings- eller bevegelsessystemet 24 kan være av kjent type, f.eks. basert på elektrisk eller pneumatisk drift etc.

Man kommer ikke utenom rammen for denne oppfinnelse

ved å anvende den foran beskrevne fremgangsmåte ved fluida av samme art, men som er tilbøyelige til å separeres fra hverandre, f.eks. to væsker som ikke er blandbare og som har forskjellige densiteter. Anordningen ifølge oppfinnelsen kan på tilsvarende måte behandle denne type fluida.

Det vil innses at man ikke kommer utenom rammen for denne oppfinnelse ved å innføre ytterligere et trinn,

så som avsalting av væskefasen eller separasjon av emul-sjoner. Eventuelt kan trinnene utføres parallelt med de trinn som foreskrives ved oppfinnelsen, således kan avsalting utføres i separatoren 2 samtidig med separasjons-trinnet.

Claims

1. Fremgangsmåte som muliggjør realisering av et flertall hydrodynamiske funksjoner, slik som funksjonene til regulatorer, separatorer, stabilisatorer, integrerte strømningsmålere eller varmevekslere, samt trykkmålinger og styring av utgangs-strømningens struktur, i en strømning sammensatt av minst to faser, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: - separasjon av de fluida som inngår i den opprinnelige strømning, - turbulensreduksjon i strømningene av hvert av de separerte fluida, - rekombinasjon1 av de nevnte fluida for å danne en ny strømning som har en forutbestemt struktur, og at de forannevnte trinn foretas uten noen trykkøkning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at rekombinasjonen av de nevnte fluida for å danne en ny strømning, foretas ved å føre i det minste en av strømningene gjennom minst en åpning med regulerbart tverrsnitt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at gjennomstrømningsarealet eller -tverrsnittet av åpningen reguleres som funksjon av i det minste en av følgende størrelser: strømningsmengde eller -hastighet, trykket, temperaturen av ett av fluidene og nivået av væske i turbulensreduksjonsenheten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at gjennomstrømningsarealet av åpningen reguleres i avhengighet av forutbestemte kriterier, så som minimalisering av energitapet i strømningen.

5. Anordning som muliggjør realisering av et flertall hydrodynamiske funksjoner, slik som funksjonene til regulatorer, separatorer, stabilisatorer, integrerte strømningsmålere eller varmevekslere, samt trykkmålinger og styring av utgangs-strømningens struktur, i en strømning sammensatt av minst to faser, karakterisert ved at den omfatter i det minste en kammer-formet faseseparator (2) som gjennom kanaler (6 og 7) er forbundet med en turbulensreduksjonsenhet (8), som på sin side er forbundet med en væske/gass-ejektor (11) gjennom kanaler (9 og 19) hvorav i det minste en omfatter en strømmåler (14 eller 15).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at ejektoren (11) er regulerbar.

7. Anordning ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at i det minste en regulerbar strupeinnretning er innsatt i en av kanalene (9 eller 10) som forbinder turbulensreduksjonsenheten (8) med ejektoren (11).

8. Anordning ifølge et av kravene 5-7, karakterisert ved at ejektoren (11) omfatter to konvergerende organer (21 og 22) hvis gjennomstrømningsarealer er regulerbare uavahengig av hverandre.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at den omfatter en automatisk styreinnretning (35) for ejektoren (11).

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at den omfatter innretninger som til den automatiske styreinnretning (35) avgir i det minste et signal som representerer en informasjon, så som strømnings-mengden eller -hastigheten av et av fluidene, trykket eller temperaturen i en av innretningene eller delene av anordningen, eller nivået av væske i turbulensreduksjonsenheten (13).

11. Anordning ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at den automatiske styreinnretning (35) omfatter et manøvrerings- eller bevegelsessystem (24) som regulerer de forskjellige gjennomstrømningsarealer (21, 22) i ejektoren (11) i avhengighet av forutbestemte kriterier.

12. Anordning ifølge et av kravene 5-11, karakterisert ved at stabilisatoren (2) omfatter en varmeveksler (34).

13. Anordning ifølge et av kravene 5-12, karakterisert ved at stabilisatoren (2) omfatter en enhet som tillater drenering av væske eller faste partikler, hvilken enhet er forbundet med en kanal (32) som munner ut i en tilhørende utgangsinnretning eller i omgivelsene, gjennom en kontrollinnretning (33) og en kanal (30) som munner ut ved utgangen (28) av ejektoren (11), gjennom en kontrollinnretning (31).