NO180412B - Anordning for fjerning av væske i rörledninger innbefattende et bevegelig stempel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for fjerning av væsker i rørledninger innbefattende et bevegelig stempel i henhold til krav l's ingress.

Tilstedeværelse av væsker i rørledninger som hovedsaklig brukes for å føre gasser, påvirker transportprosessen og medfører utillatelig stor forurensning.

Denne tilstedeværelsen kan påvises i form av væskeopp-samlinger som av forskjellige årsaker skjer i rørlednings-segmenter og hvis tilstedeværelse, dersom de ikke fjernes, vil påvirke strømningskontrollen av de transporterte gassene negativt ved endring av strømningsparametere og også ved endring i materialbalansen til strømningsproduktkomponentene. Dette er alvorlig dersom denne sammensetningen representerer en viktig variabel i en senere behandlingsfase. Transport av gasser fra petroleumsproduksjonsstedene så som oljebrønner eller også i mellomliggende trinn ved produktfraksjoner ingen, representerer et slikt tilfelle.

Et annet kritisk aspekt i denne sammenheng vedrører vann-fjerning fra en gassrørledning for å øke gasstransporteffek-tiviteten og unngå forurensing av det transporterte pro-duktet, hovedsaklig hvor vann brukes for spesielle årsaker før transportoperasjonen.

Inntil nå har rørledningsrensing (innbefattende væskefjerning) blitt utført på en komplisert måte ved hjelp av forskjellige former for plugger (pigs), de fleste av dem sfæriske og fremstilt av en polyuretanelastomer (med god dimensjonsstabilitet og en redusert kapasitet for elastisk deformasjon), hovedsaklig for kondensatfjerning i gassrør-ledninger. Som en spesialist innen området vet, blir disse pluggene ført inn i rørledningen gjennom en spesiell åpning kalt "innløpsåpning" eller "tilførselsåpning" og fra dette punktet presses den fremover gjennom rørledningen av en høy fluidumtrykkdifferanse, slik at alt fremmedmateriale føres med høy hastighet inntil den endelige fjerningen av materi-alene og pluggen fra rørledningen gjennom en "utløpsåpning" eller "mottaksåpning".

Et problem som er tilstede ved de eksisterende pluggene for rensing av rørledninger skyldes deres utilstrekkelige elastisitet (eller deformasjonskapasitet). Denne mangelen på elastisitet medfører store krefter rettvinklet på rørled-ningens indre overflater. Denne rettvinklede kraften medfører høy friksjon og slitasje og kan føre til at plugger av denne typen setter seg fast, spesielt når disse pluggene ikke opptar hele rørledningens tverrsnitt.

Plugger fremstilt av en mer fleksibel skumtype så som polyuretan med lav tetthet utgjør en løsning på dette problemet som vist i US-patent nr. 5032 185 som medfører sekvensiell innføring av polyuretanplugger med lav tetthet, heri definert som en verdi lavere enn 64 kg/m^, for rensing av parafinavsetninger i rørledninger.

I alle renseprosesser for faststoff ved bruk av plugger så som fremgangsmåten beskrevet i nevnte US-patent eller enhver annen fremgangsmåte, kan ikke materialtettheten angis mye lavere enn denne grensen uten at fjerningseffekten reduseres.

Dette er årsaken til hvorfor alle prosesser for fjerning av urenheter ved hjelp av skumplugger med lav tetthet bruker disse anordningene for fjerning av faste avsetninger i væsker over en kort distanse.

Kondensatfjerningsprosedyrer i gassrørledninger anvender på den andre siden oppblåsbare polyuretankuler og dette er kjent over hele verden som den mest økonomiske måten å utføre denne typen arbeid på. Uheldigvis kan ikke denne typen anordninger brukes i lange rørledninger eller i rørledninger med betydelige diametervariasjoner og uten mellomliggende innløpsåpninger så som omgivelsene som er tilstede ved hydrokarbonproduksjonssteder plassert på store vanndyp ved havbunnen. Under slike forhold vil sjansene for at kulene ødelegges eller setter seg fast, representere en risiko som er for stor til at disse kan anvendes i praksis. En annen ulempe ved bruk av denne typen kuler på grunn av deres spesielle form, er det reduserte tetningsområdet som er mye mindre enn det som dannes av et sylindrisk legeme. Nødven-digheten av å kjøre kulene flere ganger gjennom rørledningen, kan ses som en ytterligere ulempe som medfører ytterligere driftskostnader for returtransport av disse til innløps-åpningen.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for fjerning av væske i rørledninger som blir beskrevet ytterligere i det etterfølgende og som av praktiske årsaker er kalt et "stempel" (begrepet er valgt på grunn av funksjonslikheten mellom anordningen og en frem-og tilbakegående stempel-sylindermekanisme til en positiv fortrengningspumpe). Selv om anordningen er av generisk natur, vil den bli beskrevet for anvendelse i lange rørledninger og spesielt for kondensatfjerning i gassførende rørledninger som stammer fra oljebrønner eller behandlingssteder langt borte, hvor kondensatdannelsen som er uunngålig av forskjellige årsaker anses som et alvorlig problem som allerede nevnt.

Anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at stemplet er formet som et sylindrisk legeme fremstilt av et fleksibelt, svampaktig polymert materiale, med en tetthet lavere enn 40kg/m3 og ved et forhold på 1,5:1 til 2:1 mellom sin lengde og ytre diameter, for å sikre en minimum væskefjerningseffektivitet på 90$ og et maksimalt diametertap på 0.50$ ved hver gjennomføring.

Det sylindriske legemet til stemplet har fortrinnsvis sin øvre del formet som en kjeglestump ved en svak skråkant, hvor høyden av den koniske delen holdes liten i forhold til stemplets totale høyde. Den øvre delen av stemplet har fortrinnsvis form av en parabolsk halvkule.

Sideflatene til stempellegemet er fortrinnsvis formet ved utskjæring av et prisme med et mangfold rektangulære sider med liten bredde, utskåret av en blokk av svapmaktig polymert materiale, slik at det tilnærmes en sylindrisk form.

Tettheten til det svapmaktige polymere materialet er fortinnsvis i området mellom 17 og 33 kg/m<3>.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli mer detaljert beskrevet ved hjelp av utførelseseksempler med henvisning til de medfølgende tegninger. Figur 1 viser en perspektivskisse av et sylindrisk formet stempel. Figur 2 viser en perspektivskisse av et sylindrisk formet stempel med en avfaset toppdel i form av en kjeglestump. Figur 3 viser en stempelversjon i perspektiv med en halv-kuleformet eller svak rabolsk avslutning av stempelhodet. Figur 4 viser et brått utformet stempel som imidlertid har en tilfredsstillende ytelse. Figur 5 viser en kurve av væskefjerningseffekten som en funksjon av den volumetriske fraksjon av væske i rørled-ningen . Figur 1 viser stemplet 1 med en sylindrisk form og er fremstilt av polyuretanskum med meget lav tetthet (maksimum 40 kg/m<3>). Erfaring viste at denne stempeltypen hadde god ytelse som en væskefortrenger, bortsett fra slitasjen understøttet av de fremre kantene 2, selv når lengdeaksen 3 til stemplet ble parallell med lengdeaksen til rørledningen

med avløftning av små partikler forårsaket av gnidning mot ujevnheter på den indre overflaten til rørledningen og ved strømningsfordelingen foran stemplet.

Modellen vist i figur 2 ble utviklet for å unngå de ovennevnte ulemper og den fremre delen 5 ble formet som en kjeglestump 4 uten de ovennevnte fremre kantene, slik at ødeleggelse av forkantene minimaliseres og forenkler innføringen av stemplet, spesielt når stempelradien er mye større enn rørledningens indre diameter.

Av samme årsaker viser figur 3 et stempel med en avrundet fremre del 6 som resulterte i en bedre utøvelse. Selv om denne modellen ikke representerer et stort fremskritt (i forbindelse med drift og under normal bruk) sammenlignet med modellen i figur 2, ligger dens hovedfordel i en større fleksibilitet av stempelbevegelse når den føres i rørled-ninger med diameterbegrensninger.

Et viktig trekk ved foreliggende anordning uten motstykke i den tradisjonelle fremgangsmåten, vedrører muligheten for å kunne føre inn et stempel gjennom enhver type innløpsåpning, selv mye mindre enn stempeldimensjonene, på grunn av den ekstreme komprimerbarheten til polyuretanskummet med meget lav tetthet med mindre enn 40 kg/m<3> og fortrinnsvis i området mellom 17 og 33 kg/m<3>.

Som det fremgår av figurene 1 - 4, er hovedformen til stemplet en sylinder, en øvre del formet som en kjeglestump eller avrundet. Granskning av disse figurene avslører en viss proporsjonalitet mellom den totale lengden og diameteren til hvert stempel. Det er ganske klart at de representerte formene kan opprettholdes dersom lengden av stemplet er mer eller mindre det dobbelte av dets diameter (uavhengig av formen til stemplets øvre del).

I praksis kan denne proporsjonen variere mer eller mindre mellom 1.5:1 og 2:1, selv om korte stempler (med en høyde tilsvarende eller mindre enn dets diameter) hør unngås for å unngå vridning av stemplet (rotasjon av stemplet) når det føres inn i rørledningen. Meget lange stempler er heller ikke særlig effektive og når de utsettes for deformasjoner som grovt sett kan klassifiseres som tmlking, vil gass- og væskefasene passere gjennom de indre røroverflåtene og de ytre overflatene til stemplet og deformere stempelformen og påvirke dets bevegelse.

Foreliggende oppfinnelse utviser to store fordeler med hensyn til anvendelse av anordningen: a) for det første er det en dramatisk prisreduksjon for stemplet som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse, b) for det andre det faktum at stemplet lett kan føres gjennom diameterreduksjoner i rørledningen, gjør dette til en

meget effektiv fremgangsmåte.

De tidligere rørledningsrenseprosessene anpasset for væskefjerning anvender kostbare plugger fremstilt av et kostbart råmateriale, polyuretanelastomer, belagt med harpiks eller syntetisk gummi mot slitasje og gasspenetrering. I vårt tilfelle er prisen på et polyuretanskumstempel uten noen form for belegg 150 ganger mindre kostbart enn tilsvarende fremstilt av en polyuretanelastomer. Ved dette prisnivået kan stemplene byttes ofte før slitasje settes inn. Det er også mulig å betrakte stemplet som et engangsprodukt, noe som gjør driftsprosedyren for rørledningsrensing mye enklere. En sammenligning mellom den nye anordningen og de tradisjonelle systemene ble utført der hvor tradisjonelle anordninger kunne anvendes. De oppnådde resultater antyder en mulig endring av prosedyren for kondensatfjerning i gassrør-ledninger ved erstatning av de tradisjonelle kulene med skumanordninger.

En implementering av denne typen er vist skjematisk i figur 4. Det ble fremstilt et stempel uten noen form for finish, ved ganske enkelt å skjære ut en sylinder (i dette tilfellet forholdsvis grov prisme) ved et godt slipt skjæreverktøy av en polyuretanskumblokk av kommersiell type. Den gjentatte føringen gjennom rørledninger med stor lengde, viste en overraskende liten slitasje og en meget tilfredsstillende dimensjonsstabilitet for stemplet. Ved hver passering gjennom rørledningen ble det oppnådd en minimum væskefjer-ningseffekt på 90% ved et maksimalt stempeldiametertap på 0. 50%.

Driftstester som ble utført med stempler av polyuretanskum med meget lav tetthet viste overraskende god ytelse sammenlignet med det som var antatt på forhånd og ved det som kunne oppnås ved kjent teknikk.

For det første ble det antatt at stempler av polyuretanskum med meget lav tetthet uten noen form for ugjennomtrengelig harpiksbelegg, ikke ville gi en tilfredsstillende slitasje-motstand ved enhver type operasjon. Denne forventningen ble gjort til skamme ved det faktum at et fleksibelt polyuretanstempel fremstilt av 60 kg/m<3> materiale av utmerket kvalitet, ikke ga minimale arbeidsbetingelser etter å ha gått gjennom 3 km rørledning.

Føring av et stempel i henhold til foreliggende oppfinnelse gjennom en gassrørledning på 208 km lengde med en indre diameter på 40.64 cm ga følgende resultater vedrørende slitasje: nominell diameter av stempelet: 45.72 cm midlere virkelig diameter til stemplet: 45.46 cm endelig diameter til stemplet etter en passering gjennom rørledningen: 44.95 cm

I lys av disse resultatene, er det sannsynlig å anta at det kan utføres minst 10 passeringer gjennom forsøksrørledningen uten noen betydelig slitasje av stemplet. Det bør legges merke til at en tradisjonell plugg fremstilt av en polyuretanelastomer ikke motstår to passeringer gjennom en rørled-ning med samme lengde.

Foreliggende anordning avdekker en annen misforståelse vedrørende læren fra kjent teknikk, nemlig nødvendigheten av et ugjennomtrengelig belegg av harpiks eller syntetisk gummi på den fremre delen av det bevegelige legemet (i vårt tilfelle stemplet eller pluggen i kjent teknikk) for å unngå at gass passerer gjennom materialets porer ved høye trykk, noe som ble antatt å være meget skadelig. Stemplet i henhold til foreliggende oppfinnelse behøver ikke noe belegg på sin førende del for å sikre en tilfredsstillende ytelse når væsken presses gjennom en rørledning.

En annen fordel med denne anordningen ligger i det faktum at kun en liten trykkdifferanse er tilstrekkelig til å føre stemplet langs de indre overflatene til rørledningen, selv når det oppnår betydelige diameterendringer av driftsmessige årsaker. På denne måten blir stemplet ført langs det valgte rørledningssegmentet ved å danne en liten trykkdifferanse mellom dets førende del, trykksiden og dets fremre del anpasset for væskefortrengning i rørledningen. Eksemplene som er gitt i det etterfølgende viser en stor variasjon i proporsjonen mellom rørledningsdiameter og stempelradius i motsetning til vanlig oppfatning hos dem som ikke har kjennskap om den virkelige oppførselen til materialet som anvendes.

En tredje fordel ved oppfinnelsen ligger i en overraskende god driftskapasitet i seksjoner av rørledningen med en total lengde på flere hundre kilometer eller flere tusen kilometer, uten tap av ytelse og med behov for kun en innløpsåpning, slik at mellomliggende oppsamlings- og innføringsåpninger kan utelates.

På den andre side bør det ikke glemmes at nedslitingen av en stiv polyuretanelastomerplugg i henhold til kjent teknikk er mye høyere enn nedslitingen som forårsakes av ovennevnte stempel. Polyuretanelastomerpluggen har en begrenset fleksibilitet og føres inn i rørledningen, blåses opp til en diameter som kun er litt større enn den indre diameteren til rørledningen (en differanse i størrelsesorden noen få mm) og som sådann er utsatt for fastklemming ved plassering av en forhindring som en overflateujevnhet på rørledningens innervegg. I tilfelle med en mindre elastisk plugg holdes imidlertid strømningstrykket til den drivende gassen høyt for å øke pluggens hastighet, slik at sjansen for fastkiling reduseres, men sjansen for at det rives opp på visse strekninger av rørledningen med begrenset diameter så som kurver med lav radius, dårlig innrettede flenser og bulker eller diameterreduksjoner etc. vil øke. Størstedelen av pluggtapene skjer på denne måten i gassrørledninger.

Etterfølgende eksempler gir ingen tvil om relativt lave stempelslitasjehastigheter som er observert under forholdsvis vanskelige driftsbetingelser, i motsetning til det man ville anta ved et slikt lett og fleksibelt materiale.

EKSEMPEL 1

Et stempel med diameter 17.78 cm ble ført inn i en 15.24 cm diameter rørledning med en utstrekning på 72 km. Rørled-ningen ble brukt for å føre 340.000 Nm<3> gass pr. døgn med et trykk på 56.24 kg/cm<2.> Stemplet fjernet kondensatet fra rørledningen og ankom i beregnet tid ved utløpsåpningen. Den endelige diameteren til stemplet etter fjerning fra rørled-ningen var 15.75 cm.

EKSEMPEL 2

Under samme drif tsbetingelser som i eksempel 1 ble det ført inn et stempel med 20.32 cm diameter og fjernet med en endelig diameter på 17.53 cm.

EKSEMPEL 3

En annen tørrtest ble utført for å evaluere slitasjehastig-heten under kraftig nedsliting. Et stempel ble ført inn i en tørr rørledning og ført med en hastighet på 21m/s langs 6 km av rørledningen. Evalueringen ble utført med hensyn til massetap.

Opprinnelig masse = 82.94 g

Endelig masse = 71.60 g

Forhold mellom evaluerte masser: 8656

Relativt massetap = 1.89 g/km

En annen viktig ytelsesevaluering vedrører væskefjernings-kapasiteten.

EKSEMPEL 4

Spesifikke vannvolumer som hver representerte en viss prosentandel av det totale tilgjengelige volumet, ble tilført i en pilotrørledning. Det totale volumet av vann som ble fjernet, ble målt etter passering av et stempel med en avskrånende fremre ende (figur 2). Resultatene er oppsummert i tabell 1.

Kurven i figur 5 viser et effektivitetstap forbundet med lavere væskevolumforhold i rørledningen. Selv her er effektiviteten fremdeles over 90% for lave verdier av H^.

EKSEMPEL 5

DRIFTSFORSØK AV FORELIGGENDE ANORDNING MED FØRING AV STEMPLET GJENNOM INNSNEVREDE DELER AV EN RØRLEDNING

Dette forsøket viser de allerede nevnte kvalitetene ved anordningen: Effektiv fjerning av væske fra rørledningen ved bruk av et stempel med høy komprimerbarhet som gir en tilfredsstillende ytelse i innsnevrede områder (ofte meget innsnevrede) uten å tape sin fjerningseffekt i nærvær av en liten trykkdifferanse.

Et stempel med en diameter litt større enn 15.24 cm (bevist ved en lett innføring av stemplet i innløpsåpningen uten vesentlig deformasjon) føres gjennom en diameterreduksjon fra 15.24 cm til 10.16 cm før den starter sitt løp langs en pilotrørledning med en total utstrekning på 48 m. Under sin gjennomføring passerer stemplet flere diameterreduksjoner og en syklus på fire 90° bend med liten diameter. Som funksjon av den spesifikke reduksjonen ble den nødvendige trykkdiffe-ransen målt. Resultatene er oppsummert i tabell II.

Resultatene over viser utvetydig at ved å anvende et polyuretanstempel med meget lav tetthet som føres inn i rørledningen ved en betydelig diameterreduksjon og som følger en bane som innbefatter flere betydelige diameterreduksjoner i rørledningen og har en høy effektivitet ved fjerning av kondensatvaesker og vann og kan også brukes som et mål for rørledningsvolumet uten at det oppstår betydelige tap av stempelvolumet eller uten å medføre ødeleggelse av stemplet.

Det er underforstått at stemplene og utførelsesformene som er gitt her, ikke utgjør begrensninger av foreliggende oppfinnelse og anordningen beskrevet her er med sikkerhet beregnet for fjerning av flytende materiale ved hjelp av et gass- eller fluidumdrevet stempel, uten nødvendigheten av en stor trykkdifferanse.

Foreliggende oppfinnelse er derfor kun begrenset av de medfølgende krav.

Claims (5)

1. Anordning for fjerning av væske i rørledninger innbefattende et bevegelig stempel, hvilket stempel føres langs de indre overflater av rørledningen og føres inn gjennom en åpning kalt "innløpsåpning" og fjernes senere gjennom en åpning kalt "utløpsåpning" eller "mottaksåpning" etter å ha passert gjennom rørledningsseksjonen mens det skyver væsken i rørledningen, karakterisert ved at stemplet (1) er formet som et sylindrisk legeme fremstilt av et fleksibelt svampaktig polymert materiale med en tetthet lavere enn 40 kg pr. kubikkmeter og ved et forhold på 1.5:1 til 2:1 mellom sin lengde og ytre diameter for å sikre en minimum væskefjerningseffektivitet på 90% og et maksimalt diametertap på 0.50$ ved hver gjennomføring.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at det sylindriske legemet til stemplet (1) har sin øvre del formet som en kjeglestump ved en svak skrå kant (4) hvor høyden av den koniske delen holdes liten i forhold til stemplets totale høyde.

3. Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den øvre delen av stemplet (1) har form av en parabolsk halvkule (6).

4 . Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at sideflatene til stempellegemet (1) er formet ved utskjæring av et prisme med et mangfold rektangulære sider med liten bredde, utskåret av en blokk av svampaktig polymert materiale, slik at det tilnærmes en sylindrisk form.

5 . Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at tettheten til det svampaktige polymere materialet er i området mellom 17 og 33 kg/m<3>.