NO20140453A1 - Monitoring of underwater pump or compressor shaft seal - Google Patents
Monitoring of underwater pump or compressor shaft seal Download PDFInfo
- Publication number
- NO20140453A1 NO20140453A1 NO20140453A NO20140453A NO20140453A1 NO 20140453 A1 NO20140453 A1 NO 20140453A1 NO 20140453 A NO20140453 A NO 20140453A NO 20140453 A NO20140453 A NO 20140453A NO 20140453 A1 NO20140453 A1 NO 20140453A1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- barrier fluid
- pressure
- underwater
- chamber
- motor
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 86
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 78
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 6
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 208000016261 weight loss Diseases 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 206010016322 Feeling abnormal Diseases 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 208000020442 loss of weight Diseases 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Description
OVERVÅKING AV UNDERVANNSPUMPE- ELLER MONITORING OF UNDERWATER PUMP OR
KOMPRES S ORAKSLINGS TETNING COMPRESSOR SHAFT SEAL
Oppfinnelsens område Field of the invention
Den foreliggende oppfinnelsen angår undervanns fluidtrykkforsterkere for å pumpe olje, kondensat eller vann eller komprimere gass. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen tilstandsovervåking av den mekaniske akslingstetningen som skiller motoren og trykkforsterkningskamrene i en undervanns sentrifugalpumpe eller kompressor. The present invention relates to underwater fluid pressure boosters for pumping oil, condensate or water or compressing gas. More specifically, the invention relates to condition monitoring of the mechanical shaft seal that separates the motor and the pressure boosting chambers in an underwater centrifugal pump or compressor.
Bakgrunn for oppfinnelsen og kjent teknikk Background of the invention and prior art
For undervannspumper og -kompressorer for petroleumsindustrien, er pålitelighet vitalt. Dette er ikke bare fordi driftsstans kan bety stans i produksjonen, hvilket kan være dyrt, men også fordi reparasjon kan være vanskelig, tidkrevende og svært kostbart. En ytterligere grunn er risikoen for forurensing, som bør minimeres. For submersible pumps and compressors for the petroleum industry, reliability is vital. This is not only because downtime can mean a halt in production, which can be expensive, but also because repair can be difficult, time-consuming and very expensive. A further reason is the risk of contamination, which should be minimised.
En undervanns fluidtrykkforsterker er en undervannspumpe, en undervanns flerfasepumpe eller en undervannskompressor, som av praktiske grunner heretter ofte kalles en undervanns trykkforsterker, trykkforsterker eller undervannspumpe, som omfatter en hvilken som helst av utførelsesformene med mindre noe annet er spesifisert. An underwater fluid pressure booster is an underwater pump, an underwater multiphase pump or an underwater compressor, which for practical reasons is hereinafter often called an underwater pressure booster, pressure booster or underwater pump, which includes any of the embodiments unless otherwise specified.
En typisk undervannspumpe omfatter et felles trykkhus inndelt i et motorkammer og et pumpekammer. Motoren er montert i motorkammeret, pumpen er montert i pumpekammeret og en aksling kobler motoren til pumpen slik at rotasjon fra motoren overføres til pumpen. En vegg skiller motor- og pumpekamrene, akslingen er ført gjennom veggen og en mekanisk akslingstetning sikrer at lekkasjen mellom den roterende akslingen og den stasjonære delen minimeres. En undervannskompressor er tilsvarende oppbygget med en mekanisk akslingstetning, men har et kompressorkammer og ikke et pumpekammer, og drives av en gassfylt motor som kjører med høyere hastighet. I noen tilfeller kan en høyhastighets, væskefylt motor brukes til å drive kompressoren. A typical submersible pump comprises a common pressure housing divided into a motor chamber and a pump chamber. The motor is mounted in the motor chamber, the pump is mounted in the pump chamber and a shaft connects the motor to the pump so that rotation from the motor is transferred to the pump. A wall separates the motor and pump chambers, the shaft is routed through the wall and a mechanical shaft seal ensures that leakage between the rotating shaft and the stationary part is minimized. An underwater compressor is similarly constructed with a mechanical shaft seal, but has a compressor chamber and not a pump chamber, and is driven by a gas-filled motor that runs at a higher speed. In some cases, a high-speed, liquid-filled motor may be used to drive the compressor.
Et barrierefluid i motorkammeret skal holdes ved et visst overtrykk i forhold til pumpe- eller kompressortrykket for å eliminere strømning i retning fra pumpen eller kompressoren til motoren. Ved å opprettholde et visst overtrykk i fluidet eller gassen i motorkammeret, kan lekkasjer kun strømme mot pumpen eller kompressoren. Følgelig vil fluidet eller gassen i motorkammeret virke som en barriere mot forurensing med partikler og forurensende fluid eller gass som ellers kunne lekke fra pumpen eller kompressoren inn i motoren og forkorte motorens tjenestetid. Barrierevæsken eller -gassen virker også som kjølemiddel for motoren. For en væskefylt motor er barrierefluidet en væske, som også virker som smøremiddel for lagrene. Det vil typisk være en lekkasjevei for barrierefluid i en pumpe/kompressorenhet gjennom den mekaniske akslingstetningen som skiller motor- og pumpe/kompressorkamrene, da det kreves en kontinuerlig lekkasjestrøm av barrierefluid for å smøre og kjøle den mekaniske akslingstetningen. Barrierefluidet, det vil si væske eller gass, som lekker ut vil bli fraktet bort av det pumpede eller komprimerte fluidet. A barrier fluid in the engine chamber must be kept at a certain overpressure in relation to the pump or compressor pressure to eliminate flow in the direction from the pump or compressor to the engine. By maintaining a certain overpressure in the fluid or gas in the motor chamber, leaks can only flow towards the pump or compressor. Consequently, the fluid or gas in the engine chamber will act as a barrier against contamination with particles and polluting fluid or gas that could otherwise leak from the pump or compressor into the engine and shorten the engine's service life. The barrier liquid or gas also acts as a coolant for the engine. For a liquid-filled motor, the barrier fluid is a liquid, which also acts as a lubricant for the bearings. There will typically be a leakage path for barrier fluid in a pump/compressor unit through the mechanical shaft seal that separates the motor and pump/compressor chambers, as a continuous leakage flow of barrier fluid is required to lubricate and cool the mechanical shaft seal. The barrier fluid, i.e. liquid or gas, which leaks out will be carried away by the pumped or compressed fluid.
En foretrukket utførelsesform av en undervannspumpe eller kompressor omfatter et barrierefluidsystem styrt av en trykk- volumregulator (PVR - pressure volume regulator). En foretrukket utførelsesform av PVR er beskrevet i norsk patentsøknad NO 20121486., som blir allment tilgjengelig tidligst 11 juni 2014. En tidligere versjon av PVR er beskrevet i patent NO 322 566. Et typisk arrangement i et undervanns barrierefluidsystem omfatter lange tilførselslinjer for undervanns barriere fluid i styre/kraft-navlestrengen som mates fra en hydraulisk kraftenhet ved overflaten. Andre utførelsesformer støtter (support) barrierefluidet fra en trykkstyrt kilde plassert under vann. Barrierefluidet sirkuleres internt i motorkammeret av en intern pumpe. A preferred embodiment of an underwater pump or compressor comprises a barrier fluid system controlled by a pressure volume regulator (PVR - pressure volume regulator). A preferred embodiment of PVR is described in Norwegian patent application NO 20121486., which will become generally available no earlier than 11 June 2014. An earlier version of PVR is described in patent NO 322 566. A typical arrangement in an underwater barrier fluid system includes long supply lines for underwater barrier fluid in the steering/power umbilical which is fed from a hydraulic power unit at the surface. Other embodiments support (support) the barrier fluid from a pressure controlled source placed under water. The barrier fluid is circulated internally in the engine chamber by an internal pump.
Den mekaniske tetningen som skiller motor- og pumpekamrene er en vital komponent for pumpens pålitelighet, og tilstanden til denne tetningen bør overvåkes for å unngå ikke planlagte nedstengninger. Økt lekkasje indikerer svekkelse (deterioration) av tetningen. The mechanical seal that separates the motor and pump chambers is a vital component for pump reliability, and the condition of this seal should be monitored to avoid unplanned shutdowns. Increased leakage indicates deterioration of the seal.
Det er i dag ingen pålitelig fremgangsmåte for å overvåke tilstanden til den mekaniske tetningen i en undervannspumpe eller -kompressor. Temperaturmålinger eller vibrasjons-målinger kan brukes til å overvåke tilstanden til den mekaniske tetningen direkte, men gir for sen indikasjon på negativ utvikling til å gi en preventiv tilstandsalarm, hvilket er et problem. En typisk strømningsrate ved stabil undervannspumpedrift er 1-2 liter per dag. Under transiente operasjoner, slik som oppstart og nedstenging, kan imidlertid strømningsraten til/fra motorkammeret opptil 7000 ganger høyere enn ved stabil drift. Verken venturi-type sensorer, turbiner, positive forskyvningstype sensorer eller direkte akslingstetningsinstrumentering har vist seg å være praktisk mulige for tilstrekkelig pålitelige og nøyaktige målinger under vann over mange år og uten vedlikehold. There is currently no reliable method for monitoring the condition of the mechanical seal in a submersible pump or compressor. Temperature measurements or vibration measurements can be used to monitor the condition of the mechanical seal directly, but give too late an indication of negative development to give a preventive condition alarm, which is a problem. A typical flow rate for stable underwater pump operation is 1-2 liters per day. During transient operations, such as start-up and shutdown, however, the flow rate to/from the motor chamber can be up to 7000 times higher than during steady-state operation. Neither venturi-type sensors, turbines, positive displacement-type sensors, nor direct shaft seal instrumentation have proven practical for sufficiently reliable and accurate underwater measurements over many years and without maintenance.
Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelsen å frembringe teknologi som muliggjør tilstandsovervåking av en mekanisk akslingstetning som indikerer en negativ utvikling for å tjene som en preventiv tilstandsalarm. It is therefore an object of the present invention to produce technology that enables condition monitoring of a mechanical shaft seal that indicates a negative development to serve as a preventive condition alarm.
Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention
Oppfinnelsen frembringer et undervanns sentrifugalt trykkforsterkningssystem for å pumpe væske eller flerfasefluid eller komprimere gass, omfattende et trykkhus inndelt i et motorkammer og et trykkforsterkningskammer. Motoren er montert i motorkammeret, en trykkforsterker, som er en pumpe eller en kompressor, er montert i trykkforsterkningskammeret. En aksling kobler motoren til trykkforsterkeren, slik at rotasjon av motoren vil rotere trykkforsterkeren. En vegg skiller motor- og trykkforsterkningskamrene, der akslingen er ført gjennom veggen og en mekanisk akslingstetning. Et barrierefluidsystem tilveiebringer smøring og kjølende strømning gjennom utstyr i motorkammeret, men en liten lekkasjestrøm av barrierefluid strømmer gjennom den mekaniske akslingstetningen, og dermed fra motorkammeret til trykkforsterkningskammeret. En tilførselslinje for barrierefluid er koblet til barrierefluidsystemet. Undervannstrykkforsterkningssystemet er kjennetegnet ved at det videre omfatter: The invention provides an underwater centrifugal pressure booster system for pumping liquid or multiphase fluid or compressing gas, comprising a pressure housing divided into a motor chamber and a pressure booster chamber. The engine is mounted in the engine chamber, a pressure booster, which is a pump or a compressor, is mounted in the pressure booster chamber. A shaft connects the motor to the pressure intensifier, so that rotation of the motor will rotate the pressure intensifier. A wall separates the engine and pressure booster chambers, where the shaft is routed through the wall and a mechanical shaft seal. A barrier fluid system provides lubrication and cooling flow through equipment in the engine chamber, but a small leakage current of barrier fluid flows through the mechanical shaft seal, and thus from the engine chamber to the booster chamber. A supply line for barrier fluid is connected to the barrier fluid system. The underwater pressure boosting system is characterized by the fact that it also includes:
minst én innretning for stenging eller åpning av barrierefluidtilførselen, at least one device for closing or opening the barrier fluid supply,
minst én akkumulator for barrierefluid montert mellom innretningen for stenging eller åpning og motorkammeret, at least one accumulator for barrier fluid mounted between the device for closing or opening and the motor chamber,
minst én sensor for indirekte måling av barrierefluidstrømmen som lekker inn i trykkforsterkningskammeret når barrierefluidtilførselen er stengt, og at least one sensor for indirectly measuring the barrier fluid flow that leaks into the pressure amplification chamber when the barrier fluid supply is closed, and
en analysator for å analysere måleresultatene. an analyzer to analyze the measurement results.
I én utførelsesform av oppfinnelsen, er en styreenhet inkludert for å drive innretningen for stenging eller åpning av barrierefluidtilførselen. In one embodiment of the invention, a control unit is included to drive the device for closing or opening the barrier fluid supply.
Fortrinnsvis er den minst ene sensoren en trykksensor som måler trykkfallet over tid i akkumulatorene når barrierefluidventilen er stengt, og barrierefluid kun tilføres fra akkumulatorene. Følgelig gir trykkfallet i en akkumulatorbank med fast volum som funksjon av tid en indikasjon på lekkasjeraten i den mekaniske akslingstetningen. Alternativt kan en væskenivå-sensor som måler fallet i akkumulatorens væskenivå fra et referansenivå som funksjon av tid når tilførselslinjen for barrierefluid er stengt, brukes som henholdsvis sensor og målemetode. Som et ytterligere alternativ, er sensoren en eller flere lastceller eller tilsvarende, for eksempel montert slik at akkumulatortanken hviler på dem, for å måle vekttap over tid. Preferably, the at least one sensor is a pressure sensor that measures the pressure drop over time in the accumulators when the barrier fluid valve is closed, and barrier fluid is only supplied from the accumulators. Consequently, the pressure drop in a fixed volume accumulator bank as a function of time gives an indication of the leakage rate in the mechanical shaft seal. Alternatively, a liquid level sensor that measures the drop in the accumulator's liquid level from a reference level as a function of time when the supply line for barrier fluid is closed can be used as sensor and measurement method, respectively. As a further alternative, the sensor is one or more load cells or the like, for example mounted so that the accumulator tank rests on them, to measure weight loss over time.
Trykkforsterkningssystemet krever kun én av sensorene trykksensor, nivåsensor eller vekt-sensor. Bruk av flere sensorer og sensortyper kan imidlertid øke pålitelighet og datakvalitet. Selv om sensorer for direkte måling av strømningsrate, slik som en strømningssensor ved utløpet fra akkumulatorbanken, ikke er praktisk eller påkrevet, kan slike sensorer plasseres og brukes for å verifisere at kortere perioder med høyere strømningsrate er forbundet med transiente operasjoner, slik som oppstart og nedstenging. The pressure amplification system only requires one of the sensors, pressure sensor, level sensor or weight sensor. However, using more sensors and sensor types can increase reliability and data quality. Although sensors for direct measurement of flow rate, such as a flow sensor at the discharge of the accumulator bank, are not practical or required, such sensors can be located and used to verify that shorter periods of higher flow rate are associated with transient operations, such as startup and shutdown .
Innretningen for stenging eller åpning av barrierefluidtilførselen er fortrinnsvis en tilførsels-ventil. Alternativt er den en stopp- eller driftsfunksjon i en forsyningspumpe eller kompressor for barrierefluid en åpne eller lukkeventil til et undervannslager for barrierefluid. Barrierefluidet er enten en væske eller en gass. En slik tilførselsventil kan være en fjernstyrt versjon eller et parallelt arrangement av disse for å øke pålitelighet. Et annet arrangement av en slik tilførselsventil kan være en helt mekanisk, trykkutløst ventil med høy hysterese, slik at den åpner ved en høy trykkforskjell (> 20 bar) og stenger ved en mye lavere trykkforskjell (< 10 bar). En slik ventil kan plasseres parallelt med en fjernstyrt ventil for økt pålitelighet. The device for closing or opening the barrier fluid supply is preferably a supply valve. Alternatively, it is a stop or operating function in a supply pump or compressor for barrier fluid, an open or close valve to an underwater reservoir for barrier fluid. The barrier fluid is either a liquid or a gas. Such a supply valve can be a remote-controlled version or a parallel arrangement of these to increase reliability. Another arrangement of such a supply valve can be a fully mechanical, pressure-triggered valve with high hysteresis, so that it opens at a high pressure difference (> 20 bar) and closes at a much lower pressure difference (< 10 bar). Such a valve can be placed in parallel with a remote-controlled valve for increased reliability.
Som forklart, definerer begrepet trykkforsterker både pumper og kompressorer, siden samme problem og løsning finnes for undervannspumper og undervannskompressorer. As explained, the term pressure booster defines both pumps and compressors, since the same problem and solution exists for underwater pumps and underwater compressors.
Hovedeffekten av oppfinnelsen, er at preventivt vedlikehold kan planlegges og utføres tidsnok til å unngå uønskede nedstengninger grunnet svekkelse av den mekaniske akslingstetningen. The main effect of the invention is that preventive maintenance can be planned and carried out in time to avoid unwanted shutdowns due to weakening of the mechanical shaft seal.
Styreenheten/analysatoren er fortrinnsvis en styreenhet ved overflaten som kommuniserer med undervannsutstyret på en hvilken som helst praktisk gjennomførbar måte, slik som gjennom navlestrengen for undervannsstyring. Alternativt kan det brukes en undervannsstyre-enhet som kommuniserer resultatet til overflaten, fortrinnsvis i et komprimert format. Styreenheten/analysatoren bruker fortrinnsvis én eller begge av: en algoritme og en oppslagstabell, for å utlede tilstanden til den mekaniske akslingstetningen. For stabil drift er en enkel algoritme nyttig. For overgangsdrift kan en oppslagstabell være mer pålitelig siden store variasjoner i de målte verdiene kan være forårsaket av flere parametre. Oppslagstabellen er fortrinnsvis basert på resultater fra kommisjonering og tester med midlertidig stenging av den ordinære barrierefluidtilførselen, kun med barrierefluid tilført fra akkumulatorene, og måling over en tidsperiode for å etablere en referansekurve for en velfungerende mekanisk akslingstetning. The control unit/analyzer is preferably a surface control unit that communicates with the underwater equipment in any practicable manner, such as through the underwater control umbilical. Alternatively, an underwater control unit can be used which communicates the result to the surface, preferably in a compressed format. The control unit/analyzer preferably uses one or both of: an algorithm and a lookup table, to derive the condition of the mechanical shaft seal. For stable operation, a simple algorithm is useful. For transient operation, a look-up table can be more reliable since large variations in the measured values can be caused by several parameters. The look-up table is preferably based on results from commissioning and tests with temporary closure of the ordinary barrier fluid supply, only with barrier fluid supplied from the accumulators, and measurement over a period of time to establish a reference curve for a well-functioning mechanical shaft seal.
For målinger ved stabil drift, er minst en sensor som måler akkumulatortrykket eller -nivået eller -vekten tilstrekkelig siden trykket og temperaturen i barrierefluidet kan betraktes som konstant. Hvis en PVR finnes, antas at PVRens dumpventil er stengt. Systemet er vel avkjølt og temperaturstyrt av vanntemperaturen i omgivelsene under vann, og det forventes derfor små variasjoner i temperaturen til det tilførte og/eller lagrede barrierefluidet/gassen. En slik temperatur blir imidlertid overvåket, og kan brukes i styringsalgoritmen for å kompensere for eventuelle temperaturendringer. For measurements during stable operation, at least one sensor that measures the accumulator pressure or level or weight is sufficient since the pressure and temperature in the barrier fluid can be considered constant. If a PVR is present, the PVR dump valve is assumed to be closed. The system is well cooled and temperature-controlled by the water temperature in the surroundings underwater, and small variations in the temperature of the supplied and/or stored barrier fluid/gas are therefore expected. However, such a temperature is monitored, and can be used in the control algorithm to compensate for any temperature changes.
Oppfinnelsen frembringer også en fremgangsmåte for å utlede tilstanden til en mekanisk akslingstetning i et undervanns trykkforsterkningssystem ifølge oppfinnelsen. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved trinnene: å stenge barrierefluidtilførselen ved å stenge en barrierefluidtilførselslinjeventil eller pumpe, The invention also provides a method for deriving the condition of a mechanical shaft seal in an underwater pressure boosting system according to the invention. The method is characterized by the steps of: shutting off the barrier fluid supply by closing a barrier fluid supply line valve or pump;
å indirekte måle strømmen av barrierefluid som lekker inn i pumpekammeret når barrierefluidtilførselen er stengt ved å måle fallet i akkumulatorens trykk eller nivå eller vekttap, og to indirectly measure the flow of barrier fluid leaking into the pump chamber when the barrier fluid supply is shut off by measuring the drop in accumulator pressure or level or weight loss, and
å bruke én eller begge av: to use one or both of:
en algoritme og an algorithm and
en oppslagstabell a lookup table
til å utlede tilstanden til den mekaniske akslingstetningen. to deduce the condition of the mechanical shaft seal.
Trykkfallet over tid i akkumulatorene måles fortrinnsvis når barrierefluidtilførselen er stengt. Alternativt måles akkumulatorens væskenivå når tilførselen av barrierefluid er stengt. Et ytterligere alternativ er å måle vekttapet av akkumulatoren når tilførselen av barrierefluid er stengt. Trykkmåling kan i praksis utføres for barrierefluider av olje eller gass, nivå- eller vektmålinger kan i praksis hovedsakelig utføres for flytende barrierefluider. The pressure drop over time in the accumulators is preferably measured when the barrier fluid supply is closed. Alternatively, the accumulator's liquid level is measured when the supply of barrier fluid is closed. A further alternative is to measure the weight loss of the accumulator when the supply of barrier fluid is closed. Pressure measurement can in practice be carried out for barrier fluids of oil or gas, level or weight measurements can in practice mainly be carried out for liquid barrier fluids.
Målingene utføres fortrinnsvis over en tidsperiode når undervannspumpen er i stabil drift, siden målingene vil være mest pålitelige med få eksterne faktorer som trykket over akslingstetningen. Alternativt foretas målingene over en tidsperiode når undervannspumpen er i en nedstengingstilstand. The measurements are preferably carried out over a period of time when the submersible pump is in stable operation, since the measurements will be most reliable with few external factors such as the pressure above the shaft seal. Alternatively, the measurements are made over a period of time when the underwater pump is in a shutdown state.
Figurer Figures
Oppfinnelsen er illustrert med fem figurer, hvor: The invention is illustrated with five figures, where:
Figur 1 illustrerer et undervanns pumpesystem ifølge oppfinnelsen, med et barrierefluidsystem. Figur 2 illustrerer et system ifølge oppfinnelsen, med midler for å bestemme barrierefluid-forbruket, Figure 1 illustrates an underwater pump system according to the invention, with a barrier fluid system. Figure 2 illustrates a system according to the invention, with means for determining the barrier fluid consumption,
Figur 3 illustrerer måleresultater ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Figure 3 illustrates measurement results using the method according to the invention,
Figur 4 illustrerer detaljer ved en utførelsesform av oppfinnelsen, med ytterligere barriere-fluidakkumulator, og Figur 5 illustrerer flere detaljer og fremgangsmåtetrinn i en utførelsesform av oppfinnelsen. Figure 4 illustrates details of an embodiment of the invention, with a further barrier fluid accumulator, and Figure 5 illustrates several details and process steps in an embodiment of the invention.
Detaljert beskrivelse Detailed description
Det vises til figur 1, som illustrerer et undervanns pumpesystem ifølge oppfinnelsen, med et matesystem for barrierefluid og en PVR (pressure volume regulator; trykk-volumregulator), 16. En PVR er imidlertid ikke obligatorisk. Trykk og strømning i barrierefluidsystemet kan i stedet styres av en pumpe, slik som en undervanns barrierefluidpumpe nær undervannspumpen eller kompressoren, eller en tilførselspumpe for barrierefluid på overflaten, eller en stor undervanns fluidbank ved pumpen eller kompressoren. Reference is made to Figure 1, which illustrates an underwater pump system according to the invention, with a feed system for barrier fluid and a PVR (pressure volume regulator), 16. A PVR is not, however, mandatory. Pressure and flow in the barrier fluid system can instead be controlled by a pump, such as an underwater barrier fluid pump near the underwater pump or compressor, or a supply pump for barrier fluid on the surface, or a large underwater fluid bank at the pump or compressor.
Figur 1 viser nærmere bestemt et undervanns pumpesystem 1, omfattende en undervanns sentrifugalpumpe 2 i et trykkhus 3 inndelt i ent motorkammer 4 og et pumpekammer 5, der motoren 6 er montert i motorkammeret 4, pumpen 7 er montert i pumpekammeret 5, en aksling 8 forbinder motoren til pumpen slik at rotasjon i motoren overføres til pumpen. En vegg 9 skiller motor- og pumpekamrene, og akslingen er ført gjennom veggen gjennom en mekanisk akslingstetning 10. Et barrierefluidsystem 11 tilveiebringer en smørende/kjølende fluidstrøm gjennom utstyr i motorkammeret, men en liten lekkasjestrøm av barrierefluid strømmer gjennom den nevnte mekaniske akslingstetningen 10, og dermed fra motorkammeret 4 til pumpekammeret 5, og en tilførselslinje 12 for barrierefluid er forbundet med barrierefluidsystemet. Undervanns pumpesystemet 1 omfatter videre: en tilførselsventil 13 for barrierefluid eller andre midler for å stenge eller åpne barrierefluidtilførselen; minst én akkumulator 14 for barrierefluid montert mellom ventilen 13 og motorkammeret, en trykk/- temperatursensor 15 eller annen sensor for indirekte måling av strømmen av barrierefluid som lekker inn i pumpekammeret når barrierefluidet tilførselen er stengt, og en styreenhet for å drive ventilen og analysere måleresultatene. Barrierefluidsystemet er også utstyrt med filtre 17 for å fjerne partikler. En tilbakeslags ventil 18 er installert for å forhindre returstrøm inn i tilførselslinjen og en isolasjonsventil 19 for å stenge systemet under installasjon og opphenting. Mens ventilen 13 er fjernstyrt, drives isolasjonsventilen 19 av et fjernstyrt undervannsfartøy (ROV - remotely operated vehicle) i intervensjonsoperasjoner. Figure 1 shows more specifically an underwater pump system 1, comprising an underwater centrifugal pump 2 in a pressure housing 3 divided into one motor chamber 4 and a pump chamber 5, where the motor 6 is mounted in the motor chamber 4, the pump 7 is mounted in the pump chamber 5, a shaft 8 connects the motor to the pump so that rotation in the motor is transferred to the pump. A wall 9 separates the motor and pump chambers, and the shaft is passed through the wall through a mechanical shaft seal 10. A barrier fluid system 11 provides a lubricating/cooling fluid flow through equipment in the motor chamber, but a small leakage current of barrier fluid flows through the aforementioned mechanical shaft seal 10, and thus from the motor chamber 4 to the pump chamber 5, and a supply line 12 for barrier fluid is connected to the barrier fluid system. The underwater pump system 1 further comprises: a supply valve 13 for barrier fluid or other means to close or open the barrier fluid supply; at least one accumulator 14 for barrier fluid mounted between the valve 13 and the motor chamber, a pressure/temperature sensor 15 or other sensor for indirect measurement of the flow of barrier fluid that leaks into the pump chamber when the barrier fluid supply is closed, and a control unit for operating the valve and analyzing the measurement results . The barrier fluid system is also equipped with filters 17 to remove particles. A non-return valve 18 is installed to prevent backflow into the supply line and an isolation valve 19 to shut off the system during installation and retrieval. While the valve 13 is remotely controlled, the isolation valve 19 is operated by a remotely operated underwater vehicle (ROV - remotely operated vehicle) in intervention operations.
Når lekkasjen gjennom den mekaniske akslingstetningen 10 bestemmes, må barrierefluid-tilførselen være stengt, og en eventuell dumplinje til pumpekammeret eller kompressorkam-meret eller til sjøen være stengt. Følgelig må enhver lekkasje skje gjennom den mekaniske akslingstetningen, og barrierefluid tilføres bare fra akkumulatorene med fast volum og et referansevæskenivå eller nitrogen- eller annet gasstrykk over væskenivået. Ved å måle trykket eller væskenivået i akkumulatorene som funksjon av tid, eller vekttapet, er det mulig å utlede lekkasjen av barrierefluid gjennom den mekaniske akslingstetningen. Dette er illustrert i figur 2. Måling av akkumulerte effekter av lekkasje som funksjon av tid betyr måling med minutt-, time- eller dagintervaller, ikke sekunder. Antall og volum av akkumulatorer bør tilpasses den maksimalt forventede lekkasjestrømmen og sammentrekningen av barrierefluidet når det kjøles ned. When the leakage through the mechanical shaft seal 10 is determined, the barrier fluid supply must be closed, and any dump line to the pump chamber or the compressor chamber or to the sea must be closed. Consequently, any leakage must occur through the mechanical shaft seal, and barrier fluid is supplied only from the fixed volume accumulators and a reference liquid level or nitrogen or other gas pressure above the liquid level. By measuring the pressure or liquid level in the accumulators as a function of time, or the loss of weight, it is possible to derive the leakage of barrier fluid through the mechanical shaft seal. This is illustrated in Figure 2. Measuring the cumulative effects of leakage as a function of time means measuring at minute, hour or day intervals, not seconds. The number and volume of accumulators should be adapted to the maximum expected leakage current and the contraction of the barrier fluid when it cools down.
Det vises til figur 3, som illustrerer måleresultater ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Nærmere bestemt er akkumulatortrykk mot tid målt for forskjellige lekkasjerater. Trykket faller raskere med økende lekkasje. En referanselekkasjerate for en mekanisk akslingstetning beregnes eller etableres ved prøving. Hvis alle volumene, temperatur, trykk, fluidsammentrekningsrater og utstyrsenhetenes egenskaper er kjent, slik som ved stabil drift, kan det beregnes kurver eller akseptansenivåer, henholdsvis varsler og alarmer. Alternativt, eller hvis akseptansenivåene eller trykkene ikke kan beregnes nøyaktig, kan de nevnte nivåene eller trykkene etableres ved prøving med en akseptabel mekanisk akslingstetning ved drifts-betingelser som kan lagres i en oppslagstabell sammen med de respektive nivåene eller trykkene for varsel og alarm. Reference is made to Figure 3, which illustrates measurement results using the method according to the invention. More specifically, accumulator pressure versus time is measured for different leakage rates. The pressure drops faster with increasing leakage. A reference leakage rate for a mechanical shaft seal is calculated or established by testing. If all the volumes, temperature, pressure, fluid contraction rates and the properties of the equipment units are known, such as in stable operation, curves or acceptance levels, respectively warnings and alarms, can be calculated. Alternatively, or if the acceptance levels or pressures cannot be accurately calculated, the said levels or pressures can be established by testing with an acceptable mechanical shaft seal at operating conditions which can be stored in a look-up table together with the respective warning and alarm levels or pressures.
Fyllingsraten gjennom en typisk små-lednings (1/2") linje i navlestrengen kan være liten. I figur 4 er det derfor installert en ytterligere bank av akkumulatorer 20 oppstrøms fra den fjernstyrte ventilen 13. Dette vil øke fyllingsraten til hovedakkumulatorene når ventilen 13 er åpen. The fill rate through a typical small-lead (1/2") line in the umbilical can be small. In Figure 4, therefore, an additional bank of accumulators 20 is installed upstream from the remote valve 13. This will increase the fill rate of the main accumulators when the valve 13 is open.
Pålitelighet er vitalt i undervannssystemer. Hyppig åpning og stenging av den fjernstyrte ventilen 13 kan derfor representere en mulig feilmodus. For å motvirke dette, kan en parallell ventil installeres på samme lokasjon som ventil 13. Av samme grunn anbefales også å utføre denne tilstandsovervåkingen av tilstanden til akslingstetningen med lange (spaced-out) mellomrom, for eksempel en gang i uken. Reliability is vital in subsea systems. Frequent opening and closing of the remote-controlled valve 13 can therefore represent a possible failure mode. To counteract this, a parallel valve can be installed in the same location as valve 13. For the same reason, it is also recommended to carry out this condition monitoring of the condition of the shaft seal at long (spaced-out) intervals, for example once a week.
En ytterligere variant av dette arrangementet for "oppnå økt pålitelighet kan være å installere en trykkregulerende avlastningsventil, 21 figur 5, parallelt med eller som erstatning for ventil 13. En slik trykkavlastningsventil bør ha en relativt høy og kjent åpne/stenge-hysterese. Så snart trykkdifferansen mellom akkumulatorene 14 og 20 har falt under et gitt innstillingspunkt DPi, vil ventilen åpnes. Så snart trykkdifferansen mellom akkumulatorene 14 og 20 er redu-sert til en lav verdi DP2, vil den stenges igjen. Egenskapene til en slik ventil er vist i figur 5. A further variation of this arrangement to "achieve increased reliability" could be to install a pressure regulating relief valve, 21 Figure 5, in parallel with or as a substitute for valve 13. Such a pressure relief valve should have a relatively high and known open/close hysteresis. As soon as the pressure difference between the accumulators 14 and 20 has fallen below a given set point DPi, the valve will open. As soon as the pressure difference between the accumulators 14 and 20 has been reduced to a low value DP2, it will be closed again. The properties of such a valve are shown in figure 5.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140453A NO337180B1 (en) | 2014-04-07 | 2014-04-07 | Monitoring of underwater pump or compressor shaft seal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140453A NO337180B1 (en) | 2014-04-07 | 2014-04-07 | Monitoring of underwater pump or compressor shaft seal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20140453A1 true NO20140453A1 (en) | 2015-10-08 |
| NO337180B1 NO337180B1 (en) | 2016-02-01 |
Family
ID=54399280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20140453A NO337180B1 (en) | 2014-04-07 | 2014-04-07 | Monitoring of underwater pump or compressor shaft seal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO337180B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021007392A1 (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-14 | Saudi Arabian Oil Company | Monitoring the performance of protective fluids in downhole tools |
| US11359458B2 (en) | 2020-06-23 | 2022-06-14 | Saudi Arabian Oil Company | Monitoring oil health in subsurface safety valves |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU3824995A (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-26 | Donald P. Arbuckle | Dual seal barrier fluid leakage control apparatus |
| US6059539A (en) * | 1995-12-05 | 2000-05-09 | Westinghouse Government Services Company Llc | Sub-sea pumping system and associated method including pressure compensating arrangement for cooling and lubricating |
| NO325803B1 (en) * | 2006-10-13 | 2008-07-21 | Framo Eng As | Sealing system device |
| NO332761B1 (en) * | 2007-09-07 | 2013-01-07 | Framo Eng As | Underwater valve system and its method of protection |
| WO2009137324A2 (en) * | 2008-05-06 | 2009-11-12 | Fmc Technologies, Inc. | Motor with high pressure rated can |
| US20130136634A1 (en) * | 2010-06-22 | 2013-05-30 | Vetco Gray Scandinavia As | Motor and pump barrier fluids pressure regulation system in a subsea motor and pump module |
-
2014
- 2014-04-07 NO NO20140453A patent/NO337180B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021007392A1 (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-14 | Saudi Arabian Oil Company | Monitoring the performance of protective fluids in downhole tools |
| US11035841B2 (en) | 2019-07-09 | 2021-06-15 | Saudi Arabian Oil Company | Monitoring the performance of protective fluids in downhole tools |
| US11359458B2 (en) | 2020-06-23 | 2022-06-14 | Saudi Arabian Oil Company | Monitoring oil health in subsurface safety valves |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO337180B1 (en) | 2016-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2007313541B2 (en) | Performance monitor for subsea equipment | |
| US6422822B1 (en) | Pressurized seal for submersible pumps | |
| US10422332B2 (en) | Intelligent pump monitoring and control system | |
| NO326874B1 (en) | System and method for monitoring subsea accumulator banks | |
| CN103389191B (en) | By the device of the transmission case sealing of suction monitoring rotocraft | |
| US20120148382A1 (en) | Method and apparatus for the model-based monitoring of a turbomachine | |
| JPH03155350A (en) | Turbine generator system | |
| US11953034B2 (en) | Method and system for monitoring health of a hydraulic fluid subsystem | |
| NO20140453A1 (en) | Monitoring of underwater pump or compressor shaft seal | |
| NO20141416A1 (en) | Method and system for regulating fluid | |
| JP2019178625A (en) | Abnormality diagnosis system of pump equipment and abnormality diagnosis method of pump equipment | |
| US11053944B2 (en) | Subsea barrier fluid system | |
| US20220056901A1 (en) | Fault detection and prediction | |
| US11846293B2 (en) | Method for operating a pump | |
| US11069156B2 (en) | System and method for estimating remaining useful life of pressure compensator | |
| US20200225132A1 (en) | Real-time consumable parts monitoring system | |
| JP2778899B2 (en) | Shaft sealing device | |
| WO2016048163A1 (en) | High pressure barrier fluid system for subsea pumps and compressors | |
| US20240133374A1 (en) | Packing case with degradation monitoring | |
| JP5808126B2 (en) | Underwater equipment operation system | |
| Drumea et al. | Methods of diagnosing malfunctions in hydraulic actuations | |
| US20140047827A1 (en) | Aeration in liquid reservoirs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |