NO327557B1 - Beskyttelsessystem for pumper - Google Patents

Abstract

Denne oppfinnelsen angår et pumpesystem, særlig for øking av strømraten til et fluid gjennom et rør (1,2,6). Oppfinnelsen omfatter en pumpe plassert i et pumpekammer (10) for pumping ved en valgt rate, og en motor som driver nevnte pumpe. Motoren er plassert i et kammer (9) forsynt med et trykksatt fluid, der trykket er høyere enn trykket i pumpekammeret. Motoren og pumpekammeret er adskilt av en tetning (8), hvilken tetning tillater en lekkasje av nevnte trykksatte fluid mellom dem. Det trykksatte fluidet er akseptabelt for pumpeomgivelsene og systemet omfatter en utløpsdel (3) koblet til røret (6) og plassert nedstrøms fra nevnte pumpe, der utløpsgrenen har et utløp mot omgivelsene.

Description

BESKYTTELSES-SYSTEM FOR UNDERSJØISKE INJEKSJONSPUMPER FOR SJØVANN.

Generell beskrivelse

Pumper vil typisk måtte opereres over en minimumsstrømrate for å unngå å gi ustabil oppførsel, overoppheting og påfølgende pumpesammenbrudd. For å oppnå denne pumpebeskyttelsen når strømratekravet er lavt inkluderes et arrangement for minimumsstrømrate. Et slikt arrangement vil typisk inkludere en tilbakeføring av strøm fra utløpet til innløpet gjennom en reguleringsinnretning. Slike sideløp kan være aktive kontinuerlig eller kan aktiveres av en ventil som aktiveres ved lav strøm og høyt trykk ved utløpet. En sentrifugalpumpe tilpasset for injeksjon av undersjøisk ubehandlet sjøvann kan ha en minimums strømarrangement av samme type som vanligvis brukes på land.

Et undersjøisk pumpesystem er konstruert for å flytte fluider, dvs væske og/eller gass, fra et sted til et annet. Dette kan oppnås ved å bruke en pumpe. Felles for alle prosesser som involverer flytting av fluider er at prosessen krever energi. Denne energien blir typisk tilført ved bruk av en type motor og matet til pumpen langs en aksel, for eksempel i sentrifugalpumper og rotodynamiske pumper beskrevet i GB1218023, US3468259 and US6447245. En slik løsning krever derfor en type tetningssystem for akselen. Formålet med dette tetningssystemet for akselen er å unngå blanding av fluidene inne i motoren og i pumpen. Siden inntrengning av sjøvann kan forårsake degradering eller ødeleggelse av de interne delene i motoren, særlig i tilfeller der motoren er elektrisk, påtrykkes et overtrykk i motoren. Det høyere trykket vil skape en lekkasje over akselens tetning fra motoren til pumpen, og unngår inntrengning av fluider fra pumpen til motoren. Derfor vil det lekkende motorfluidet blandes med sjøvannet som strømmer gjennom pumpen. Denne typen systemer er beskrevet i patentsøknadene WO03/071139, WO2005/003512, WO2007/043889 og WO2007/055589.

Pumper har et begrenset område med hensyn til strøm og overtrykk, dvs en viss minimumsmengde med væske må flyte gjennom pumpen til enhver tid for å unngå overoppheting og sterke vibrasjoner. For å holde seg innenfor operasjonsområdet innen enhver operasjonsmodus er det nødvendig med et pumpebeskyttelsesystem som sikrer en viss minimumstrøm gjennom pumpen. Et typisk arrangement for en slik minimumstrøm er vist i figur 1.

Dessuten vil strømmen gjennom pumpen bli forurenset av lekkasjefluidet fra motoren over akseltetningsystemet. Dette kan gi et problem på grunn av restriksjoner for lekkasjer ut i omgivelsene og kan derfor kreve rensing av de pumpede fluidene eller reduksjon av lekkasjene. Det er derfor et formål med denne oppfinnelsen å forenkle pumpebeskyttelsen som behøves i undersjøiske pumpesystemer, og dessuten redusere forurensningene i det pumpede fluidet.

Den foreliggende oppfinnelsen oppnår disse formålene ved å tilveiebringe en enklere pumpebeskyttelsesystem sammenlignet med tradisjonelle resirkuleringsystemer konstruert for å presse sjøvann ned i injeksjonsbrønner eller andre formål. Dette oppnås ved å bruke et pumpesystem som beskrevet over og spesifisert i det selvstendige kravet.

Oppfinnelsen er dermed basert på konseptet å bruke et miljøvennlig fluid i motoren. Miljøvennlige fluider er definert som fluider som er tillatt av eksisterende reguleringer, for eksempel ved ikke å være giftige i det miljøet det blir introdusert. Ved å bruke et fluid i motoren som er akseptabel i pumpeomgivelsene kan fluidet dumpes i omgivelsene uten å lage noen trussel. Oppfinnelsen tilveiebringer også et system der pumpen brukes innen det optimale området for strømratene siden det pumpede fluidet i tillegg de trykksatte fluidene som lekker fra motoren kan sirkuleres tilbake inn i omgivelsene uten å forurense miljøet. Dermed oppnås forbedret beskyttelse for pumpen.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningene, som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempel. Figur 1 illustrerer et typisk arrangement for minimum strømrate ifølge den kjente teknikk.

Figur 2 illustrerer systemet ifølge oppfinnelsen.

Eksisterende undersjøiske pumpesystemer bruker konvensjonelle elektriske motorer med viklinger som har koblinger som ikke er fullt isolerte mot omgivelsene, fylt med dielektrisk olje der oljen fungerer som en tilleggsisolator. Ifølge miljøforskrifter og reguleringer er utslipp av slik dielektrisk olje ikke tillatt. For systemer som bruker denne typen fluider må en lukket mimimumstrøm-sløyfe brukes for pumpebeskyttelse som indikert i figur 1 koblet mellom utløpet 6 og innløpet 1 på en pumpe 10.

I en lukket sløyfe der det samme vannet blir resirkulert vil energien som tilføres fra pumpen inn i fluidet få fluidet, og dermed pumpen 10, til å overoppheting og til slutt å gi sammenbrudd. Løsningen med lukket sløyfe krever derfor en innsnevring/strupeventil-innretning 15, rør 13 og ventiler 14 som sammen utgjør et minimumstrøm-arrangement for å danne den lukkede sløyfen, og en kjøler 16 for å unngå overoppheting av det resirkulerte fluidet i den lukkede sløyfen.

Den foreliggende oppfinnelsen som er forklart i det følgende vil vesentlig redusere størrelsen og antallet nødvendige komponenter, og til slutt føre til lavere kostnader, vekt og kompleksitet i et undersjøisk pumpesystem.

Med henvisning til figur 2 genererer pumpeenheten 8,9,10,11 en strøm fra pumpeinnløpet 1 til utløpsrøret/linjen 2,6. Det mottakende reservoaret har en strøm/overtrykk-karakteristikk. Hvis motstanden i det mottakende reservoaret er utenfor pumpens operasjonsområde kan ikke nødvendig strøm gjennom utløpsrøret 6 etableres. Systemet må derfor sikre kontinuerlig operasjon for å etablere en strøm gjennom en utløpsdel 3 plassert nedstrøms for nevnte pumpe og separert fra pumpen med en fluidleder 2. Ifølge den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen blir utløpslinjen styrt ved åpning av en ventil 4 som gjør at utløpsstrømmen rutes direkte ut i sjøen gjennom en strupeanordning 5. Strupeanorningen 5 kan være del av selve ventilen 4 eller være en separat anordning nedstrøms eller oppstrøms fra en ventil uten strupeanordning. Strupeanordningen 5 er konstruert slik at når ventilen 4 er åpen er pumpen sikret tilstrekkelig strøm uansett motstanden i det mottakende reservoaret (stengt ventil eller andre grunner til høy motstand i utløpsrøret 6.

Systemet inkorporerer et måle- eller kontrollsystem som i en i og for seg kjent måte overvåker forholdene i utløpsrøret og muligens andre forhold i det, og kontrollerer både pumpehastighet og ventiler for å kunne holde pumpen i det optimale operasjonsområdet. Dette kan også utføres ved automatisk åpning av ventiler ved en valgt motormotstand eller andre metoder for pumpebeskyttelse.

Ruting av pumpeutløpsfluid direkte i sjøen som beskrevet her er bare mulig, dvs tillatt, hvis fluidet er miljøvennlig. Dette sikres av arrangementet beskrevet nedenfor.

Ifølge den foretrukne utførlsen av oppfinnelsen inkluderer pumpeenheten et motorkammer 9, fortrinnsvis inneholdende en elektrisk motor, som er adskilt fra pumpekammeret/ne 10 ved bruk av et tetningsystem 8 gjennom hvilket akselen 11 eller kraftoverføringen ledes. Motorkammeret 9 er adskilt fra pumpekammeret 10 som inneholder pumpen, for eksempel en sentrifugalpumpe, ved bruk av flere og bruker et eller flere tilleggskammeret. Motorkammeret 9 mates fra et trykksatt, miljøvennlig tetningsfluid, dvs et fluid som er akseptabelt for det pumpede mediet og for omgivelsene, gjennom en linje 7 fra en forsyning enten plassert under vann eller over. Motorfluidforsyningen er typiske laget av en blanding av vann og glykol (eller andre ingredienser som sikrer tilstrekkelig motstandsdyktighet mot korrosjon) og skal sikre et høyere trykk i motorkammeret 9 enn i pumpen 10 for å unngå inntrengning av sjøvann i motoren. Forseglingssystemet 8 er laget for å unngå overføring av fluider mellom kamrene men ikke helt tette kamrene. Det høyere trykket i motoren vil derfor gi en lekkasje mellom kamrene 8. Lekkasjen av motorfluid vil blandes med sjøvannet som kommer fra pumpeinnløpet 1.

På denne måten er det mulig å sikre en minimumsstrøm gjennom en injeksjonspumpe for rått sjøvann ved sirkulasjon, der i det minste en del av den totale strømmen går tilbake til sjøen gjennom en fjernstyrt ventil. Strøm tilbake til sjøen oppnås gjennom en utløpsgren fortrinnsvis omfattende en ventil, for eksempel en strupeventil, som kan kontrolleres fra toppsiden, og involvere lokale trykksensorer og lignende for å kontrollere strømmen. Ventilen kan være kombinert med en fast innsnevring for å gi forbedret kontroll over strømmen. Som nevnt kan sirkulasjonen til sjøen gjøres på en miljøvennlig måte på grunn av bruken av miljøvennlige fluider som barriere-fluid og kjølefluid i motoren. For å unngå elektrisk ledning gjennom det trykksatte fluidet i motoren må den elektriske motoren ha fullisolerte viklinger, og dermed gjøre det mulig å akseptere vannbaserte miljøvennlige fluider som kjølefluid.

Den foreliggende oppfinnelsen er hovedsakelig siktet mot hensikten å injisere sjøvann inn i en brønn ved bruk av rotodynamiske eller positiv deplacement-pumper drevet av en elektrisk motor, men andre anvendelser, for eksempel involverende en hydraulisk motor, kan også tenkes. Innsnevringen og ventilen kan velges blant alle tilgjengelige typer som er egnet for den spesifikke anvendelsen. Som det fremgår av diskusjonene over er det viktig at det pumpede fluidet er akseptabelt for miljøet siden det sendes ut i omgivelsene når trykket i utløpsrøret er for høyt.

Claims (10)

1. Pumpesystem, særlig for øking av strømraten til et fluid gjennom et rør (1,2,6), omfattende en pumpe plassert i et pumpekammer (10) for pumping ved en valgt rate, og en motor som driver nevnte pumpe, der motoren er plassert i et kammer (9) forsynt med et trykksatt fluid, der trykket er høyere enn trykket i pumpekammeret (10), der motor- og pumpekammeret er adskilt av et tetning (8), hvilken tetning tillater en lekkasje av nevnte trykksatte fluid mellom dem, karakterisert ved det trykksatte fluidet er akseptabelt for pumpeomgivelsene og systemet omfatter en utløpsdel (3) koblet til røret og plassert nedstrøms fra nevnte pumpe, der utløpsgrenrøret har et utløp mot omgivelsene.

2. Pumpesystem ifølge krav 1, der nevnte motor er en elektrisk motor og nevnte trykksatte fluid er vannbasert.

3. Pumpesystem ifølge krav 1, der det trykksatte fluidet i motoren er et kjølefluid for nedkjøling av motoren.

4. Pumpesystem ifølge krav 1, der det trykksatte fluidet er et vannbasert barrierefluid.

5. Pumpesystem ifølge krav 1, der nevnte utløpsgrenrør (3) omfatter en ventil (4) for regulering av strømmen gjennom den.

6. Pumpesystem ifølge krav 5, der ventilen (4) er en strupeventil.

7. Pumpesystem ifølge krav 5, der nevnte utløpsgrenrør (3) omfatter en innsnevring (5) for begrensning av begrensning av strømraten til en valgt rate.

8. Pumpesystem ifølge krav 1, der nevnte trykksatte fluid er en blanding av vann og glykol.

9. Pumpesystem ifølge krav 1, der motoren er en elektrisk motor omfattende isolerte viklinger og det trykksatte fluidet er elektriske ledende.

10. Pumpesystem ifølge krav 1, omfattende et kontrollsystem for styring av strømmen gjennom utløpslinjen for å holde pumperaten ved en valgt minimumsrate.