NO333218B1 - Manifold for bruk i et stromningssystem - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen omhandler en manifold for bruk i et strømningssystem, omfattende en langsgående hovedrørseksjon (1) med et innløp (13) koplbart til et tilførselsrør (9) og minst to utløp (14) anordnet på en rekke langs hovedrørseksjonen (1), hvor en senterakse (15) til hovedrørseksjonen (1) ved normal bruk strekker seg i en hovedsakelig horisontal retning. Utløpene (14) er anordnet i en nedre halvdel av hovedrørseksjonen (1) og tilkoplet til utløpsrørseksjoner (22) anordnet med en senterakse (21) som strekker seg med en nedadgående vinkel fra hovedrørseksjonen (1). Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte forfordeling av en blandingsstrøm til et flertall rør, samt en fremgangsmåte for kjøling av et flerfasefluid.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en anordning og fremgangsmåter for fordeling av en flerfasestrøm til et flertall strømmer med hovedsakelig samme blanding av faser.

Når olje og gass produseres fra undervannsbrønner (eng. subsea wells), er det produserte fluidet ofte en flerfaseblanding. Det kan også være et behov for å behandle denne flerfase blandingsstrømmen, for eksempel ved å kjøle den før den blir separert i forskjellige substanser (eng. substances) som gass, olje, vann, sand eller andre fluider som følger med flerfasestrømmen. Når en eksempelvis skal kjøle en strømning, er det fordelaktig å ha mindre mengder som skal kjøles for å sikre nødvendig kjøling, og da vil det være fordelaktig å splitte flerfasestrømmen i et flertall hovedsakelig like mindre strømmer.

Det er utfordrende å oppnå en riktig (eng. proper) fordeling av slike flerfasestrømmer. Strømsammensetningen kan være forskjellig mellom utløpene i ett splittepunkt (eng. splitting point) og i det ytterste (eng. extreme) kan ett utløp inneholde kun gass eller væske. For undervannssystemer kan det pga et antall grunner være nødvendig å ha kontroll på splittingen mellom parallelle strømningslinjer (eng. flow lines), prosessystemer eller prosessutstyr; 1) for lik mating (eng. loading); 2) for å sikre at det er tilstrekkelig inhibert væske.

Det har vært spesielt utfordrende å finne en løsning for systemer med lav væskevolumstrøm sammenlignet med gassvolumstrøm. Utfordringen gjelder generelt å oppnå lik fordeling av væske og gass. Denne applikasjonen er viktig dersom MEG er tilstede i et gass-kondensatsystem og det trenger å bli likt fordelt i flere rør for å forhindre hydratdannelse. Det kan også være viktig dersom lik mating av strømningsrater i to eller flere linjer er påkrevd.

Det er noen kjente løsninger for å tilveiebringe splitting av en flerfasestrøm i flere strømningsbaner. US-patentnr. 4293025 beskriver en strømningssplitter som benytter en tank med et innløp og to utløp, hvor utløpene er konfigurert som vertikale standrør (eng. standpipes) som forløper delvis inn i tanken. Fluidene kommer inn i tanken fra toppen og forhindres fra å komme direkte inn i standrørene av ledeplater (eng. baffles). Væsker ansamles i bunnen av tanken. Standrørene er i dette systemet perforert slik at væske kommer inn i standrørene gjennom perforeringene mens damp kommer inn i standrørene fra toppen. Denne anordningen er benyttet for fordeling av en væske-damp-blanding i en varmeveksler. I US-patentnr. 7261120 er det vist et lignende arrangement, men her er standrøret anordnet i toppenden av tanken og forløper nedover inn i tanken, mens innløpet er anordnet ved bunnen. Standrørene i dette systemet er også perforert. US-patentnr. 4662391 beskriver en strømningssplitter for væske-damp-blandinger som i bunn og grunn er formet som en fireveis-rørledningshub (eng. four-way piping hub). Huben har et innløp, og en bunndrenering direkte motsatt av innløpet, og to utløp perpendikulært til innløpet. Fluid vil ansamles i det sentrale kammeret til huben. Når væske akkumulerer til punktet hvor det når enden av sideutløpene, vil væsken fordeles likt mellom de to utløpene for så å bli medrevet (eng. re-entrained) med en hovedsakelig lik del (eng. portion) av dampen som passerer gjennom hvert utløp. Dreneringen benyttes for å regulere væskehøyden i det sentrale kammeret.

Ingen av disse løsningene gir en tilfredsstillende løsning for splitting av en flerfasestrømning, spesielt ikke dersom systemet benyttes subsea. Et mål med den foreliggende oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en alternativ anordning og fremgangsmåte for å oppnå en splitting av en flerfasestrøm i flere mindre strømmer som har hovedsakelig likt innhold av de forskjellige fluidene i strømmen.

Dette oppnås med en manifold og fremgangsmåter som definert i de vedlagte kravene, hvor ytterligere detaljer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene og den etterfølgende beskrivelsen.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en manifold til bruk i et strømningssystem. En manifold er normalt definert som å være et rør eller kammer som forgrenes i et flertall åpninger. Manifolden er koplbar til et tilførselsrør. Ifølge oppfinnelsen er manifolden dannet med en nedre del som har en indre overflate formet som en halvsylinder med en langsgående akse orientert hovedsakelig i horisontal retning under normal bruk. Den indre overflaten kan også være formet med en helsylindrisk overflate. I denne indre overflaten er det anordnet i det minste to utløp i en rekke hovedsakelig i en retning parallelt med den langsgående aksen. Disse utløpene er tilkoplet til utløpsrørseksjoner anordnet med en senterakse til disse rørseksjonene som strekker seg med en nedadgående vinkel fra den nedre delen av manifolden.

Ifølge et aspekt kan manifolden være dannet med en langsgående hovedrørseksjon, hvor røret har et hovedsakelig sirkulært tverrsnitt. Innløpet til manifolden kan være anordnet ved en ende av denne hovedrørseksjonen. Senteraksen til hovedrørseksjonen vil da utgjøre den langsgående aksen til manifolden, og vil under normal bruk strekke seg i hovedsakelig horisontal retning. Utløpene vil da være anordnet i en nedre del av hovedrørseksjonen og være tilkoplet utløpsrørene anordnet med en senterakse som strekker seg med en nedadgående vinkel fra hovedrørseksjonen.

Ifølge et aspekt kan utløpene være anordnet, når sett i et tverrsnitt av den nedre delen av manifolden eller hovedrørseksjonen, med en hovedakse til rørseksjonene tilkoplet til utløpene som danner en vinkel mellom 35-50 grader i forhold til en vertikal akse.

Ifølge et annet aspekt kan utløpene være anordnet i en posisjon og tilkoplet til utløpsrørseksjonene slik at en hovedakse til utløpsrørseksjonene, ved utløpet, danner en vinkel på 45 grader med en vertikal akse.

Ifølge et ytterligere aspekt kan utløpsrørene være slik tilkoplet til hovedrøret at en senterakse til utløpsrørene, ved utløpet, krysser den langsgående aksen av den nedre delen av manifolden eller hovedrørseksjonen.

Ifølge et ytterligere aspekt kan det til den nedre delen av manifolden eller hovedrørseksjonen være anordnet to rader med utløp i den nedre delen eller den nedre halvdelen av hovedrørseksjonen. I en utførelse er utløpene i en rad anordnet i det samme tverrgående planet som et utløp i den andre raden, i en annen utførelse er utløpene i en rad anordnet i et tverrgående plan imellom tverrgående plan av naboutløp (eng. neighboring outlets) i den andre raden.

Ifølge et annet aspekt er det ene innløpet anordnet ved en ende av hovedrørseksjonen. Det første utløpet er da anordnet i en avstand fra innløpet. I en annen utførelse er det to innløp, ett i hver ende av den langsgående aksen til manifolden.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte for fordeling av en blandingsstrøm til et flertall rør, omfattende å lede strømblandingen inn i et horisontalt rør hvor en væskefase av strømblandingen vil posisjonere seg i en nedre del av røret og en gassfase i resten av tverrsnittet av røret, deretter å ta en blanding ut av røret i utløpsrørseksjonene anordnet 30-50 grader i forhold til en vertikal akse, i den nedre delen av røret. I en utførelse blir en blanding tatt ut inn i utløpsrørene anordnet ved 45 grader til en vertikal akse.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte for kjøling av et flerfasefluid, omfattende å lede flerfasefluidet inn i en manifold ifølge oppfinnelsen som beskrevet ovenfor, for derved å splitte strømmen i et flertall flerfasestrømfraksjoner, deretter kjøling av hver av strømfraksjonene separat for deretter å samle strømfraksj onene i en felles flerfasestrøm.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart med ikke-begrensende utførelser med referanse til de vedlagte tegningene hvor; Fig. 1 viser en prinsippskisse av manifolden for splitting av strømmer ifølge oppfinnelsen,

Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom manifolden,

Fig. 3 viser en prinsippskisse av bruken av en manifold ifølge oppfinnelsen,

Fig. 4A, B og C viser tverrsnitt gjennom en manifold i forskjellige utførelser.,

Fig. 5A og B viser en prinsippskisse av en hovedrørseksjon sett i en vertikal retning fra undersiden.

På fig. 1 er det vist en prinsippskisse av deler av en manifold ifølge oppfinnelsen. Manifolden, som er en anordning for å splitte en strøm i flere strømmer, omfatter en hovedrørseksjon 1 med en senterakse 15 som har et innløp 13 i en ende av hovedrørseksjonen 1. En fluidblanding 10 innføres gjennom dette innløpet 13. Langsmed hovedrørseksjonen 1 er det anordnet flere utløp 14. Disse utløpene 14 er anordnet i en rad langsmed hovedrørseksjonen 1 og i en nedre halvdel av røret, under normal brukskonfigurasjon, og de er tilkoplet til utløpsrør 2. Utløpsrørene 2 har, i det minste i en seksjon 22 av utløpsrørene 2, hvilken seksjon 22 er tilkoplet til utløpene 14, en orientering som er rettet nedad. En senterakse 21 til utløpsrørseksjonen 22 danner en spiss vinkel 9 med en vertikal akse 3 med den åpne enden av vinkelen rettet nedad, som kan best ses i fig. 2. En senterakse 21 av utløpsrørseksjonen 22 kan også fortrinnsvis krysse en senterakse til hovedrørseksjonen 1.

Som vist i fig. 2 vil fluidblandingen 10 som er innført i hovedrørseksjonen 1 raskt fordele seg i en væske-del 12 med hovedsakelig væske i den nedre delen av hovedrørseksjonen 1, og en del med mer gass 11 i den relative øvre delen av hovedrørseksjonen 1. Posisjoneringen av utløpet 14 med en utløpsrørseksjon 22 rettet nedad med en spiss vinkel 0 på mellom 35 og 50, og fortrinnsvis 45 grader, gir en fordelaktig og lik (eng. similar) fraksjonsblanding 20 av delen med gass 11 og væske-delen 12 i hovedrørseksjonen i hver av utløpsrørseksjonene 22.

På fig. 3 er det vist en mulig bruk av manifolden ifølge oppfinnelsen. Et tilførselsrør 9 er tilkoplet hovedrørseksjonen 1, hvortil det er koplet flere utløpsrør 2. Utløpsrørseksjonen 22 kan utgjøre kun en mindre del av den totale lengden av utløpsrøret 2. Hvert utløpsrør 2 er videre tilkoplet til hver sin kjøleenhet 4 som kjøler ned fraksjonsblandingen 20. Etter kjøleenhetene leder en rørseksjon 5 inn i et innsamlingsrør 6 (eng. collecting pipe) som samler alle de avkjølte fraksjonsblandingene 20 til en hovedblanding 10 igjen og leder den gjennom et felles rør 7 til en enhet 8, for eksempel en separator 8. Antallet av, og konfigurasjonen til hver kjøleenhet 4, samt mengde inhibitorer som skal injiseres i systemet er relativt enklere å beregne enn effekten av kjøling av en mindre fraksjon, sammenlignet med en hovedstrøm.

På fig. 4A og 4B er det vist et tverrsnitt hvor utløpene 14 til hovedrøret 1 tilkoplet til utløpsrørseksjonene 22 med en senterakse 21, er vist dannende forskjellige vinkler 9, mellom 35 og 50 grader med en vertikal akse. Det er også vist at senteraksen 21 ikke må krysse en senterakse til hovedrøret 1. På fig. 4C er det vist en ytterligere utførelse hvor det i denne utførelsen er anordnet to rader med utløp 14 i den nedre delen av hovedrøret 1. Begge utløpene 14 danner den samme vinkelen 9 med en vertikal akse 3. Som vist på fig. 5A og 5B, hvor det er vist en prinsippskisse av hovedrøret 1 sett fra undersiden opp langs en vertikal akse, kan de to radene med utløp 14 være dannet i parallell eller de kan være forskjøvet langs hovedaksen 1. Utløpene 14 til begge radene kan være dannet i par anordnet i et felles plan tverrgående til senteraksen til hovedrøret, eller så kan de være dannet slik at et utløp til en rad er anordnet i et annet tverrgående plan til senteraksen sammenlignet med et utløp i den andre raden av utløp. På denne figuren kan en også se at utløpene 14 er dannet i en avstand fra innløpet 13 tilkoplet tilførselsrøret 9.

Oppfinnelsen har nå blitt beskrevet med referanse til ikke-begrensende utførelser vist i figurene. En fagmann vil forstå at det kan gjøres modifikasjoner og variasjoner til disse utførelsene som er innenfor rammen av oppfinnelsen slik den fremgår av de vedføyde kravene.

Claims (9)

1. Manifold for bruk i et strømningssystem, omfattende en langsgående hovedrørseksjon (1) med et innløp (13) koplbart til et tilførselsrør (9) og minst to utløp (14) anordnet på en rekke langs hovedrørseksjonen (1), hvor en senterakse (15) til hovedrørseksjonen (1) ved normal bruk strekker seg i en hovedsakelig horisontal retningkarakterisert vedat utløpene (14) er anordnet i en nedre halvdel av hovedrørseksjonen (1) og tilkoplet til utløpsrørseksjoner (22) anordnet med en senterakse (21) som strekker seg med en nedadgående vinkel fra hovedrørseksjonen (1), og hvori utløpene (14) er anordnet, når sett i et tverrsnitt av hovedrørseksjonen (1), hvor senteraksen (21) av rørseksjonene (22) tilkoplet til utløpene (14) danner en vinkel 9 mellom 35-50 grader i forhold til en vertikal akse (3).

2. Manifold ifølge krav 1, karakterisert vedat utløpene (14) er anordnet i en posisjon og tilkoplet til utløpsrørseksjonene (22) slik at en senterakse (21) til utløpsrørseksjonene (22) danner en vinkel 9 på 45 grader med en vertikal akse (3) ved utløpet (14).

3. Manifold ifølge et av de foregående kravene, karakterisert vedat utløpsrørseksjonene (22) er slik tilkoplet til hovedrørseksjonen (1) at en senterakse (21) til utløpsrørseksjonene (22) krysser en senterakse (15) til hovedrørseksjonen (1).

4. Manifold ifølge et av de foregående kravene, karakterisert vedat det til hovedrørseksjonen (1) er anordnet to rader med utløp (14) i den nedre halvdelen av hovedrørseksjonen (1).

5. Manifold ifølge et av de foregående kravene, karakterisert vedat et utløp (14) i en rad er anordnet i det samme tverrgående planet som et utløp (14) i den andre raden.

6. Manifold ifølge krav 1, karakterisert vedat et innløp (13) er anordnet ved en ende av hovedrørseksjonen (1).

7. Fremgangsmåte for fordeling av en blandingsstrøm til et flertall rør, omfattende å lede strømblandingen (10) inn i et horisontalt rør (1) hvor en væskefase (12) av strømblandingen vil posisjonere seg i en nedre del av røret (1) og en gassfase (11) i resten av tverrsnittet av røret (1), deretter å ta en blanding ut av røret i utløpsrørseksjonene (22) anordnet 30-50 grader i forhold til en vertikal akse (3), i den nedre delen av røret (1).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvori en blanding blir tatt ut inn i utløpsrørene (22) anordnet ved 45 grader til en vertikal akse (3).

9. Fremgangsmåte for kjøling av et flerfase fluid, omfattende å lede flerfasefluidet (10) inn i en manifold ifølge et av kravene 1 til 6 derved å splitte strømmen (10) i et flertall flerfasestrømfraksjoner (20), deretter kjøling av hver av strømfraksj onene (20) separat for deretter å samle strømfraksj onene i en felles flerfasestrøm.