NO335202B1

NO335202B1 - device which serves to split a multiphase fluid stream into two partial streams

Info

Publication number: NO335202B1
Application number: NO20110798A
Authority: NO
Inventors: Odd Marius Rosvold; Ove Saele; J Kristian Sveen
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2014-10-20
Also published as: NO20110798A1

Abstract

En innretning (1) som tjener til å splitte en flerfase fluidstrømningstilførsel (F) i to delstrømmer (fl, f2) med vesentlig samme volumstrøm og distribusjon av fluidfaser, er vist. Innretningen omfatter en manifold (2, 16) som har et innløp (3) og to utløp (4, 5), og et strømningstverrsnitt gjennom manifolden som fortsetter stort sett uendret mellom innløpet og utløpene. I manifolden er det innrettet en strømningsdeleplate (8) som strekker seg i strømningsretningen fra en oppstrøms ende som vender mot innløpet, til en nedstrøms ende som skiller de to utløpene. En strømningsmanipuleringsinnretning er innrettet i fluidstrømningstilførselen (F) oppstrøms for deleplaten. Strømningsmanipuleringsinnretningen kan være utformet som en statisk blander (10), som en strømningsrettende horisontal rørlengde (16), eller som en strømningsregimebryteinnretning (14).A device (1) which serves to split a multiphase fluid flow supply (F) into two sub-streams (f1, f2) having substantially the same volume flow and distribution of fluid phases is shown. The device comprises a manifold (2, 16) having an inlet (3) and two outlets (4, 5), and a flow cross-section through the manifold which continues largely unchanged between the inlet and the outlets. In the manifold there is provided a flow dividing plate (8) which extends in the flow direction from an upstream end facing the inlet to a downstream end separating the two outlets. A flow manipulator is provided in the fluid flow supply (F) upstream of the dividing plate. The flow manipulating device may be designed as a static mixer (10), as a flow directing horizontal tube length (16), or as a flow regime switching device (14).

Description

Innretning som tjener til å splitte en flerfasefluidstrøm i to delstrømmer Device that serves to split a multiphase fluid flow into two subflows

Teknisk område for oppfinnelsen Technical field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning som er konfigurert til å splitte en tilført flerfasefluidstrømning i to delstrømmer som har vesentlig lik volumstrømning og fordeling av fluidfaser (gass/ væske). Strømningssplitteinnretningen er særlig nyttig i kombinasjon med en to-skruepumpe, men kan også nyttes i kombinasjon med annet nedstrøms plassert utstyr som kompressorer, separatorer eller strømningslinjer som arbeider i parallell. The present invention relates to a device which is configured to split a supplied multiphase fluid flow into two partial flows which have essentially the same volume flow and distribution of fluid phases (gas/liquid). The flow splitting device is particularly useful in combination with a twin-screw pump, but can also be used in combination with other downstream equipment such as compressors, separators or flow lines that work in parallel.

Bakgrunn for oppfinnelsen og kjent teknikk Background of the invention and prior art

En vertikalt orientert to-skruepumpe inkluderer typisk et par rotorer, som omfatter et øvre par og et nedre par skruer i inngrep med hverandre, som er opplagret og roterer i et pumpekammer definert av en kapsling som er plassert koaksialt inne i et pumpehus. En senterseksjon av pumpekammeret mellom øvre og nedre par skruer kommuniserer via en åpning i kapslingen med et utløpskammer i pumpehuset der det pumpede mediet har utløp nedstrøms. Endeseksjonene i pumpehuset inkluderer et øvre og et nedre tilførselskammer som kommuniserer med respektive øvre og nedre innløpsporter til pumperotorene. Pumpet medium blir tilført oppstrøms via fluidinnløp til respektive øvre og nedre tilførselskamre. A vertically oriented twin-screw pump typically includes a pair of rotors, comprising an upper pair and a lower pair of interlocking screws, which are supported and rotate in a pump chamber defined by an enclosure that is positioned coaxially within a pump housing. A center section of the pump chamber between the upper and lower pair of screws communicates via an opening in the housing with an outlet chamber in the pump housing where the pumped medium has an outlet downstream. The end sections of the pump housing include an upper and a lower supply chamber which communicate with respective upper and lower inlet ports of the pump rotors. The pumped medium is supplied upstream via fluid inlet to the respective upper and lower supply chambers.

Det er avgjørende for korrekt virkemåte og effektivitet hos en to-skruepumpe at begge parene av skruene får tilført like store volumer fluid. Virkningsgraden for pumpen blir ytterligere hemmet dersom øvre og nedre tilførselskamre får tilført strømmer med fluidfaser som er ulikt fordelt mellom øvre og nedre tilførselskamre. Dette kan i sin tur føre til unødig slitasje og kan dessuten forårsake tørr-kjøring dersom pumpen får tilført væske i mengder som er for små til å smøre pumperotorene. It is crucial for the correct operation and efficiency of a two-screw pump that both pairs of screws are supplied with equal volumes of fluid. The efficiency of the pump is further hampered if the upper and lower supply chambers are supplied with flows with fluid phases that are unequally distributed between the upper and lower supply chambers. This, in turn, can lead to unnecessary wear and can also cause dry running if the pump is supplied with liquid in quantities that are too small to lubricate the pump rotors.

En innretning som er innrettet for å splitte en strøm av flerfase-fluid i to delstrømmer med vesentlig lik volumstrøm og fordeling av fluidfaser, er tidligere beskrevet i US 5,738,505, se figur 1. Den kjente innretningen er beskrevet som en horisontal strømnings-splitter 33 som omfatter en ekspansjonssylinder 34 som har ett innløp 35 og to utløp 31 og 38. En intern skillevegg 36 danner to like kamre 32 og 37 som kommuniserer med de respektive utløpene. Gassen i en tofaseblanding vil samle seg i øvre del av sylinderen 34, og væsken vil slå seg ned i nedre del under påvirkning av tyngdekraften. Skilleveggen deler blandingen i to strømmer med vesentlig lik fasefordeling. Den kjente løsningen beskriver altså vertikal separasjon av fluidfasene før fluidstrømmen splittes i to (se f.eks. spalte 3, linje 49-57). A device which is designed to split a flow of multiphase fluid into two subflows with substantially equal volume flow and distribution of fluid phases was previously described in US 5,738,505, see figure 1. The known device is described as a horizontal flow splitter 33 which comprises an expansion cylinder 34 which has one inlet 35 and two outlets 31 and 38. An internal partition wall 36 forms two equal chambers 32 and 37 which communicate with the respective outlets. The gas in a two-phase mixture will collect in the upper part of the cylinder 34, and the liquid will settle in the lower part under the influence of gravity. The partition wall divides the mixture into two streams with substantially equal phase distribution. The known solution thus describes vertical separation of the fluid phases before the fluid flow is split in two (see e.g. column 3, lines 49-57).

For å gi det tofasede fluidet tilstrekkelig oppholdstid for en gravitasjonsfremkalt separasjon av fasene, vil ekspansjonssylinderen bli relativt omfangsrik og kreve et tilsvarende fritt rom for installering på pumpen. For eksempel - og som en kan slutte av tegningsfigurene i dokumentet - vil strømningstverrsnittet i ekspansjonssylinderen 34 overskride med mer enn 500 % strømnings-tverrsnittet i innløpet 35. I tillegg vil innesperring av gass og ansamling av faststoffpartikler, slik som sand og hydrater som ofte forekommer i produksjonsfluider undersjøisk, i områder med stillestående strømning eller turbulens, være en risiko når et flerfase-fluid passerer gjennom rørlengder med ulike strømningstverrsnitt slik som et innløpsrør, en ekspansjonstank og et utløpsrør som hver av dem har et strømningstverrsnitt som er vesentlig forskjellig fra hverandre og med en brå endring ved overgangen. In order to give the two-phase fluid sufficient residence time for a gravity-induced separation of the phases, the expansion cylinder will be relatively bulky and require a corresponding free space for installation on the pump. For example - and as can be inferred from the drawings in the document - the flow cross-section in the expansion cylinder 34 will exceed by more than 500% the flow cross-section in the inlet 35. In addition, entrapment of gas and accumulation of solid particles, such as sand and hydrates which often occur in subsea production fluids, in areas of stagnant flow or turbulence, be a risk when a multiphase fluid passes through pipe lengths with different flow cross-sections such as an inlet pipe, an expansion tank and an outlet pipe each of which has a flow cross-section that is significantly different from each other and with an abrupt change at the transition.

Fra publikasjon GB 1298511 er det kjent et apparat for å splitte en fluidstrømningstilførsel i to delstrømmer med vesentlig lik volumstrømning. Apparatet omfatter en manifold som definerer en strømningspassasje, et strømningstverrsnitt som løper stort sett uendret gjennom manifolden fra et manifoldinnløp til et par manifoldutløp. Manifolden har videre en strømningsdeleplate som strekker seg ut i strømningsretningen fra en oppstrøms ende som møter innløpet til en nedstrøms ende som separerer utløpsparet. From publication GB 1298511, an apparatus is known for splitting a fluid flow supply into two partial flows with substantially equal volume flow. The apparatus includes a manifold that defines a flow passage, a flow cross-section that runs substantially unchanged through the manifold from a manifold inlet to a pair of manifold outlets. The manifold further has a flow dividing plate which extends in the direction of flow from an upstream end which meets the inlet to a downstream end which separates the outlet pair.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

På samme måte som den refererte kjente innretningen søker den foreliggende oppfinnelse å sikre en vesentlig lik volumstrømning og/eller vesentlig jevn fordeling av fluidfaser i delstrømmene som blir dannet ved å splitte en tilført flerfasefluidstrøm i to deler. I motsetning til den kjente innretningen foreskriver foreliggende oppfinnelse manipulasjon av flerfasefluidstrømmen før den blir splittet, slik at en unngår manglene ved tidligere kjent teknikk når det gjelder plassbehov, innesperring av gass eller ansamling av faststoffer. In the same way as the referred known device, the present invention seeks to ensure a substantially equal volume flow and/or a substantially even distribution of fluid phases in the partial flows which are formed by splitting a supplied multiphase fluid flow into two parts. In contrast to the known device, the present invention prescribes manipulation of the multiphase fluid flow before it is split, so that the shortcomings of prior art in terms of space requirements, confinement of gas or accumulation of solids are avoided.

Målet blir oppnådd ved en innretning som omfatter en manifold som definerer en strømningspassasje som har et strømningstverrsnitt som fortsetter stort sett uendret gjennom manifolden fra et manifold-innløp til et par manifoldutløp, og i manifolden en strømningsdele-plate som strekker seg i strømningsretningen fra en oppstrøms ende som er rettet mot innløpet til en nedstrøms ende som atskiller de to utløpene, idet en strømningsmanipuleringsinnretning er innrettet i fluidstrømtilførselen oppstrøms for deleplaten, og idet strømningsmanipuleringsinnretningen er valgt blant en gruppe innretninger som inkluderer statisk blander, strømningsrettings-innretning (16) og strømningsavledningsinnretning. The object is achieved by a device comprising a manifold defining a flow passage having a flow cross section that continues substantially unchanged through the manifold from a manifold inlet to a pair of manifold outlets, and in the manifold a flow dividing plate extending in the flow direction from an upstream end which is directed towards the inlet to a downstream end which separates the two outlets, a flow manipulation device being arranged in the fluid flow supply upstream of the dividing plate, and the flow manipulation device being selected from a group of devices including static mixer, flow straightening device (16) and flow diversion device.

Mens en ser bort fra volumet som kreves for en tyngdekraftgenerert separasjon av fluidfasene, vil etablering av et stort sett kontinuerlig strømningstverrsnitt gjennom en strømningssplittemanifold, unngå risikoen for innesperring av gass og ansamling av faststoffer i områder med stillestående strømning. I tillegg vil det stort sett kontinuerlige strømningstverrsnittet ytterligere redusere turbulens og virkningen av intern erosjon som følge av faststoffpartikler som f.eks. kan være innesluttet i fluidet. While disregarding the volume required for a gravity-generated separation of the fluid phases, establishing a largely continuous flow cross-section through a flow-splitting manifold will avoid the risk of gas entrapment and accumulation of solids in regions of stagnant flow. In addition, the largely continuous flow cross-section will further reduce turbulence and the effect of internal erosion as a result of solid particles such as e.g. may be contained in the fluid.

Den patentsøkte løsningen vil videre utføre manipulering av fluid-strømmen like før den tilførte fluidstrømmen blir splittet i sepa-rate utløpsstrømmer med vesentlig lik volurastrøm og fasefordeling. Denne manipulering like før oppsplitting tar i bruk innretninger for å utføre homogenisering ved å blande fluidfaser og/eller innretning er for å rette ut strømningen i samsvar med fluidsplitteplanet, og/eller innretninger som tjener til å bryte strømningsregimet i det tilførte fluidet. Strømningsmanipuleringsinnretningen er av statisk type, uten bevegelige deler og uten behov for krafttilførsel. The patent-pending solution will further perform manipulation of the fluid flow just before the supplied fluid flow is split into separate outlet flows with essentially the same volume flow and phase distribution. This manipulation just before splitting uses devices to carry out homogenization by mixing fluid phases and/or devices to straighten the flow in accordance with the fluid splitting plane, and/or devices that serve to break the flow regime in the supplied fluid. The flow manipulation device is of a static type, without moving parts and without the need for power supply.

En foretrukket utførelse av strømningsmanipuleringsinnretningen omfatter en statisk blander utformet som ett eller flere fluid-blandeelementer som strekker seg inn i fluidet og på denne maten blander gass- og væskefåsene av fluidet oppstrøms for deleplaten. Fluidblandeelementet/ene er innrettet slik at de rekker i alle fall delvis inn i strømningstverrsnittet i form av en eller flere rette, krumme eller spiralformede blader eller tunger. Spesielt kan den statiske blanderen inkludere en eller flere spiralvinger som ligger i strømningsretningen. De langsgående kantene av en eller flere spiralvinger kan vare innrettet til å feste seg diametrisk til innerveggen av fluidpassasjen oppstrøms for deleplaten. Når den er utført som en spiralvinge vil vingen med fordel vende seg 180° mellom dens ender oppstrøms og nedstrøms. Den statiske blanderen vil med fordel inkludere en rekke spiralvinger, der hver påfølgende vinge er vridd i motsatt retning av den foregående. A preferred embodiment of the flow manipulation device comprises a static mixer designed as one or more fluid-mixing elements which extend into the fluid and on this feed mix the gas and liquid phases of the fluid upstream of the dividing plate. The fluid mixing element(s) are arranged so that they reach at least partially into the flow cross-section in the form of one or more straight, curved or spiral blades or tongues. In particular, the static mixer may include one or more spiral vanes located in the direction of flow. The longitudinal edges of one or more spiral vanes may be arranged to attach diametrically to the inner wall of the fluid passage upstream of the dividing plate. When designed as a spiral vane, the vane will advantageously turn 180° between its upstream and downstream ends. The static mixer will advantageously include a number of spiral vanes, where each successive vane is twisted in the opposite direction to the previous one.

En annen foretrukket utførelse av strømningsmanipuleringsinnret-ningen omfatter en strømningsretteinnretning i form av et rett rørstykke montert horisontalt eller tilnærmet horisontalt mot innløpet i en horisontalstilt manifoldkapsling med en deleplate som har en vertikal stilling. Under passasjen gjennom det rette rørstykket vil gass og væske innstille seg vertikalt i forhold til hverandre innen strømmen blir splittet symmetrisk i to horisontale strømmer med stort sett lik fordeling av fluidfaser som forlater manifoldutløpene. Another preferred embodiment of the flow manipulation device comprises a flow straightening device in the form of a straight pipe piece mounted horizontally or nearly horizontally towards the inlet in a horizontally positioned manifold housing with a dividing plate that has a vertical position. During the passage through the straight piece of pipe, gas and liquid will adjust vertically in relation to each other before the flow is split symmetrically into two horizontal flows with a largely equal distribution of fluid phases leaving the manifold outlets.

Enda en annen foretrukket utførelse av strømningsmanipulerings-innretningen omfatter en strømningsregimebryter som kan være utformet som en strømningsavlederinnretning som brått stanser fluidet i en første strømningsretning og avleder strømmen til en andre strømningsretning mot og i parallell med deleplaten. Denne utførelsen kan realiseres ved hjelp av en blindet T- eller Y- forbindelse koblet til manifoldinnløpet i bare kort avstand fra oppstrøms ende av deleplaten. Yet another preferred embodiment of the flow manipulation device comprises a flow regime switch which can be designed as a flow diverter device which abruptly stops the fluid in a first flow direction and diverts the flow to a second flow direction towards and in parallel with the dividing plate. This design can be realized by means of a blinded T or Y connection connected to the manifold inlet only a short distance from the upstream end of the divider plate.

Foretrukne utførelser av strømningssplitteinnretningen inkluderer manifolder med T- eller Y-konfigurasjon som kan kobles til en ekstern strømningsmanipuleringsinnretning. Strømningsmanipulerings-innretningen kan imidlertid som et alternativ være integrert i manifolden, for eksempel innrettet i benet i en T- eller Y-formet manifold. Preferred embodiments of the flow splitting device include manifolds of T or Y configuration which can be connected to an external flow manipulation device. However, the flow manipulation device can, as an alternative, be integrated into the manifold, for example arranged in the leg of a T- or Y-shaped manifold.

Deleplaten er typisk plassert i forlengelse av det aksielle senteret i manifolden. Dersom det passer, kan imidlertid deleplaten som et alternativ være litt forskjøvet fra det aksielle senteret for å kompensere for ujevnt trykkfall i rørledningen nedstrøms for manifolden. The dividing plate is typically located in extension of the axial center of the manifold. If appropriate, however, the partition plate may alternatively be slightly offset from the axial center to compensate for uneven pressure drop in the pipeline downstream of the manifold.

Deleplaten kan være utført som et planelement fra dens oppstrøms ende til dens nedstrøms ende. The dividing plate can be designed as a planar element from its upstream end to its downstream end.

Deleplaten kan alternativt forløpe vridd mellom dens oppstrøms og nedstrøms ende. I en slik utførelse vil nedstrøms ende av deleplaten typisk være vridd 90° i forhold til oppstrøms ende. Denne utførelsen er spesielt nyttig i forbindelse med en vertikal pumpe når en flerfase fluidstrøm som blir tilført horisontalt til manifolden blir delt av en vertikal deleplate og omdannet av den vridde nedstrøms enden av deleplaten i to motsatt rettede vertikale strømmer som blir ført til henholdsvis øvre og nedre tilførselskammer av pumpen. Alternatively, the dividing plate can run twisted between its upstream and downstream ends. In such an embodiment, the downstream end of the dividing plate will typically be twisted 90° in relation to the upstream end. This design is particularly useful in connection with a vertical pump when a multiphase fluid stream supplied horizontally to the manifold is divided by a vertical dividing plate and converted by the twisted downstream end of the dividing plate into two oppositely directed vertical streams which are carried to the upper and lower respectively supply chamber of the pump.

I en alternativ utførelse kan nedstrøms ende av deleplaten være konisk utformet med en radius mot hvert utløp for å oppnå en jevn omdanning av parallelle strømmer langsetter deleplaten til strømmer med divergerende retninger nedstrøms for deleplaten. In an alternative embodiment, the downstream end of the dividing plate can be conically designed with a radius towards each outlet to achieve a smooth transformation of parallel flows along the dividing plate into flows with divergent directions downstream of the dividing plate.

Uten å avvike fra grunnideen med et strømningstverrsnitt som fortsetter stort sett uendret gjennom manifolden, kan strømnings-passasjen gjennom manifolden være forsiktig og jevnt utvidet i en strømningspassasjeseksjon oppstrøms for de respektive utløpene. Jevn utvidelse kan for eksempel oppnås ved å installere et konsentrisk eller eksentrisk ekpansjonselement i manifoldinnløpet. Som et resultat av den forsiktig utvidede strømningspassasjen blir strømningshastigheten redusert, noe som i sin tur fører til redusert erosjon av de interne veggoverflåtene som definerer strømnings-passas jen oppstrøms for utløpene. Sammenlignet med det fem ganger eller mer så store strømningstverrsnittet som separasjonstanken har i tidligere teknikk, må utvidelse av strømningstverrsnittet med 50 % eller mindre av tverrsnittet i manifoldinnløpet betraktes som en "liten utvidelse". Without deviating from the basic idea of a flow cross-section continuing largely unchanged through the manifold, the flow passage through the manifold may be carefully and uniformly expanded in a flow passage section upstream of the respective outlets. For example, smooth expansion can be achieved by installing a concentric or eccentric expansion element in the manifold inlet. As a result of the gently widened flow passage, the flow velocity is reduced, which in turn leads to reduced erosion of the internal wall surfaces that define the flow passage upstream of the outlets. Compared to the five times or more flow cross section of the separation tank in the prior art, expansion of the flow cross section by 50% or less of the manifold inlet cross section must be considered a "small expansion".

I en foretrukket utførelse er deleplaten innrettet inne i en manifold som omfatter et hult legeme med utvidet volum som kobles til innløpet via en divergerende strømningspassasjeseksjon og som kobles til de respektive utløpene via strømningspassasjeseksjoner som smalner inn, sett i strømningsretningen gjennom manifolden. In a preferred embodiment, the dividing plate is arranged inside a manifold comprising a hollow body of expanded volume which is connected to the inlet via a diverging flow passage section and which is connected to the respective outlets via flow passage sections which taper in the direction of flow through the manifold.

Ekspansjonen av strømningstverrsnittet gjennom manifoldlegemet utgjør fortrinnsvis 20 % eller mindre av strømningstverrsnittet i innløpet til manifoldlegemet. The expansion of the flow cross-section through the manifold body is preferably 20% or less of the flow cross-section at the inlet of the manifold body.

Selv om den er nyttig i andre applikasjoner som angitt ovenfor, passer strømningssplitteinnretningen spesielt for å levere et flerfase produksjonsfluid til en pumpe i undersjøisk drift. Although useful in other applications as noted above, the flow splitting device is particularly suited to delivering a multiphase production fluid to a pump in subsea operation.

Ytterligere fordeler og fordelaktige egenskaper ved innretningen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil fremgå av de avhengige patentkravene og av følgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser. Further advantages and beneficial properties of the device according to the present invention will be apparent from the dependent patent claims and from the following detailed description of preferred embodiments.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene Brief description of the drawing figures

Utførelser av oppfinnelsen vil bli forklart detaljert nedenfor, med henvisning til tegningsfigurene som skjematisk illustrerer eksempler på strømningssplitteinnretningen. Tegningsfigurene viser følgende: Embodiments of the invention will be explained in detail below, with reference to the drawings which schematically illustrate examples of the flow splitting device. The drawings show the following:

Figur 1 illustrerer en løsning i kjent teknikk. Figure 1 illustrates a solution in known technology.

Figur 2 er ett snitt av en strømningssplitteinnretning i henhold til én utførelse av foreliggende oppfinnelse, installert på en vertikal pumpe. Figur 3 er et delvis gjennomskåret snitt som viser en alternativ utførelse av strømningssplitteinnretningen. Figur 4 er et delvis gjennomskåret snitt som viser enda en alternativ utførelse av strømningssplitteinnretningen, og Figur 5 er et snitt av en foretrukket utførelse av manifolden som utgjør en del av strømningssplitteinnretningen. Figure 2 is a section of a flow splitting device according to one embodiment of the present invention, installed on a vertical pump. Figure 3 is a partially cut-through section showing an alternative embodiment of the flow splitting device. Figure 4 is a partially cut-through section showing yet another alternative embodiment of the flow splitting device, and Figure 5 is a section of a preferred embodiment of the manifold which forms part of the flow splitting device.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser Detailed description of preferred designs

Figur 1 viser en strømningssplitteinnretning i kjent teknikk som er gjennomgått ovenfor, som bakgrunn for foreliggende oppfinnelse. Figur 2 illustrerer en strømningssplitteinnretning i henhold til foreliggende oppfinnelse, generelt merket med henvisningsnummer 1. Strømningssplitteinnretningen 1 er vist som installert på en vertikal pumpe. Det er åpenbart at fordi pumpen ikke utgjør en del av foreliggende oppfinnelse, vil den interne konstruksjonen av pumpen være av underordnet betydning og trenger ikke en detaljert forklaring - pumpen kan være konfigurert stort sett som tidligere forklart i innledningen. Figure 1 shows a flow splitting device in known technology which has been reviewed above, as background for the present invention. Figure 2 illustrates a flow splitting device according to the present invention, generally marked with reference number 1. The flow splitting device 1 is shown as installed on a vertical pump. It is obvious that because the pump does not form part of the present invention, the internal construction of the pump will be of secondary importance and does not need a detailed explanation - the pump can be configured largely as previously explained in the introduction.

Strømningssplitteinnretningen 1 omfatter en manifold 2 som har et innløp 3 og to utløp 4 og 5 i strømningsforbindelse med henholdsvis det øvre og det nedre tilførselskammeret 6 og 7 i pumpen. I manifolden er en deleplate 8 innrettet til å dele strømningspassasjen og å splitte innkommende fluidstrømning i to atskilte strømmer som er rettet mot utløpene som følge av den nedstrøms enden 9 av deleplaten. I utførelsen på figur 2 er deleplaten 8 vridd 90° for å frembringe deling av en horisontal fluidstrømningstilførsel i to motsatt rettede vertikalstrømmer. The flow splitting device 1 comprises a manifold 2 which has an inlet 3 and two outlets 4 and 5 in flow connection with the upper and lower supply chambers 6 and 7 respectively in the pump. In the manifold, a dividing plate 8 is arranged to divide the flow passage and to split incoming fluid flow into two separate streams which are directed towards the outlets resulting from the downstream end 9 of the dividing plate. In the embodiment in Figure 2, the dividing plate 8 is twisted 90° to produce the division of a horizontal fluid flow supply into two oppositely directed vertical flows.

En strømningsmanipuleringsinnretning i utførelsen som vist på figur 2 i form av en statisk blander 10, er innrettet i fluidpassasjen oppstrøms for deleplaten, nær oppstrøms ende 11 av deleplaten. Den statiske blanderen 10 sørger for å blande gass- og væskefaser i en fluidstrøm F som blir delt av deleplaten 8 i to delstrømmer fl, f2 med vesentlig lik volumstrøm og fordeling av fluidfaser, tilført til pumpen via pumpeinnløp 12 og 13. A flow manipulation device in the embodiment as shown in Figure 2 in the form of a static mixer 10 is arranged in the fluid passage upstream of the dividing plate, close to the upstream end 11 of the dividing plate. The static mixer 10 ensures the mixing of gas and liquid phases in a fluid flow F which is divided by the dividing plate 8 into two subflows fl, f2 with substantially equal volume flow and distribution of fluid phases, supplied to the pump via pump inlets 12 and 13.

I utførelsen på figur 2 er den statiske blanderen skjematisk In the embodiment in Figure 2, the static mixer is schematic

illustrert i form av en spiralvinge som f.eks. er vridd 180° mellom oppstrøms og nedstrøms ende. Det kan tenkes andre alternative utfør-elser av statiske blandere som sørger for å blande fluidfaser uten å endre retningen av hovedstrømningen. Noen foretrukne utførelser av statiske blandere som er brukbare i denne forbindelse er blitt diskutert ovenfor uten dermed å utelukke alternative konstruksjoner som ikke er nevnt her. Figur 3 er en delvis gjennomskåret visning som illustrerer en annerledes strømningsmanipuleringsinnretning i form av en strømningsregimebryteinnretning 14 som påvirker fordeling av fluidfaser i rørtverrsnittet ved brå avledning av fluidstrømmen F fra én strømningsretning til en annen. En blindet T-kobling 14, som kan kobles til manifoldinnløpet 3 på bare en kort avstand fra oppstrømsenden av deleplaten 8, avslutter en tilførselslinje 15 for innkommende fluid og fører til en 90° vending av fluidstrømmen til en andre strømningsretning mot og i parallell med deleplaten. Den illustrerte og foretrukne retningen av den innkommende fluidstrømmen F til den blinde T-koblingen er vertikalt oppover, men en kan også se for seg innkommende strømningsretninger som ikke er vertikale. Figur 4 er en tilsvarende delvis gjennomskåret visning som illustrerer enda en annen og annerledes virkende strømningsmanipulerings-innretning i form av en strømningsrettende innretning 16. En rett rørlengde 16 er koblet i horisontal orientering til innløpet til en horisontalt orientert manifold 2 som inneholder en deleplate 8 som har en vertikal orientering. Under passering gjennom rørlengden 16 vil gass og væske innrette seg vertikalt i forhold til hverandre før strømmen blir splittet symmetrisk i horisontale strømmer med stort sett lik fordeling av fluidfaser ved utløpene 4 og 5 fra manifolden. illustrated in the form of a spiral wing such as is twisted 180° between the upstream and downstream end. Other alternative designs of static mixers can be thought of which provide for mixing fluid phases without changing the direction of the main flow. Some preferred designs of static mixers useful in this connection have been discussed above without thereby excluding alternative designs not mentioned herein. Figure 3 is a partially cut-away view illustrating a different flow manipulation device in the form of a flow regime breaking device 14 which affects the distribution of fluid phases in the pipe cross-section by abruptly diverting the fluid flow F from one flow direction to another. A blind tee 14, which can be connected to the manifold inlet 3 only a short distance from the upstream end of the divider plate 8, terminates an incoming fluid supply line 15 and causes a 90° reversal of the fluid flow to a second flow direction towards and parallel to the divider plate . The illustrated and preferred direction of incoming fluid flow F to the blind tee is vertically upward, but incoming flow directions that are not vertical can also be envisioned. Figure 4 is a corresponding partially cross-sectional view illustrating yet another and differently acting flow manipulation device in the form of a flow straightening device 16. A straight length of pipe 16 is connected in a horizontal orientation to the inlet of a horizontally oriented manifold 2 which contains a dividing plate 8 which has a vertical orientation. During passage through the pipe length 16, gas and liquid will align themselves vertically in relation to each other before the flow is split symmetrically into horizontal flows with largely equal distribution of fluid phases at the outlets 4 and 5 from the manifold.

Strømningssplitteinnretningen 1 har typisk en T-formet eller nær T-formet manifoldgeometri, slik som f.eks. en Y-formet manifoldgeometri. Deleplaten 8 er typisk plassert langsetter senteret av strømningspassasjen gjennom manifolden. Alternativt, og av grunner som er forklart ovenfor, kan manifolden være litt forskjøvet fra senter ved tilvirkning. Deleplaten 8 kan være et planelement og kan alternativt ha en vridd konfigurasjon som illustrert skjematisk på figur 2. The flow splitting device 1 typically has a T-shaped or close to T-shaped manifold geometry, such as e.g. a Y-shaped manifold geometry. The dividing plate 8 is typically located along the center of the flow passage through the manifold. Alternatively, and for reasons explained above, the manifold may be slightly off center during manufacture. The dividing plate 8 can be a planar element and can alternatively have a twisted configuration as illustrated schematically in figure 2.

Figur 5 er en snittegning som viser en utførelse av en manifold 17 som passer for bruk i strømningssplitteinnretningen 1. I utførelsen på figur 5 er nedstrøms ende av deleplaten 8 buet med en radius r, som gir en jevn avledning av delfluidstrømmene mot henholdsvis utløpene 4 og 5. Figure 5 is a sectional drawing showing an embodiment of a manifold 17 that is suitable for use in the flow splitting device 1. In the embodiment in Figure 5, the downstream end of the dividing plate 8 is curved with a radius r, which provides a smooth diversion of the partial fluid flows towards the outlets 4 and 5.

Manifolden i den utførelsen som er vist på figur 5 omfatter et noe utvidet strømningstverrsnitt i en strømningspassasjeseksjon 18 oppstrøms for utløpet, inkludert den utbuede nedstrøms enden av deleplaten. Ved denne seksjon 18 av strømningspassasjen kan strøm-ningstverrsnittet være utvidet med inntil om lag 1/3 i forhold til strømningstverrsnittet oppstrøms for strømningspassasjeseksjon 18. Formålet med den utvidede strømningspassasjeseksjonen 18 er å redusere fluidhastigheten lokalt i manifolden og derved redusere erosjon i fluidpassasjeveggen når fluidstrømmen blir avledet av den kurvede nedstrøms enden av deleplaten. The manifold in the embodiment shown in Figure 5 comprises a somewhat enlarged flow cross-section in a flow passage section 18 upstream of the outlet, including the curved downstream end of the divider plate. In this section 18 of the flow passage, the flow cross-section can be expanded by up to about 1/3 in relation to the flow cross-section upstream of the flow passage section 18. The purpose of the expanded flow passage section 18 is to reduce the fluid velocity locally in the manifold and thereby reduce erosion in the fluid passage wall when the fluid flow becomes derived from the curved downstream end of the dividing plate.

Bortsett fra en hastighetsreduserende lokal utvidelse av strømnings-passas jen gjennom manifoldutførelsen i henhold til figur 5, vil strømningstverrsnittet forløpe stort sett uendret gjennom manifolden. Med andre ord er strømningstverrsnittet ved innløpsenden stort sett lik summen av strømningstverrsnitt ved utløpsenden, uten noen betydelig endring av strømningstverrsnittet i strømnings-passas jen mellom innløps- og utløpsende av manifolden. Uttrykket "stort sett uendret" er å forstå bokstavelig som å definere en strømningspassasje som sørger for kontinuerlig strømning gjennom manifolden ved at denne er formet uten brå endringer av strømnings-passasjen og altså uten lommer- eller hjørnedannelser i strømnings-passasjen som kunne forårsake uønsket turbulens i fluidet eller danne volumer av stillestående fluid inne i manifolden. Uttrykket "stort sett" slik det er brukt her, er å forstå at inkludere dimensjonskontinuerlige strømningspassasjer såvel som strømnings-passas jer med litt avvikende og/eller innsnevrende dimensjoner, slik som det er tilfellet med de jevnt avvikende og innsnevrende strømningspassasjeseksjoner i utførelsen i henhold til figur 5. Apart from a speed-reducing local expansion of the flow passage through the manifold design according to Figure 5, the flow cross-section will proceed largely unchanged through the manifold. In other words, the flow cross-section at the inlet end is largely equal to the sum of the flow cross-sections at the outlet end, without any significant change in the flow cross-section in the flow passage between the inlet and outlet ends of the manifold. The expression "largely unchanged" is to be understood literally as defining a flow passage that ensures continuous flow through the manifold by the fact that this is shaped without sudden changes in the flow passage and thus without pockets or corner formations in the flow passage that could cause unwanted turbulence in the fluid or form volumes of stagnant fluid inside the manifold. The term "substantially" as used herein is understood to include dimensionally continuous flow passages as well as flow passages with slightly diverging and/or narrowing dimensions, as is the case with the uniformly diverging and narrowing flow passage sections in the embodiment according to figure 5.

Figur 5 illustrerer en fordelaktig og foretrukket utførelse av en manifold for strømningssplitteinnretningen i henhold til foreliggende oppfinnelse. Utvendig og innvendig geometri av den T-formede manifolden 17 gir en kompakt og plassbesparende konstruk-sjon. Nærmere bestemt, og som vist i strømningsretningen gjennom manifolden, omfatter manifolden 17 et hult legeme med litt utvidet volum som er koblet til innløpet 3 via en divergerende strømnings-passasjeseksjon 19, som er koblet til de to utløpene 4 og 5 via innsnevrende strømningspassasjeseksjoner henholdsvis 20 og 21. Figure 5 illustrates an advantageous and preferred embodiment of a manifold for the flow splitting device according to the present invention. The external and internal geometry of the T-shaped manifold 17 provides a compact and space-saving construction. More specifically, and as shown in the direction of flow through the manifold, the manifold 17 comprises a hollow body of slightly expanded volume which is connected to the inlet 3 via a diverging flow passage section 19, which is connected to the two outlets 4 and 5 via narrowing flow passage sections 20 respectively and 21.

Deleplaten 8 er plassert inne i legemet, idet oppstrøms eller fremre ende 22 av deleplaten står diametralt over strømningspassasjen like nedstrøms for den divergerende strømningspassasjeseksjonen 19. Ned-strøms ende av deleplaten er utbøyd med en radius r mot det respektive utløpet, og danner en ytre kurve 23 av strømningspassasje-seksjonen 18. Veggen på legemet danner en indre kurve 24 som har en radius r, i strømningspassasjeseksjonen 18. Graden av utvidelse av manifoldlegemet kan med fordel ligge i størrelsesorden opp til om lag 20 % av strømningstverrsnittet ved innløpet i den oppstrøms enden av manifolden, med en tilsvarende reduksjon av strømnings-hastigheten gjennom manifoldlegemet som resultat. Likevel vil konstruksjonen fortsatt fremme en kontinuerlig strømning, fra innløpet til utløpene, som opprettholder fluidfasene i blandet forhold gjennom manifolden. The dividing plate 8 is placed inside the body, with the upstream or front end 22 of the dividing plate standing diametrically above the flow passage just downstream of the diverging flow passage section 19. The downstream end of the dividing plate is bent with a radius r towards the respective outlet, forming an outer curve 23 of the flow passage section 18. The wall of the body forms an inner curve 24 having a radius r, in the flow passage section 18. The degree of expansion of the manifold body can advantageously be of the order of magnitude up to about 20% of the flow cross-section at the inlet at the upstream end of the manifold, with a corresponding reduction of the flow rate through the manifold body as a result. Nevertheless, the design will still promote a continuous flow, from the inlet to the outlets, which maintains the fluid phases in a mixed ratio through the manifold.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de utførelsene som er beskrevet ovenfor, og modifikasjoner av utførelsene er mulig uten at de avviker fra grunnideen ved oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte patentkravene. The invention is not limited to the embodiments described above, and modifications of the embodiments are possible without deviating from the basic idea of the invention as defined in the attached patent claims.

Én slik mulig modifikasjon inkluderer en deleplate som er innrettet justerbar i manifolden, slik som for finavstemning av strømnings-splitteinnretningen etter installasjon. Deleplaten som en helhet eller en oppstrøms ende av deleplaten kan for eksempel være justerbar når det gjelder plasseringen i forhold til senter av manifolden. Videre kan oppstrøms kant av en fleksibel deleplate være innrettet justerbar mellom rettlinjet og kurvet konfigurering, eller graden av vridning av deleplaten sett i strømningsretningen kan være justerbar ved hjelp av f.eks. eksternt tilgjengelige justeringsinnretninger. Disse og andre tenkbare modifikasjoner skal alle regnes som å være inkludert i omfanget av de vedlagte patentkravene. One such possible modification includes a divider plate that is arranged adjustable in the manifold, such as for fine-tuning the flow splitter after installation. The dividing plate as a whole or an upstream end of the dividing plate can for example be adjustable in terms of its position in relation to the center of the manifold. Furthermore, the upstream edge of a flexible dividing plate can be arranged adjustable between straight and curved configuration, or the degree of twisting of the dividing plate seen in the direction of flow can be adjustable by means of e.g. externally accessible adjustment devices. These and other conceivable modifications shall all be considered to be included in the scope of the attached patent claims.

Claims

1. Device (1) for splitting a multiphase fluid flow supply (F) into two partial flows (fl, f2) with substantially equal volume flow and distribution of fluid phases, the device comprising the following: - a manifold (2; 17) which defines a flow passage, a flow cross-section running largely unchanged through the manifold from a manifold inlet (3) to a pair of manifold outlets (4, 5), - in the manifold a flow dividing plate (8) extending in the direction of flow from an upstream end facing the inlet (3) to a downstream end separating the outlet pair (4, 5), a flow manipulation device (10, 14, 16) being arranged in the fluid flow supply (F) upstream of the dividing plate (8), and the flow manipulation device being selected from a group of devices including static mixer ( 10), flow straightening device (16) and flow diversion device (14).

2. Device according to claim 1, wherein the flow manipulation device is a static mixer (10) which comprises at least one fluid mixing element that extends into the fluid, and the at least one element reaches at least partially across the flow cross-section in the form of a straight or a twisted or spiral blade or tongue.

3. Device according to claim 2, in that the static mixer comprises at least one spiral vane that extends in the direction of flow.

4. Device according to claim 3, in that the spiral vane is twisted 180° between its upstream and downstream end.

5. Device according to claim 3 or 4, in that the static mixer comprises a number of spiral blades where each successive blade is twisted in the opposite direction to the previous one.

6. Device according to claim 1, wherein the flow manipulation device comprises a flow straightening device (16) with a straight length of pipe which is connected in a horizontal or nearly horizontal orientation to the inlet of a horizontally oriented manifold (2) which contains a dividing plate (8) which has a vertical orientation.

7. Device according to claim 1, in that the flow manipulation device comprises a flow regime switch device in the form of a flow diverter device {14) which abruptly stops the fluid in a first flow direction and ensures that the flow is diverted to a second flow direction towards and in parallel with the dividing plate.

8. Device according to claim 7, in that the flow deflector device (14) is a blinded T-connection connected to the manifold inlet only a short distance from the upstream end of the dividing plate.

9. Device according to any preceding claim, the manifold (2, 17) having a T or Y configuration.

10. Device according to any preceding claim, wherein the flow manipulation device is integrated into the manifold.

11. Device according to any preceding claim, the dividing plate {8) extending along the axial center of the manifold (2, 17).

12. Device according to any one of claims 1 to 10, the partition plate (8) being slightly offset from the axial center of the manifold to compensate for uneven pressure drop in the piping downstream of the manifold outlets.

13. Device according to any preceding claim, in that the dividing plate extends twisted between its upstream (11) and downstream (9) end.

14. Device according to claim 13, in that the downstream end (9) of the dividing plate (8) is twisted at a 90" angle in relation to the upstream end (11).

15. Device according to any preceding claim, the downstream end of the dividing plate (8) being curved with a radius (r) towards each outlet to achieve a smooth transformation of parallel flows along the dividing plate into flows with divergent directions downstream of the dividing plate .

16. A device according to any preceding claim, wherein the flow passage through the manifold is carefully and uniformly expanded in a flow passage section (18) upstream of the respective outlets.

17. Device according to claim 16, wherein the dividing plate (8) is arranged inside a manifold (16) comprising a hollow body with an expanded volume which is connected to the inlet (3) via a divergent flow passage section (19), and which is connected to the two outlets (4, 5) via flow passage sections (20, 21) which taper in the direction of flow through the manifold.

18. Device according to claim 17, wherein the expansion of the flow cross-section through the manifold body constitutes 50% or less, preferably not more than 20%, of the flow cross-section at the inlet to the manifold body.