用于泵,特别是多相泵的操作方法,以及泵的制作方法_3

文档序号:9928317阅读:来源:国知局
示)一起旋转。变频驱动器2与用于多相栗的控制的控制装置3信号通信,如图1中的双箭头A指示,并且可以双向地与控制装置3交换数据。控制装置3优选配置为数字控制装置3。
[0048]两个压力传感器11、12分别与控制装置3信号通信,如图1中的两个箭头B和C指示的。
[0049]此外,还提供喘振控制单元4以防止多相栗I的不稳定的操作状态,喘振控制单元4优选集成于控制装置3中。术语“防潜流安全措施(security against underflow)”或“喘振控制(surge contro I)”典型地还用于喘振控制单元4。
[0050]多相栗I的入口10在低压力侧通过供应管线5连接到井眼100,流体通过供应管线5能够从井眼100流到入口 10。多相栗I的出口20在高压力侧通过出口管线6连接到储存和处理设备200,流体通过出口管线6可以从多相栗I流到储存和处理设备200。取决于多相栗I在相应情况下设置于哪里,供应管线5和出口管线6可以分别具有小于一米直至几千米的长度。
[0051]缓冲罐7优选被提供于供应管线5中,其以本质上已知的方式用来补偿流体的相分布中的变化。这些变化可能由离开井眼的流体的气-液比的自然引起的波动引起,或者还可能由供应管线5的架构和管线动态变化引起。缓冲罐7充当过滤器或积分器,因此可以吸收或衰减流体的相位分布中的突然变化。
[0052]此外,还提供了用于流体的返回管线8,其将高压力侧连接到低压力侧。返回管线8从多相栗I的出口 20下游的出口管线6分支出来,并且在缓冲罐7的上游通向供应管线5,使得流体可以通过返回管线8从高压力侧被引导回到低压力侧。至少一个控制阀9被提供于返回管线8中,并且与喘振控制单元4信号通信,如图1的箭头D指示的那样。控制阀9设计为调节阀,通过此调节阀,返回管线8的流动横截面可以从完全闭合状态(没有流体返回)变化直至完全打开状态(最大的流动横截面)。返回管线8用于喘振控制,因此用于避免多相栗I的不稳定的操作状态,这也称作喘振。
[0053]如果通过多相栗I的流量足够大,则控制阀9完全关闭,使得没有流体可以通过返回管线8流回低压力侧。如下文还要描述的,如果控制参数由于例如太少的流体到达入口 10(潜流区)而超过极限曲线被喘振控制单元4检测到,则喘振控制单元4控制控制阀9,使得它部分或完全地打开返回管线8,这样使得被传送流体的一部分可以从高压力侧流回低压力侧。在这方面,控制阀9被打开得很宽,直到控制参数的实际值再次位于极限曲线下。
[0054]控制阀9优选配置成使得它可以连续地从完全关闭状态直至完全打开状态地来改变返回管线8的打开流动横截面。自然也可以在返回管线8中提供超过一个的控制阀,例如两个控制阀,它们被并行地设置在返回管线8中。替代性地,两个阀还可以相继(即串联)地设置于返回管线8中,两个阀中的一个优选是快速的打开/关闭阀,另一个阀是被配置为调节阀的控制阀。
[0055]此外,冷却装置13,例如热交换器,还可以提供于返回管线8中,以从循环流体中提取热。当流体具有高气体份额时,此措施是特别有利的。热积累于是可以通过冷却装置13来防止。
[0056]如已经提到的,喘振控制单元4使用控制参数的实际值来避免多相栗I或者栗I的不稳定操作状态。此控制参数根据本发明是操作参数。如已经解释的,术语“操作参数”意指可以确定栗I的操作并且可以由栗I的控制装置4设置的那些参数,比如多相栗I的转速,其功耗,驱动多相栗I的扭矩等。操作参数因此是调节栗I或多相栗I的操作的那些值,它们可以被直接地或者间接地通过不同的操作参数在栗I处或者在多相栗I处设置。
[0057]操作参数用作控制参数尤其具有这样的优点,即,不能被确定或者只能在费很大努力的情况下被确定或者仅非常不准确地被确定的那些过程值(诸如流体的实际相分布)对喘振控制而言不再必须是已知的。在栗作为单相栗的实施例的情况下,例如不再需要知道实际流量,从而使得可以省去流量计。
[0058]在本文描述的实施例中,操作参数和由多相栗I产生的压力差之间的关系被用于喘振控制。压力差可以在多相栗I的操作过程中借助两个压力传感器11、12通过测量非常容易、非常准确地确定。
[0059]为更好理解,图2示出了多相栗I的典型操作图,图中示出了由多相栗I产生的压力差与由多相栗I传送的流体的流速之间的关系。流速Q施加于水平轴,压力差DP施加在竖直轴。使用多相流体,此关系自然非常大程度地取决于被传送流体的相分布。具有液相和气相的流体的相分布通常由GVF值(GVF:气体体积分数)表征,其指示了气相的体积流量与流体的体积流量的比率。GVF值因此位于O和I之间或者位于O和100%之间,其中,O值表示只有液相存在,I值或100%表示只有气相存在。
[0060]图2示出了对于5个不同的GVF值,压力差DP与流速Q的依赖关系。相应的GVF值在由101指示的iso-GVF曲线上是恒定的,显示为实线。在这方面,最低的iso-GVF曲线101或距离图示的左边最远的曲线对应于最大的GVF值。iso-GVF曲线101在图中越高或越偏右边,则关联的GVF值越小。此外,iso-功率曲线102还显示为图2中的点划线,在其上,多相栗I的相应功耗是恒定的。
[0061]此外,下喘振极限曲线50也显示于图2中(以实线),其通常也称作喘振线。如果超过此下喘振极限曲线50,使得多相栗I移动到下喘振极限曲线50上方的由40标记的区域中,则多相栗I处于不稳定的操作状态。参照图2可以容易地认识到流体的实际相分布的变化如何可以非常突然地导致超过下喘振极限曲线50,并因此处于不稳定操作状态。实际相分布的变化例如对应于从一条i so-GVF曲线1I到另一条i so-GVF曲线的跳跃。
[0062]为了可靠地避免在多相栗I的操作期间在区域40中的这种不稳定操作状态,极限曲线60关于用作控制参数的操作参数被固定,并与下喘振极限曲线50间隔开,在根据图2的图示中,处在下喘振极限曲线50下面。极限曲线60在图2中显示为虚线。
[0063]如果在多相栗I的操作过程中,用作控制参数的操作参数现在达到极限曲线60,则喘振控制单元4控制控制阀9,使得通过返回管线8的流量提高,并且确实提高得很多,使得用作控制参数的操作参数的实际值移动离开极限曲线60,并离开不稳定操作状态的区域40 ο
[0064]为此目的,自然需要极限曲线或下喘振限制线对于特别用在喘振控制单元中的操作参数是已知的,并且其进展根据可以在多相栗I的操作过程中被简单可靠地测量或确定的值是已知的。
[0065]在这方面,已经证明了当操作参数对压力差的依赖由实际上通过多相栗I产生的压力差确定时,是特别有利的。极限曲线或下喘振极限线然后指示了操作参数和压力差之间的唯一关系。
[0066]原则上,所有操作参数都适于喘振控制。然而,已经证明的是,操作参数与驱动多相栗I的扭矩具有唯一的关系是有利的。驱动多相栗I的扭矩特别优选被用作操作参数。
[0067]扭矩是操作中经常可用的操作参数,因此允许有非常高的更新率。多相栗I采用的扭矩的实际值可以通过变频驱动器2在任何时候提供。
[0068]压力差DP可以以非常简单可靠的方式通过两个压力传感器11、12测量,压力传感器11、12将它们测量的压力值通过信号连接B和C相应地传输到喘振控制单元4,喘振控制单元4通过它来确定压力差DP的实际值。
[0069]为了确定由多相栗I采用的扭矩所用的极限曲线60’(图3)或下喘振极限线50’,优选使用在将多相栗I投入操作之前,例如在测试台上确定的实验数据。
[0070]图3示出了在扭矩相对压力差的应用中,极限曲线60’和下喘振极限线50’的图示。压力差DP示于水平轴上,由多相栗使用的扭矩T示于竖直轴上。由105标记的菱形表示实验确定的测试数据,其中,多相栗以不稳定操作状态运行。为了确定这些测试数据105,故意使多相
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