NO343024B1

NO343024B1 - Flerfase-fordelingssystem, undersjøisk varmeveksler og fremgangsmåte for temperaturstyring for hydrokarboner

Info

Publication number: NO343024B1
Application number: NO20140111A
Authority: NO
Inventors: Arne Olav Fredheim; Baard Kaasa; Bernt Henning Rusten; Knut Arild Maråk
Original assignee: Equinor Energy As
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2018-10-01
Also published as: GB2510710B; US20140318737A1; WO2013004276A1; CA2840508A1; GB2510710A; NO20140111A1; US9636606B2; GB201400890D0; CA2840508C; BR112013032863B1; AU2011372733A1; BR112013032863A8; AU2011372733B2; BR112013032863A2

Abstract

Oppfinnelsen vedrører et flerfase-fordelingssystem, en undersjøisk varmeveksler tilveiebrakt med et slikt flerfase-fordelingssystem, anvendelsen av et slikt flerfase-fordelingssystem og en fremgangsmåte for temperaturstyring for hydrokarboner. Oppfinnelsen tilveiebringer en forbedret kontroll over flerfase-blandinger omfattende hydrokarboner og forbedringer når det gjelder å styre varmevekslingsprosessene.

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører et flerfase-fordelingssystem. Oppfinnelsen vedrører ytterligere en undersjøisk varmeveksler tilveiebrakt med et slikt flerfase-fordelingssystem, anvendelsen av et slikt flerfase-fordelingssystem og en fremgangsmåte for temperaturstyring for hydrokarboner.

Bakgrunn

Temperaturen i en fremstilt hydrokarbonholdig strøm på undersjøisk nivå er generelt varm og kan normalt variere i temperatur i området 30–150 °C ved alminnelig trykk. Avhengig av temperaturen, trykket og bestanddelene i det fremstilte hydrokarbonet, oppnås vanligvis det fremstilte hydrokarbonet som en blanding av gasser og væske. Blandingen kan omfatte flere væskefaser, typisk minst en hydrokarbonfase og minst en vandig fase. For å prosessere eller transportere en slik varm hydrokarbonvæskestrøm kan det være nødvendig å regulere temperaturen på strømmen, typisk ved å kjøle strømmen til et spesifikt temperaturområde fra 0–60 °C.

En kjent type undersjøiske kjølere består av bunter av stålrør i hvilke den varme prosesstrømmen strømmer. Sjøvann som holder omtrent 4 °C, strømmer fritt over utsiden av rørene og kjøler prosesstrømmen direkte ved at varme spres gjennom stålrørsveggene til det omgivende sjøvannet. Mengden av kjøling avhenger sterkt av havstrømmen, ettersom varmeoverføringen økes mange ganger dersom det er sterk havstrøm. Dermed bestemmes prosesstrømmens utløpstemperatur av ikke-styrbare variabler.

Hydrokarbonvæsker kan utvikle voks og hydratavsetninger når de kjøles til under visse temperaturer. En oppbygning av voks og/eller hydratavsetninger inni rør eller prosessutstyr vil redusere kapasiteten til delene og i verste fall føre til blokkering, noe som stopper produksjon og både er tidkrevende og kostbart å fjerne. Ikke-styrbar kjøling av hydrokarbonvæsker på undersjøisk nivå er følgelig ikke ønskelig, ettersom utløpstemperaturen til slike kjølere kan resultere i uønskede prosessbetingelser, slik som temperaturer under voks- eller hydratdannelsestemperaturen i væsken.

WO 2011/008101 A2 beskriver en undersjøisk kjøleenhet som omfatter et første topprør, et andre topprør som har sin langsgående akse hovedsakelig parallelt med og i avstand fra det første topprør og er anordnet mellom det første og andre topprør, og minst ett sett med kjøligere spoler; hvor det minst ene sett er dannet slik at spolene i det ene settet er anordnet i ett plan.

WO 2008/147219 (FMC Kongsberg Subsea) beskriver en undersjøisk kjøleenhet som har et innløp for en varm væske og et utløp for kjølt væske, der kjøleenheten omfatter et antall kveilerør som utsettes for sjøvann, og middel for å generere en strømning av sjøvann forbi kveilene, der middelet for å generere strømningen av sjøvann omfatter en

propell og en roterbar aktuator, og hvori kjøleren er innelukket i en gang.

WO 2010/002272 (Aker Sub sea AS) vedrører en undersjøisk konveksjonsvarmeveksler for å kjøle eller varme en hydrokarbonholdig væske i undersjøisk miljø. Varmeveksleren omfatter en konveksjonsseksjon med et væskeførende hovedrør tilpasset for varmeoverføring mellom hydrokarbonvæsken som

føres på den ene siden av rørveggen, og det omgivende vannet på den motsatte siden av rørveggen. Konveksjonsseksjonen er innelukket ved hjelp av en innlukning med et sjøvannsinnløp og et sjøvannsutløp, og varmeveksleren er tilveiebrakt med middel for styrt gjennomstrømning av det omgivende sjøvannet fra sjøvannsinnløpet til sjøvannsutløpet.

Kort beskrivelse av og formålet med oppfinnelsen

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe forbedret styring over flerfaseblandinger, særlig for gass/væske-blandinger. Mer spesifikt er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et forbedret flerfase-fordelingssystem for anvendelse i en undersjøisk varmeveksler. Det er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe forbedret styring over flerfase-blandinger omfattende hydrokarboner. Mer spesifikt formålet å tilveiebringe middel for å styre varmevekslingsprosessene på bedre måter enn det som er mulig med eksisterende varmevekslere.

Oppfinnelsen tilveiebringer et undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem for en gass/væske-blanding omfattende hydrokarboner og et antihydratdannende middel, hvor det undersjøiske flerfase-fordelings og varmevekslersystemet omfatter minst ett fordelingskammer tilveiebrakt med en fordelingsflate for å spre væsken, minst ett innløp som er anordnet for å tilføre en hydrokarbonholdig gass/væske-blanding til fordelingsflaten, et oppsamlingsrom som minst delvis defineres

av fordelingsflaten, for å samle opp gass som er separert fra gass/væske-blandingen, flere utløpselementer som er anordnet på fordelingsflaten og flere varmevekslingskanaler, hvor hver varmevekslingskanal er forbundet med eller danner et respektivt utløpselement. Hvert utløpselement er konfigurert til å transportere gass fra oppsamlingsrommet og væske fra fordelingsflaten vekk fra flerfasefordelingssystemet til en respektiv varmevekslingskanal. Hvert utløpselement omfatter minst én strømningsslisse og strømningsslissen er anordnet for å tilveiebringe et gasstrømningsareal for transport av gass fra oppsamlingsrommet og et væskestrømningsareal for transport av væske fra fordelingsflaten, slik at både gass og væske transporteres i hvert utløpselement til hver respektive varmevekslingskanal for å transportere gass fra oppsamlingsrommet og væske fra fordelingsflaten, bort fra flerfase-fordelingssystemet.

Flerfase-fordelingssystemet muliggjør en mer styrt tilførsel av flerfase-blandingen til påfølgende prosesseringsenheter, for eksempel en varmeveksler. Systemet gjør det mulig å styre strømningen av gass og én eller flere væskefaser, hvilket tilveiebringer et mer stabilt forhold mellom væskefaser og gass i et forutbestemt område.

Separeringen i væske- og gassfasen og senere tilførsel av for eksempel gassholdig og flytende hydrokarbon til utløpene, muliggjør en mer styrt senere prosess, for eksempel en varmevekslingsprosess i varmevekslerkanaler som kan være forbundet med utløpene i en senere varmevekslingsenhet. Dermed utnyttes varmevekslerens kapasitet optimalt sammenlignet med en situasjon hvori gass/væske-blandingen ledes direkte til varmevekslingskanalene. Dette gjør det enklere å styre utløpsprosesstrømmens temperatur og gir bedre styring over den mulige dannelsen av hydrater eller voks som kan tilstoppe varmevekslerkanalene, typisk i rør med en relativt lav strømning, noe som kan oppstå når strømmen er ujevnt fordelt i varmevekslerkanalene.

Fordelingskammeret kan ha en hvilken som helst egnet utforming og er konstruert for å

motstå trykk på dypt hav. Foretrukne former på fordelingskamre som er konstruert for anvendelse på dyphav, er rørformede og kuppelformede kamre som foretrukket er fremstilt av sveiset stål. Fordelingsflaten kan være en vegg eller et gulv i fordelingskammeret.

Innløpet kan for eksempel være et hovedrørinnløp fra en hydrokarbonvæskekilde. Fordelingskamrene kan ha flere innløp som kan være forbundet med det samme eller andre hydrokarbonkilder. Eventuelt kan fordelingskammeret også være tilveiebrakt med én eller flere tilleggsinnløp som for eksempel kan anvendes for å rense væskene eller tilføre flere kjemikalier til hydrokarbonet for eventuell iblanding med hydrokarbonet, for eksempel kjemikalier for å hindre eller reversere dannelsen av hydrater eller vokstilstopping i varmevekslerkanalene. Flerfase-fordelingssystemet forbedrer også fordelingen av slike additiver i varmevekslerkanalene.

Utløpselementene er anordnet for forbindelse med flere varmevekslingskanaler som kan forbindes med utløpselementene. I en foretrukket utførelsesform kan utløpselementene også konstrueres fra varmevekslingskanalenes fjerne ender. Det er foretrukket dersom antallet utløpselementer samsvarer med antallet varmevekslingskanaler, men det er også mulig å ha flere utløp som er forbundet med én varmevekslerkanal, eller flere varmevekslerkanaler som er forbundet med ett enkelt utløpselement. Utløpselementene kan anordnes i forskjellige mønstre på fordelingsflaten. Samtlige utløpselement kan være lignende, men de kan også variere, avhengig av ønsket fordeling av væsken i varmevekslerkanalene.

Foretrukket springer utløpselementene frem fra fordelingsflaten mot oppsamlingsrommet. Ettersom utløpselementene springer frem fra fordelingsflaten kan både væsken og gassen gå inn i utløpselementene samtidig, avhengig av væskenivået

Det er foretrukket dersom utløpselementet har en i det vesentlige rørformet form. Den rørformede formens åpne ende er spesielt egnet som inngang for gass og/eller væske og kan med letthet tilpasses ved hjelp av standardverktøy. Foretrukket er utløpselementene utformet for å transportere bort både gass og væske samtidig.

Foretrukket omfatter utløpselementet minst én strømningsslisse, hvori strømningsslissen er anordnet for å tilveiebringe et gasstrømningsareal for å transportere gass fra oppsamlingsrommet, og et væskestrømningsareal for å transportere væske fra fordelingsflaten. Strømningsarealet som er tilgjengelig for væskefasen og gassfasen, vil variere med den innkommende strømningsraten og væskefraksjonen. Strømningsarealet for gass og væske ut av fordelingskammeret, er selvregulerende. Innenfor et forutbestemt væskenivåområde kompenserer strømningsarealprofilen for en økning i strømningsnivået ved at væsken kan få tilgang til et større strømningsareal, hvilket bidrar til å justere strømningsnivået til innenfor et forutbestemt område av væskenivåer, samtidig som forholdet mellom gass og væske som går inn i utløpselementet, styres. Væske- og gasslissene kan ha forskjellige former som er egnet til å oppnå dette, og kan også definere underarealer til én slisse. Slissene kan ha lignende former, men andre former kan også kombineres.

Utløpselementene kan være tilveiebrakt med ett eller flere strømningsslisser.

Strømningsslissene kan for eksempel være en åpning eller flere åpninger som er dannet i veggen og/eller den fjerne enden av et rør. Ideelt sett er strømningsslissen anordnet slik at væskefaser kan gå inn i utløpselementet og ledes langs veggen i en utløpskanal, mens gassfasen ledes til et sentralt parti av utløpskanalen. Dette gir god styring over gasstrømningsraten og væskestrømningen gjennom hvert utløpselement.

Det er fordelaktig dersom minst én strømningsslisse er anordnet for å tilveiebringe en strømningsarealprofil, hvori væskestrømningsarealet øker som en funksjon av det økende væskenivået på fordelingsflaten. Strømningsarealprofilen fastsettes av strømningsslissens eller slissenes form og utforming og deres orientering og vertikale posisjon med hensyn til fordelingsflaten. Følgelig er strømningen av væske gjennom utløpet selvstyrt ved det horisontale nivået av væske på fordelingsflaten. Ettersom dette kan oppnås uten bevegelige deler, er risikoen for defekter relativt lav. Typisk kan ikke det tilgjengelige væskestrømningsarealet øke ytterligere når alle strømningsslissene er dekket med væske, men dersom væskenivået synker under nivåene som dekkes av strømningsslissen, vil ikke væskestrømningsarealet være tilgjengelig og alle strømningsslissene blir tilgjengelige som et gasstrømningsareal. Foretrukket er det totale strømningsarealet som er tilgjengelig for både gass og væske, konstant, hvilket betyr at væskestrømningsarealet øker på bekostning av gasstrømningsarealet og vice versa. Forskjellige utløpselementer kan ha forskjellige strømningsarealprofiler.

Foretrukket, for minst en del av strømningsarealprofilen øker væskestrømningsarealet som en ikke-lineær funksjon av det økende væskenivået på fordelingsflaten. En ikke lineær funksjon muliggjør mer presis dynamisk styring over strømningsraten som svar på endrende væskenivåer, uten behov for bevegelige deler. Den ikke-lineære funksjonen kan for eksempel omfatte en eksponentiell funksjon som kan omfatte konvekse og/eller konkave kurver, og dessuten plane og hellende arealer og trinnvise økninger.

Mest foretrukket, for minst en del av strømningsarealprofilen øker væskestrømningsarealet raskere enn økningen i væskenivået på fordelingsflaten.

Følgelig fører et høyt væskenivå til en økt væskestrømningsrate, hvilket bidrar til å holde væskenivået på fordelingsflaten mellom forutbestemte nivåer.

Det er fordelaktig dersom væskeslissen omfatter minst én V-form. Den V-formede slissen, foretrukket med det smalere strømningsarealet nærmere fordelingsflaten, muliggjør enkel styring over væskenivåer. V-formen kan ha rette ben, men den kan også ha krumme ben for en enda mer raffinert styring over væskenivåene.

Utløpselementene kan være tilveiebrakt med én V-formet slisse eller flere V-formede slisser. For rørformede utløpselement kan det være spesielt attraktivt å ha to motstående V-formede elementer som er relativt enkle å skjære ut fra en rørende.

I en annen foretrukket utførelsesform omfatter væskeslissen minst ett i det vesentlige sirkelformet eller ellipsoid hull. Strømningsarealet defineres enkelt ved hullets diameter. Foretrukket anvendes flere hull med identiske eller forskjellig diametere til å definere et væskehullmønster.

I enda andre foretrukne utførelsesformer omfatter væskeslissen minst én spalte.

Spalter er relativt enkle å fremstille. Spaltene kan rettes vinkelrett på fordelingsflaten, under og vinklet mot fordelingsflaten eller i det vesentlige parallelt med fordelingsflaten. Rette spalter er foretrukket ettersom disse er enklere å maskinere til for eksempel en fjern ende av et rør.

Det er fordelaktig dersom utløpselementet omfatter flere væskeslisser som er anordnet i et mønster. Mønstrene gjør det enkelt å tilveiebringe et ønsket strømningsareal kontra væskenivåprofil.

Foretrukket har flerfase-fordelingssystemet ifølge oppfinnelsen et fordelingskammer tilveiebrakt med minst ett ledeelement (eng.: baffle element) anordnet for å hindre direkte spill av gass/væske-blandingen fra innløpet til utløpene. Dette muliggjør forbedret styring over strømningen som ledes til varmevekslerkanalene gjennom utløpene.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en undersjøisk varmeveksler omfattende et flerfasefordelingssystem ifølge oppfinnelsen, hvori utløpselementene i flerfasefordelingssystemet er forbundet med varmevekslingselementer. Dette tilveiebringer varmeveksleren med fordelene beskrevet heri.

Flerfase-fordelingssystemet kan integreres med den undersjøiske varmeveksleren eller en annen innretning for å prosessere flerfase-blandinger, eller den kan tilveiebringes som en modulær enhet. Utløpselementene i flerfase-fordelingssystemet kan faktisk være de fjerne endene av varmevekslerkanalene. I en konveksjonsvarmeveksler er det foretrukket dersom flerfase-fordelingssystemet er plassert over varmevekslerkanalene.

Oppfinnelsen tilveiebringer ytterligere en fremgangsmåte for temperaturstyring for hydrokarboner, omfattende trinnene med å tilveiebringe en væskefraksjon av hydrokarboner, tilveiebringe en gassholdig fraksjon av hydrokarboner, tilveiebringe en rørformet varmevekslingskanal og overføre væskefraksjonen og den gassholdige fraksjonen til varmevekslingskanalen, hvori væskefraksjonen hovedsakelig transporteres gjennom kanalen langs en vegg i kanalen, og den gassholdige fraksjonen transporteres hovedsakelig gjennom et sentralt parti bort fra veggen i kanalen. Foretrukket utføres denne fremgangsmåten ved hjelp av et flerfasefordelingssystem ifølge oppfinnelsen.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil nå ytterligere belyses ved følgende ikke-begrensende utførelsesformer.

Figur 1 viser en undersjøisk varmeveksler ifølge oppfinnelsen.

Figur 2a–2c viser eksempler på flerfase-fordelingssystemer ifølge oppfinnelsen.

Figur 3a–3d viser eksempler på flerfase-utløpselementer ifølge oppfinnelsen.

Figur 4 viser eksempler på strømningsarealprofiler for flerfase-utløpselementer ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figur 1 viser et tverrsnittsriss av en første utførelsesform av en varmeveksler 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Varmeveksleren 1 omfatter en flerfasefordelingsmanifold (eng.: multi-phase distribution header) 10 og en konveksjonsvarmevekslerseksjon 20.

Tofase-fordelingsmanifolden 10 omfatter et innlukingsskall tilveiebrakt med et innløp 11, gjennom hvilket en varm blanding av flytende og gassholdige hydrokarboner tilføres. Eventuelt kan innlukningen tilveiebringes med ett eller flere ytterligere innløp 12, gjennom hvilke ytterligere strømmer av hydrokarboner eller additiver slik som antihydratmiddel eller antivoksdannende middel, kan innføres i den fremstilte hydrokarbonblandingen.

Væskefraksjonen 13 i hydrokarbonene samles opp og spres utover fordelingsgulvets 14 flate, mens den gassholdige fraksjonen inneholdes i oppsamlingsrommet 15 over fordelingsgulvet 14. Flere utløpsrør 16 springer frem fra gulvet 14, som er utformet for å transportere fraksjoner av gass og væske 13 sammen til varmevekslerhovedrørene 17. I varmevekslerrør kjøles både gass- og væskefraksjonene, noe som vanligvis gjør at minst en del av gassen kondenserer til en væske. Denne kjølingen kan gjøres direkte ved å føre sjøvann forbi varmevekslerrørenes 17 ytre, eller ved indirekte kjøling

ved hjelp av et varmeoverføringssystem med et mellomliggende kjølingsmedium.

Rørenes 17 oppsett inne i konveksjonsseksjonen 20 kan være sammenstilt på en helisk måte som vist i figur 1, slik som i en helisk spiralviklet anordning, hvori et stort varmeoverføringsareal er muliggjort innenfor et lite volum. Den kjølte hydrokarbonblandingen transporteres så bort fra varmevekslerrørene 17 gjennom en felles utløpskanal 18.

Forskjellig typer flerfase-fordelingsmanifolder kan anvendes i varmeveksleren. I figur 2a–2c vises eksempler på egnede fordelingsmanifolder. Detaljer om ulike typer utløpsrør 16 vises i eksemplene som gis i figur 3a–3d.

Figur 2a viser en utførelsesform av en tofase-fordelingsmanifold 21 som avviker fra manifolden i fig. 1, hvori innløpet 22 er bøyd og innløpets 22 utgangsåpning er rettet mot veggen i skallinnlukningen 23. Skallinnlukningen 23 virker som en ledeplate som muliggjør forbedret separering av gass- og væskefraksjonen. Væskefraksjonen 24 samles opp ved bunnflaten 25, mens den gassholdige fasen sammenstilles i oppsamlingsrommet 26 over bunnflaten 25. Bunnflaten 25 er tilveiebrakt med flere utløpselementer 27 som på en styrt måte transporterer væsken og gassen til varmevekslerhovedrørene (som vist i fig.1). Detaljer i eksemplene på utløpselementer 27 som kan anvendes, vises i figur 3a–d. For tydeliggjøring vises kun tre utløpselementer 27, men mange flere utløpselementer kan være til stede. Typisk er ett utløpselement 27 forbundet med ett varmevekslerhovedrør. Utløpselementene 27 kan anordnes i ulike mønstre på bunnflaten 25.

Figur 2b viser en annen alternativ utførelsesform av en tofase-fordelingsmanifold 31, hvori innløpet 32 er rettet mot en skråstilt ledeplate 38 som er anordnet i skallinnlukningen 33. Den skråstilte ledeplaten 38 er plassert som et skjold og avleder strømmen av væske/gass-blandingen til sidene av innlukningen 33 og hindrer direkte spill av væske/gass-blandingen fra inngangsinnløpet 32 til utløpselementene 37.

Væskefraksjonen 34 samles opp ved bunnflaten 35, mens den gassholdige fasen sammenstilles i oppsamlingsrommet 36 over bunnflaten 35. Bunnflaten 35 er tilveiebrakt med flere utløpselementer 37 lignende de i fig. 2a.

Figur 2c viser en annen alternativ utførelsesform av en tofase-fordelingsmanifold 41, hvori innløpet 42 er plassert på siden i skallinnlukningen 43 og er rettet mot en ledeplate 48 anordnet deri. Ledeplaten 48 er plassert som et skjold og hindrer direkte inngang av væske/gass-blandingen fra inngangsinnløpet 42 til utløpselementene 47. Væskefraksjonen 44 samles opp ved bunnflaten 45, mens den gassholdige fasen sammenstilles i oppsamlingsrommet 46 over bunnflaten 45. Bunnflaten 45 er tilveiebrakt med flere utløpselementer 47 lignende de i fig. 2a og fig. 2b.

Figur 3a viser et rørformet utløpselement 50 anordnet i en bunnflate 51.

Utløpselementet 50 omfatter en i det vesentlige V-formet todelt slisse 52 som gjør at væskefraksjonen 53 kan gå inn i røret 54 som en film langs rørveggen 54, mens den gassholdige fraksjonen går inn i røret 54 fra toppen og transporteres gjennom rørets sentrum 55. V-formen muliggjør selvregulering av nivået av væsken 53 og sikrer at den

tilgjengelige inngangsslissen inn til røret, blir større når væskenivået 53 stiger, og følgelig muliggjør en større væskestrømning til røret 54 som leder til varmevekslerarealet. V-formen kan avvike fra utformingen som vises her. Røret 54 kan

ha flere V-formede slisser 53, og den reelle V-formen kan ha forskjellige vinkler α, og sidene i V-en kan være rette eller krumme.

Figur 3b viser en alternativ utførelsesform av et rørformet utløpselement 60 anordnet i en bunnflate 61. Utløpselementet 60 omfatter flere sirkelformede, ellipsoide eller på annen måte formede slisser 62, hvori slissene 62 har et økende slisseareal fra nær bunnflaten 61 til posisjoner borte fra flaten 61. I dette eksempelet ble slissene anordnet på en lineær måte, men slissene kan anordnes i henhold til forskjellige mønstre. Det totale slissearealet tilgjengelig for gjennomstrømning av væsken 63 øker på en ikkelineær måte fra bunnsiden mot den åpne rørenden 64. Med økende væskenivåer vil arealet i rørenden som er tilgjengelig for gjennomstrømning av gass 65 som er til stede over væsken 63, i det vesentlige holde seg uendret. Det økende totale slissearealet muliggjør selvregulering av nivået av væsken 63 og sikrer at det tilgjengelige inngangsarealet inn til røret, blir større når væskenivået 63 stiger, og følgelig muliggjør

en større strømning til røret 66 som leder til varmevekslerarealet. Slissen muliggjør at væskefraksjonen 63 går inn i røret 66 som en film langs rørveggen 66, mens den gassholdige fraksjonen går inn i røret fra toppen 64 og transporteres hovedsakelig gjennom rørets sentrum 67.

Figur 3c viser en alternativ utførelsesform av et rørformet utløpselement 70 som er anordnet i en bunnflate 71. Utløpselementet 70 omfatter flere sirkelformede, ellipsoide eller på annen måte formede slisser 72, med i det vesentlig samme størrelse. Slisser av samme størrelse gjør det mulig å fremstille rørenden ved å anvende det samme verktøyet, slik som en drill. Tettheten av slissene øker fra bunnsiden 71 mot den åpne toppen 73 av røret 74, hvilket samsvarer med en i det vesentlige lineær økning av det totale tilgjengelige slissearealet for væsken når nivået av væskefraksjonen 75 stiger, for minst en del av væskenivåenes område. Det er imidlertid også relativt enkelt å danne et ikke-lineært slisseareal kontra væskenivåprofil ved hjelp av et hullemønster. Med økende væskenivåer vil arealet i den åpne rørenden 73 som er tilgjengelig for gjennomstrømning av gass 76 som er til stede over væsken 75, i det vesentlige holde seg uendret. Det økende totale slissearealet muliggjør selvregulering av nivået av væsken 75, slissene 72 gjør at væskefraksjonen 75 kan gå inn i røret 74 som en 77 film langs rørveggen 74, mens den gassholdige fraksjonen går inn i røret fra toppen 73 og transporteres hovedsakelig gjennom rørets sentrumsseksjon 78.

Figur 3d viser enda en alternativ utførelsesform av et rørformet utløpselement 80 anordnet i en bunnflate 81. Utløpselementet 80 omfatter flere rette spalter 82 som er utskåret fra toppen 83 av rørveggen 84 mot bunnflaten 81. Spaltene er i det vesentlig vinkelrette mot flaten 81 i dette eksempelet, men kan også skjæres ut under en vinkel. Gjennom å variere dybden og tettheten til spaltene 82 av en viss dybde, er det enkelt å oppnå ønsket profil for slissearealet kontra nivået av væsken 85 ved hjelp av relativt enkle verktøy. Dessuten er det relativt enkelt å rense spalter 82 med en strøm av rensevæske eller verktøy slik som en børste. Med økende væskenivåer vil arealet i den åpne rørenden 83 som er tilgjengelig for gjennomstrømning av gass 86 som er til stede over væsken 85, i det vesentlige holde seg uendret. Det økende totale slissearealet muliggjør selvregulering av nivået av væsken 85. Slissene 82 muliggjør at væskefraksjonen 85 kan gå inn i røret 84 som en film 87 langs rørveggen 84, mens den gassholdige fraksjonen går inn i røret fra toppen 83 og transporteres hovedsakelig gjennom rørets 84 sentrumsseksjon 88.

Figur 4 viser eksempler på strømningsarealprofiler for flerfase-utløpselementer ifølge oppfinnelsen. Profilene vises som strømningsarealet som opptas av væskefasen som en prosent av det totale tilgjengelige strømningsarealet (Available Flow Area, AFA) for

både gass- og væskefasene, som en funksjon av nivået av væskefasene som beregnes fra bunnen av fordelingskammeret, fra hvilken flerfase-utløpselementet springer frem hvis vi går ut fra en horisontal fordelingsflate. Prosentnivået er tilfeldig valgt for hver profil. Strømningsprofilene som vises her, samt variasjoner av disse strømningsprofilene, kan oppnås gjennom ulike typer av utløpselementer, for eksempel

gjennom modifisering av utløpselementene som vises i figur 3a–3d.

Strømningsprofilene er utformet for å styre strømningsraten til væskeinnmatingen ved å dempe svingninger i væskenivåer, hvilket muliggjør styring over utmatingens væske/gass-forhold som for eksempel kan mates til en varmeveksler. Varmevekslere som er tilveiebrakt med en styrt innmating av væske, og som vil fungere mer effektivt. Strømningsarealprofil A viser en trinnvis økning i strømningsarealprofilen, som for eksempel kan oppnås ved et vertikalt åpent rør som er tilveiebrakt med flere slisser med økende diameter anordnet vertikalt. Dette resulterer i en trinnvis eksponentiell økende profil som tilveiebringer et større strømningsareal når væskenivået stiger med hensyn til fordelingsarealet.

Strømningsarealprofilen B viser en eksponentiell AFA-økning ved relativt lave væskenivåer (<30 %), voksende til en lineær økning ved mellomliggende nivåer (30– 60 %), med en sakte økning til 100 % i den siste delen av kurven (>60 %). Den eksponentielle AFA-økningen i kurven er fordelaktig, ettersom dette tillater rask kompensasjon for væskenivået ved å drenere væsken stadig raskere ved høye væskenivåer, hvilket gjør det enklere å styre væskenivåene mellom forutbestemte grenser. Strømningsarealprofil C er noe lignende profil B og viser en eksponentiell økning i AFA ved kurvens start, mens ved over 50 % blir kurven i det vesentlige lineær opp mot 100 %.

Strømningsareal D viser en relativt sakte lineær AFA-økning, etterfulgt av et skarpt knepunkt med økning over 80 %. For den delen av strømningsarealprofilen før knepunktet rundt 80 %, er økningen i strømningsareal lavere enn økningen i væskenivå, mens for den delen av strømningsarealprofilen etter knepunktet rundt 80 %, er økningen i strømningsarealet høyere enn økningen i væskenivået.

Claims

Patentkrav

1. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem for en gass/væske-blanding omfattende hydrokarboner og et antihydratdannende middel, hvor det undersjøiske flerfase-fordelings og varmevekslersystemet omfatter:

- minst ett fordelingskammer utstyrt med en fordelingsflate for

spredning av væske,

- minst et innløp (11) arrangert for å tilveiebringe en hydrokarbonholdig gass/væske-blanding til fordelingsflaten,

- et oppsamlingsrom (15) som i det minste delvis er definert av fordelingsflaten, for

oppsamle gass separert fra gass/væskeblandingen,

- flere utløpselementer (27, 37, 47) anordnet på fordelingsflaten, og

- flere varmevekslingskanaler,

hvor hver varmevekslingskanal er forbundet med eller danner et respektivt utløpselement.

hvor hvert utløpselement (27, 37, 47) er konfigurert til å transportere gass fra oppsamlingsrommet (15) og væske fra fordelingsflaten vekk fra flerfase-fordelings og varmevekslersystemet til en respektiv varmevekslingskanal, og

hvor hvert utløpselement omfatter minst én strømningsslisse (52, 62, 72) og strømningsslissen er anordnet for å tilveiebringe et gasstrømningsareal for transport av gass fra oppsamlingsrommet (15) og et væskestrømningsareal for transport av væske fra fordelingsflaten, slik at både gass og væske transporteres i hvert utløpselement til hver respektive varmevekslingskanal.

2. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge krav 1, hvor utløpselementene (27, 37, 47) springer frem fra fordelingsflaten mot oppsamlingsrommet (15).

3. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge krav 1 eller 2, hvor utløpselementene (27, 37, 47) er utformet for å transportere bort både gass og væske samtidig.

4. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge krav 1, 2 eller 3, hvor den minst ene strømningsslissen (52, 62, 72) er anordnet for å tilveiebringe en strømningsareal-profil, hvor væskestrømningsarealet øker som en funksjon av det økende væske nivå på fordelingsflaten.

5. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge krav 4, hvor væskestrømningsarealet, for minst en del av strømningsarealprofilen, øker som en ikke-lineær funksjon av det økende væskenivået på fordelingsflaten.

6. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge krav 4 eller 5, hvor væskestrømningsarealet, for minst en del av strømningsarealprofilen, øker med en høyere rate enn økningen i væskenivået på fordelingsflaten.

7 Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge hvilke som helst av de foregående krav 4-6, hvor minst en del av den minst ene strømningsslisse (52, 62, 72) er V-formet.

8. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge hvilket som helst av de foregående krav 4-7, hvor den minst ene strømningsslisse (52, 62, 72) omfatter minst et i det vesentlige sirkulært eller ellipsoidisk hull.

9. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge hvilket som helst av de foregående krav 4-8, hvor den minst ene strømningsslisse (52, 62, 72) omfatter minst én spalte (82).

10. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge hvilket som helst av de foregående krav 4-9, hvor utløpselementet (27, 37, 47) omfatter flere strømningsslisser anordnet i et mønster.

11. Undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor fordelingskammeret er forsynt med minst et ledeelelement for å redusere strømningsmomentet og innrettet for å forhindre direkte utslipp av gass/væske-blandingen fra innløpet til utløpene.

12. Undersjøisk varmeveksler omfattende en undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor utløpselementene i flerfase-fordelingssystemet er forbundet med varmevekslingselementer.

13. Anvendelse av et flerfase-fordelingssystem ifølge hvilke som helst av kravene 1–11 for fordeling av en flerfase-blanding omfattende hydrokarboner.

14. Fremgangsmåte for temperaturstyring for flerfase-blandinger omfattende hydrokarboner ved anvendelse av et undersjøisk flerfase-fordelings og varmevekslersystem ifølge hvilket som helst av kravene 1-11, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene:

å tilveiebringe en væskefraksjon av hydrokarboner i fordelingskammeret, å tilveiebringe en gassfraksjon av hydrokarboner i fordelingskammeret, og å overføre væskefraksjonen og gassfraksjonen til de respektive varmevekslingskanaler, hvor væskefraksjonen hovedsakelig transporteres gjennom hver kanal langs en vegg av kanalen, og gassfraksjonen blir transportert hovedsakelig gjennom et sentralt parti bort fra kanalens vegg.