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Dokumentenidentifikation DE69504979T2 04.03.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0767699
Titel DÄMPFUNG VON BRECHERSTRÖMUNG IN EINEM MEHRPHASIGEN FLÜSSIGKEITSSTROM
Anmelder Shell Internationale Research Maatschappij B.V., Den Haag/s'Gravenhage, NL
Erfinder HOLLENBERG, Jan, Frans, NL-1031 CM Amsterdam, NL;
DE WOLF, Sjoerd, NL-1031 CM Amsterdam, NL
Vertreter Dr. E. Jung, Dr. J. Schirdewahn, Dipl.-Ing. C. Gernhardt, 80803 München
DE-Aktenzeichen 69504979
Vertragsstaaten DE, DK, GB, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 27.06.1995
EP-Aktenzeichen 959249517
WO-Anmeldetag 27.06.1995
PCT-Aktenzeichen EP9502519
WO-Veröffentlichungsnummer 9600604
WO-Veröffentlichungsdatum 11.01.1996
EP-Offenlegungsdatum 16.04.1997
EP date of grant 23.09.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.1999
IPC-Hauptklasse B01D 19/00
IPC-Nebenklasse E21B 43/34   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf die Unterdrückung von Schwallströmen in einem mehrphasigen Fluidstrom. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und ein System zum Verhindern des Anwachsens von Flüssigkeitsschwallen in einer Strömung eines mehrphasigen Fluides, das durch ein Strömungsleitungssystem fließt, welches einen aufsteigenden Abschnitt und einen Gas/Flüssigkeits-Separator stromabwärts des aufsteigenden Abschnittes aufweist.

In der Öl- und Gasindustrie ist es allgemeine Praxis, ein mehrphasiges Fluid, das Rohöl oder Kondensat, Wasser und Gas enthält, von einer Quelle über ein Einzelpipelinesystem zu einer Verarbeitungsanlage zu befördern. Beispielsweise werden im Falle der Offhore-Ölförderung Rohöl, Förderwasser und damit verbundenes Gas im allgemeinen gleichzeitig durch eine einzige Unterwasserpipeline zu einer Gas/Flüssigkeits-Trennanlage befördert, die an der Küste oder auf einer Offshore-Plattform liegt. Es ist bekannt, daß verschiedene Strömungszustände in einer solchen mehrphasigen Fluidströmung auftreten können, einschließlich einer geschichteten Strömung, einer Kernströmung, einer Nebelströmung und einer Schwallströmung. Von diesen Strömungszuständen muß im allgemeinen die Schwallströmung vermieden werden, da sie aus abwechselnden Chargen von Flüssigkeitswogen (auch als Schwalle bezeichnet) und Gaswogen besteht. Unter bestimmten Strömungsbedingungen kann leicht ein Anwachsen der Flüssigkeitsschwalle auftreten, was zu ernsthaften Schwallbildungen führt, wodurch ein Strömungsmuster aus abwechselndem Förderausfall (keine Strömung) und großen Flüssigkeitsschwallen und Gaswogen am Ausgang des Strömungsleitungssystems auftritt. Das Zuführen eines solchen abwechselnden Musters aus Flüssigkeitsschwallen und Gaswogen zu einem Gas/Flüssigkeits-Separator reduziert stark den Wirkungsgrad des Separators, da der Gas/Flüssigkeits-Separator mit akzeptablen Druckschwankungen betrieben werden muß und einen annehmbar niedrigen Flüssigkeitsgehalt in der Gasauslaßleitung sowie einen annehmbar geringen Gasgehalt in der Flüssigkeitsauslaßleitung liefern sollte.

Ein Verfahren zum Verhindern des Anwachsens von Schwallen in einem Pipelinesystem während der gleichzeitigen Beförderung eines Gases und einer Flüssigkeit durch das Pipelinesystem hindurch ist in "Oil & Gas Journal", 12. Nov. 1979, offenbart. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein Ventil an der Oberseite eines Risers angeordnet, welches Ventil manuell oder automatisch so geregelt wird, daß der Pipelinedruck stromaufwärts des Risers minimiert und die Differenzdruckschwankungen im Riser minimiert werden. Sender werden verwendet, um Drucksignale zum Regeln des Ventiles zu übertragen, welche Sender an einem Unterwasserabschnitt des Pipelinesystem montiert werden. Dieses bekannte Verfahren beruht auf den Annahmen, daß starke Schwallbildung nur in Pipelines auftritt, die einen in Strömungsrichtung gesehen abwärts geneigten Abschnitt haben, und daß das Schwallwachstum verhindert werden kann, indem der volumetrische Fluidfluß als Funktion der Fluiddruckschwankungen geregelt wird.

Die JP-A-63-274408 offenbart eine Separatorsteuerungsvorrichtung, welche ein Ventil in einem Gasauslaß eines Gas/Flüssigkeits-Separators einstellt, indem die Ausgänge eines Überschall-Mehrphasenströmungsmessers im Einlaß des Separators und eines Manometers im Inneren des Separators addiert werden, um einen konstanten Druck im Separator zu errichten.

Die EP-B-410 522 offenbart ein Verfahren zum Verhindern eines Schwallanwachsens in einem mehrphasigen Fluidstrom, der aus einer Strömungsleitung in einen Gas/Flüssigkeits-Separator fließt, wobei Fluidströmungsratensteuerungsmittel vorgesehen sind, um die Fluidströmungsrate zu verändern.

Dieses bekannte Verfahren umfaßt das Messen der Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß des Separators und der Gasströmungsrate in dessen Gasauslaß, das Bestimmen des Fluidflusses definiert als die Summe der Flüssigkeitsströmungsrate und der Gasströmungsrate, und das Betreiben der Fluidströmungsratensteuerungsmittel so, daß Schwankungen des Fluidflusses reduziert werden. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens und des in der JP-A-63-274408 offenbarten Verfahrens ist, daß die Messung der Summe der Flüssigkeits- und Gasströmungsrate in einem mehrphasigen Fluidstrom schwierig ist und komplizierte Meßeinrichtungen erfordert.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und System zum Verhindern des Anwachsens von Flüssigkeitsschwallen in einem Strömungsleitungssystem zu schaffen.

Noch spezieller zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zum Verhindern des Anwachsens von Flüssigkeitsschwallen in einem mehrphasigen Fluidstrom zu schaffen, der aus einer Strömungsleitung in einen Gas/Flüssigkeits-Separator strömt, welcher einen mit Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmitteln ausgestatteten Flüssigkeitsauslaß und einen mit Gasströmungsratensteuerungsmitteln ausgestatteten Gasauslaß aufweist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die Schritte:

- Messen eines Flüssigkeitspegels im Separator;

- Messen zumindest einer Steuervariablen, die aus der Gruppe: Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß, Gasströmungsrate im Gasauslaß, Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß und Gasströmungsrate im Gasauslaß, und Fluiddruck an oder nahe dem Separator gewählt wird; und

- Betreiben der Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmittel und der Gasströmungsratensteuerungsmittel im wesentlichen auf Grundlage der genannten Messungen, um eine Differenz zwischen dem Flüssigkeitspegel und einem ausgewählten Referenzwert des Flüssigkeitspegels zu reduzieren und um eine Differenz zwischen der Steuervariablen und einem ausgewählten Referenzwert der Steuervariablen zu reduzieren.

Durch Steuern des Flüssigkeitspegels im Separator auf einen Wert so konstant wie möglich und durch Steuern der Steuervariablen auf einen Wert so konstant wie möglich wird eine verbesserte Kontrolle über den Strömungszustand im Strömungsleitungssystem erreicht, so daß ein Anwachsen von Flüssigkeitsschwallen auf verbesserte Weise verhindert werden kann. Darüber hinaus wurde gefunden, daß anstelle des Auswählens des Fluidflusses (welcher die Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate und Gasströmungsrate ist) als die gesteuerte Variable die Flüssigkeitsströmungsrate, die Gasströmungsrate oder der Fluiddruck als die gesteuerte Variable gewählt werden können.

Darüber hinaus zielt die vorliegende Erfindung auch darauf ab, ein System zum Verhindern des Anwachsens von Flüssigkeitsschwallen in einem mehrphasigen Fluidstrom zu schaffen, der von einer Strömungsleitung in einen Gas/Flüssigkeits-Separator strömt, wobei der Gas/Flüssigkeits-Separator einen mit Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmittel versehenen Flüssigkeitsauslaß und einen mit Gasströmungsratensteuerungsmittel versehenen Gasauslaß aufweist. Das System gemäß der Erfindung umfaßt:

- Mittel zum Messen eines Flüssigkeitspegels im Separator;

- Mittel zum Messen zumindest einer Steuervariablen aus der Gruppe: Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß, Gasströmungsrate im Gasauslaß, Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß und Gasströmungsrate im Gasauslaß, und Fluiddruck an oder nahe dem Separator; und

- Mittel zum Betreiben der Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmittel und der Gasströmungsratensteuerungsmittel im wesentlichen auf Basis der Ausgänge der genannten Meßmittel, um eine Differenz zwischen dem Flüssigkeitspegel und einem ausgewählten Referenzwert des Flüssigkeitspegels zu reduzieren und um eine Differenz zwischen der Steuervariablen und einem ausgewählten Referenzwert der Steuervariablen zu reduzieren.

Obwohl eine starke Schwallbildung eine Vielzahl von Ursachen haben kann, wird im allgemeinen angenommen, daß zwei physikalische Mechanismen zu starker Schwallbildung führen, u. zw. erstens das Ansammeln von Flüssigkeit an einem Tiefpunkt im Pipelinesystem, wodurch die Gasströmung blockiert wird, und zweitens ein Flüssigkeitsschwall, welcher die Geschwindigkeit des Fluids in der Pipeline reduziert, wenn er durch einen nach oben geneigten Teil des Pipelinesystems fließt, wodurch er einen erhöhten Gasdruck und eine erhöhte Flüssigkeitsverzögerung stromaufwärts des nach oben geneigten Teiles bewirkt. Ein solcher nach oben geneigter Teil kann beispielsweise eine Offshore-Fördersteigleitung sein. Wenn der Flüssigkeitsschwall den nach oben geneigten Teil verläßt, wird die Strömung geringfügig auf Grund des erhöhten Gasdruckes beschleunigt. Ein nächster Schwall stromaufwärts des den nach oben geneigten Teil verlassenden Schwalles wird ebenfalls beschleunigt und "spült" den verzögerten Flüssigkeitsaufbau sozusagen "aus". Daher wächst dieser nächste Schwall etwas an, was in der Folge zu verstärkten Geschwindigkeitsveränderungen führt. Auf diese Weise treten Flüssigkeitsschwalle von zunehmender Länge aus dem Pipelinesystem aus. Der zweite Mechanismus kann den ersten Mechanismus unterstützen, aber es hat sich gezeigt, daß er auch auftritt, wenn kein Tiefpunkt im Pipelinesystem vorhanden ist.

Bevorzugt bildet die Strömungsleitung den stromabwärtigen Endteil eines Unterwasserpipelinesystems, das zu einer Offshoreplattform führt, wobei der Endteil geeigneterweise ein Steigrohr ist, das in den Gas/Flüssigkeits-Separator mündet.

Die Steuerung des Flüssigkeitspegels im Separator wird wirksam erreicht, wenn die Flüssigkeitssteuerungsmittel so betrieben werden, daß die Differenz zwischen dem Flüssigkeitspegel und dem ausgewählten Referenzwert des Flüssigkeitspegels reduziert wird, und die Gasströmungsratensteuerungsmittel werden so betrieben, daß die Differenz zwischen der Steuervariablen und dem Referenzwert der Steuervariablen reduziert wird.

Während der Anfahrphase des Verfahrens, beispielsweise wenn die Steuerung von manuell auf automatisch umgeschaltet wird, was gerade nach einer Blockierung des Steigrohrabschnittes auf Grund der sich in einem Flüssigkeitsschwall ansammelnden Flüssigkeit sein kann, die in den Steigrohrabschnitt eingetreten ist, und gerade bevor der Flüssigkeitsschwall in den Separator eintritt, wird als Steuervariable bevorzugt der Fluiddruck an oder nahe dem Separator gewählt. Wenn während der Anfahrphase der Flüssigkeitsschwall begonnen hat, in den Separator zu strö men, wird als Steuervariable geeigneterweise die Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß des Separators gewählt.

Eine starke Schwallströmung kann wirksam unterdrückt werden, wenn als Steuervariable die Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß des Separators gewählt wird, entweder fortlaufend oder nach der Anfahrphase.

Alternativ kann als Steuervariable geeigneterweise die Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß und Gasströmungsrate im Gasströmungsauslaß gewählt werden, entweder kontinuierlich oder nach der Anfahrphase.

Der Referenzwert der Steuervariablen kann, wenn diese die Flüssigkeitsströmungsrate oder die Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate und Gasströmungsrate ist, erzeugt werden, indem eine Differenz zwischen dem Fluiddruck an oder nahe dem Separator und einem ausgewählten Referenzwert des Fluiddruckes reduziert wird.

Der hier angeführte Gas/Flüssigkeits-Separator kann eine ausreichende Kapazität zum Verarbeiten des Fluidstromes haben, in welchem Fall der Separator der einzige Separator im System ist. Alternativ kann der Separator ein Miniseparator sein, der stromaufwärts eines schwallfangenden Separators liegt. Der Miniseparator bildet dann einen Hauptseparator, dessen Gasauslaß und Flüssigkeitsauslaß in den schwallfangenden Separator münden, welcher einen Hilfsseparator bildet.

Die Erfindung wird nun ausführlicher an Hand eines Beispieles unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 schematisch ein Strömungsleitungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;

Fig. 2 schematisch ein Steuerungssystem zur Verwendung in dem Strömungsleitungssystem von Fig. 1 zeigt; und

Fig. 3 ein Diagramm zeigt, das die Veränderung der Flüssigkeitsströmung in einem Strömungsleitungssystem als Funktion der Zeit angibt, wobei das Verfahren der Erfindung angewendet wurde. In Fig. 3 stellt die horizontale Achse die Zeit in Sekunden dar und die vertikale Achse das Volumen der Flüssigkeit (in Litern) im großen Separator.

Das Strömungsleitungssystem von Fig. 1 weist eine Pipeline 1 auf, die sich am Meeresboden 3 von einem (nicht gezeigten) Bohrlochkopf zu einer Offshoreplattform 5 erstreckt, einen nach oben geneigten Pipelineabschnitt in Form eines Steigrohres 7, das an die Plattform 5 angeschlossen ist, und einen Gas/Flüssigkeits-Separator 9 mit einer Flüssigkeitsauslaßleitung 13 und einer Gasauslaßleitung 14. Die Flüssigkeitsauslaßleitung 13 ist mit einem Flüssigkeitsströmungssteuerungsventil 15 versehen, und die Gasauslaßleitung mit einem Gasströmungssteuerungsventil 16. Die Ventile 15, 16 können von jedem beliebigen Typ sein, z. B. ein Wirbelverstärker, wie er in "The Oilman", August 1987, Seiten 82-85, beschrieben ist. Ein Gasströmungsmeßgerät 17 ist in der Gasauslaßleitung 14 vorgesehen, und ein Flüssigkeitsströmungsmeßgerät 19 in der Flüssigkeitsauslaßleitung 13. Der Separator 9 ist ferner mit einem Flüssigkeitspegelmesser 25 und einem Druckmesser 27 versehen. Ein Steuerungssystem 30 ist vorgesehen, das Signale vom Gasströmungsmeßgerät 17, vom Flüssigkeitsströmungsmeßgerät 19, vom Flüssigkeitspegelmesser 25 und vom Druckmesser 27 empfängt, welches Steuerungssystem 30 die Ventile 15, 16 in Abhängigkeit von den vom Steuerungssystem 30 empfangenen Signalen steuert. Die Flüssigkeitsauslaßleitung 13 und die Gasauslaßleitung 14 sind mit dem Inneren eines schwallfangenden Separators (nicht gezeigt) in Fluidverbindung, der stromabwärts des Separators 9 liegt. Der schwallfangende Separator ist wesentlich größer als der Separator 9.

Fig. 2 zeigt schematisch das Steuerungssystem 30 von Fig. 1 mehr im Detail, wobei korrespondierende Bezugszeichen korrespondierende Komponenten bezeichnen. Die in Fig. 2 gezeigten Pfeile zeigen die Richtung der Übertragung von elektrischen Steuersignalen von einer Komponente zur anderen an. Das Steue rungssystem 30 enthält einen Flüssigkeitspegelkontroller 32, welcher das Ventil 15 in Abhängigkeit von Eingangssignalen betätigt, die vom Flüssigkeitspegelmesser 25 über eine Steuerleitung 34 und von einem Flüssigkeitspegeleinstellpunkt 36 über eine Steuerleitung 38 erhalten werden. Ein Druckkontroller 40 ist an das Ventil 16 über einen Schalter 42 und eine Steuerleitung 44 anschaltbar, um das Ventil 16 in Abhängigkeit von Eingangssignalen zu betätigen, die vom Druckmesser 27 über eine Steuerleitung 46 und von einem Druckeinstellpunkt 48 über eine Steuerleitung 49 erhalten werden. Ein Flüssigkeitsströmungsratensteuergerät 50 ist an das Ventil 16 über den Schalter 42 und eine Steuerleitung 44 anschaltbar, um das Ventil 16 in Abhängigkeit von Eingangssignalen zu betätigen, die vom Flüssigkeitsströmungsmeßgerät 19 über eine Steuerleitung 42 und von einem Flüssigkeitsströmungsrateneinstellpunkt 54 über eine Steuerleitung 55 erhalten werden. Ein Mischungssteuerungsgerät 56 ist an das Ventil 16 über den Schalter 42 und die Steuerleitung 44 anschaltbar, um das Ventil 16 in Abhängigkeit von Eingangssignalen zu betätigen, die vom Gasströmungsmeßgerät 17 über eine Steuerleitung 58, vom Flüssigkeitsströmungsmeßgerät 19 über eine Steuerleitung 60 und von einem Drucksteuerungsgerät 62 über eine Steuerleitung 64 erhalten werden. Die Signale in den Steuerleitungen 58, 60 werden summiert, um ein Fluidflußsignal zu erzeugen, welches zum Mischungssteuerungsgerät über eine Steuerleitung 59 übertragen wird. Das Drucksteuerungsgerät 62 erhält Eingangssignale vom Druckmesser 27 über eine Steuerleitung 65 und vom Druckeinstellpunkt 66 über eine Steuerleitung 67.

Im normalen Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Strömungsleitungssystems strömt eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit vom Bohrlochkopf durch die Unterwasserpipeline 1 und das Steigrohr 7 in den Gas/Flüssigkeits-Separator 9. Gas wird aus dem Separator 9 über die Gasauslaßleitung 14 ausgebracht, und Flüssigkeit über die Flüssigkeitsauslaßleitung 13. Der volumetrische Gasfluß in der Gasauslaßleitung 14 wird kontinuierlich mit Hilfe des volumetrischen Gasströmungsmeßgerätes 17 gemessen, und der volumetrische Flüssigkeitsfluß in der Flüssigkeitsauslaßleitung 13 wird kontinuierlich mit Hilfe des volumetrischen Flüssigkeits meßgerätes 19 gemessen. Der Flüssigkeitspegel im Separator 9 wird kontinuierlich mit Hilfe des Flüssigkeitspegelmessers 25 gemessen, und der Druck im Separator 9 wird kontinuierlich mit Hilfe des Druckmessers 27 gemessen.

Wenn die Steuerung der Fluidströmung mit Hilfe des Steuergerätes 30 gestartet wird, beispielsweise wenn die Steuerung von manuell auf automatisch geschaltet wird, gerade nach einer Blockierung des Steigrohres 7 auf Grund des Auftretens eines Schwalles, wird der Schalter 42 in die Stellung versetzt, in welcher das Drucksteuerungsgerät 40 an das Ventil 16 angeschaltet wird. Das Drucksteuerungsgerät 40 steuert das Ventil 16 so, daß eine Differenz zwischen einem Drucksignal vom Druckmesser 27 und einem Signal vom Einstellpunkt 48 minimiert wird. Das Steuerventil 15 wird vom Pegelsteuerungsgerät 32 so betätigt, daß eine Differenz zwischen einem Signal vom Flüssigkeitspegelmesser 25 und einem Signal vom Einstellpunkt 36 reduziert wird. Wenn der Flüssigkeitsschwall beginnt, in den Separator zu strömen, wird der Schalter 42 in die Stellung versetzt, in welcher das Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsgerät 50 an das Ventil 16 angeschaltet wird. Das Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsgerät 50 betätigt das Ventil 16 so, daß eine Differenz zwischen einem Flüssigkeitsströmungsratensignal vom Strömungsmeßgerät 19 und einem Signal vom Einstellpunkt 54 reduziert wird. Anschließend wird der Schalter 42 in die Stellung versetzt, in welcher das Mischungssteuerungsgerät 56 an das Ventil 16 angeschaltet wird, welches Mischungssteuerungsgerät 56 das Ventil 16 so einstellt, daß eine Differenz zwischen einem Fluidströmungsratensignal, definiert als Summe eines Flüssigkeitsströmungsratensignales vom Flüssigkeitsströmungsmeßgerät 19 und eines Gasströmungsratensignales vom Gasströmungsmeßgerät 17, und einem vom Drucksteuerungsgerät 62 erhaltenen Signal reduziert wird. Das Drucksteuerungsgerät 62 liefert ein Eingangssignal an das Mischungssteuerungsgerät 56 über die Steuerleitung 64, welches Eingangssignal darauf abzielt, eine Differenz zwischen einem Drucksignal vom Druckmesser 27 und einem Signal vom Einstellpunkt 66 zu reduzieren.

Versuche wurden in einem Pipelinesystem durchgeführt, das einen horizontalen Abschnitt von 50 m Länge, einen abwärts verlaufenden Abschnitt von 50 m Länge (Neigungswinkel 2º zur Horizontalebene) und einen vertikalen Steigrohrabschnitt von 16,2 m Länge hatte. Die Länge des Steuerungsleitungssystems war so, daß eine starke Schwallbildung auftrat. Der Innendurchmesser der Abschnitte betrug 0,05 m. An der Spitze des Steigrohres, dem stromabwärtigen Ende des Pipelinesystems, war ein Separator angeordnet. Eine Luft/Wasser-Fluidmischung, bei welcher das Wasser 20 Gew.-% Monoethylenglycol enthielt, wurde durch das Pipelinesystem gepumpt, wobei die oberflächliche Gasgeschwindigkeit und die oberflächliche Flüssigkeitsgeschwindigkeit am stromaufwärtigen Ende der Pipeline 0,215 m/s bzw. 0,184 m/s betrugen. Der Einstellpunkt-Druck der Drucksteuerungsgeräte 40 und 62 war 3 bar, und der Einstellpunkt des Pegelsteuerungsgerätes 32 war 50% des Innenvolumens des Gas/Flüssigkeit-Separators 9.

Die Ergebnisse dieser Experimente sind in Fig. 3 gezeigt und geben den Flüssigkeitsinhalt des schwallfangenden Separators als Funktion der Zeit an, unter Verwendung einer konstanten Abzugrate des schwallfangenden Separators. Als Steuervariable wurden die Flüssigkeitsströmungsrate (Linie a) und die Fluidströmungsrate (Linie b) gewählt, wobei letztere die Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate und Gasströmungsrate war. In dem Fall, wo die Steuervariable die Flüssigkeitsströmungsrate war (Linie a), wurde das Mischungssteuerungsgerät 56 verwendet, wodurch die Steuerleitung 58 unterbrochen war, so daß das Fluidströmungsratensignal in der Steuerleitung 59 gleich dem Flüssigkeitsströmungsratensignal in der Steuerleitung 60 war. Die Fluidströmung befand sich in starkem Schwallzustand bis zum Zeitpunkt t = 450 s, zu welchem Zeitpunkt das Steuersystem 30 eingeschaltet wurde. Als Folge des Schwallströmungszustandes zeigte der Flüssigkeitsinhalt im schwallfangenden Separator stärke Oszillationen vor dem Zeitpunkt t = 450 s, welche Oszillationen bald gedämpft waren, nachdem das Steuerungssystem 30 eingeschaltet worden war. Wie aus Fig. 3 klar ersichtlich ist, wurde gefunden, daß, wenn die Steuervariable die Flüssigkeitsströmungsrate war (Linie a), eine geringfügige Oszillation des Flüssigkeitsinhaltes des Separators verblieb, im Vergleich zu der Situation, in welcher die Fluidströmungsrate die Steuervariable war (Linie b). Diese verbleibenden Oszillationen waren jedoch vernachlässigbar im Vergleich zu der starken Oszillation während der Schwallströmung.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Verhindern des Anwachsens von Flüssigkeitsschwallen in einer mehrphasigen Fluidströmung, die aus einer Strömungsleitung (1) in einen Gas/Flüssigkeits-Separator (9) strömt, welcher Gas/Flüssigkeits-Separator (9) einen mit Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmitteln (15) ausgestatteten Flüssigkeitsauslaß (13) und einen mit Gasströmungsratensteuerungsmitteln (16) ausgestatteten Gasauslaß (14) aufweist, welches Verfahren umfaßt:

- Messen eines Flüssigkeitspegels im Separator;

- Messen zumindest einer Steuervariablen, die aus der Gruppe: Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß (13), Gasströmungsrate im Gasauslaß (14), Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß (13) und Gasströmungsrate im Gasauslaß (14), und Fluiddruck an oder nahe dem Separator (9) gewählt wird; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt

- Betreiben der Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmittel (15) und der Gasströmungsratensteuerungsmittel (16) im wesentlichen auf Basis der genannten Messungen, um eine Differenz zwischen dem Flüssigkeitspegel und einem ausgewählten Referenzwert des Flüssigkeitspegels zu reduzieren, und um eine Differenz zwischen der Steuervariablen und einem ausgewählten Referenzwert der Steuervariablen zu reduzieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmittel (15) so betrieben werden, daß die Differenz zwischen dem Flüssigkeitspegel und dem ausgewählten Referenzwert des Flüssigkeitspegels reduziert wird, und die Gasströmungsratensteuerungsmittel (16) so betrieben werden, daß die Differenz zwischen der Steuervariablen und dem Referenzwert der Steuervariablen reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem während einer Anfahrphase des Verfahrens, wenn ein Flüssigkeitsschwall in einen Steigrohrabschnitt (7) der Strömungsleitung (1) eingetreten ist und bevor der Flüssigkeitsschwall in den Separator (9) eintritt, als Steuervariable der Fluiddruck an oder nahe dem Separator (9) gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem während der Anfahrphase, nachdem der Flüssigkeitsschwall begonnen hat, in den Separator (9) zu strömen, als Steuervariable die Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß des Separators gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem als Steuervariable die Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß (13) des Separators (9) gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem als Steuervariable die Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß (13) und Gasströmungsrate im Gasauslaß (14) gewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem der Referenzwert der Steuervariablen durch Reduzieren einer Differenz zwischen dem Fluiddruck an oder nahe dem Separator (9) und einem ausgewählten Referenzwert des Fluiddruckes erzeugt wird.

8. System zum Verhindern des Anwachsens von Flüssigkeitsschwallen in einem mehrphasigen Fluidstrom, der von einer Strömungsleitung (1) in einen Gas/Flüssigkeits-Separator (9) strömt, welcher Gas/Flüssigkeits-Separator (9) einen mit Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmitteln (15) versehenen Flüssigkeitsauslaß (13) und einen mit Gasströmungsratensteuerungsmitteln (16) versehenen Gasauslaß (14) aufweist, wobei das System aufweist:

- Mittel (25) zum Messen eines Flüssigkeitspegels im Separator;

- Mittel (19, 17, 27) zum Messen zumindest einer Steuervariablen, die aus der Gruppe: Flüssigkeitsströmungsrate im Flüs sigkeitsauslaß, Gasströmungsrate im Gasauslaß, Summe aus Flüssigkeitsströmungsrate im Flüssigkeitsauslaß und Gasströmungsrate im Gasauslaß, und Fluiddruck an oder nahe dem Separator gewählt ist; dadurch gekennzeichnet, daß das System weiters aufweist:

- Mittel (30) zum Betreiben der Flüssigkeitsströmungsratensteuerungsmittel und der Gasströmungsratensteuerungsmittel (16) im wesentlichen auf Basis der Ausgänge der genannten Meßmittel (19, 17, 25, 27), um eine Differenz zwischen dem Flüssigkeitspegel und einem ausgewählten Referenzwert des Flüssigkeitspegels zu reduzieren, und um eine Differenz zwischen der Steuervariablen und einem ausgewählten Referenzwert der Steuervariablen zu reduzieren.

9. System nach Anspruch 8, bei welchem der Separator (9) einen Hauptseparator bildet, wobei der Gasauslaß und der Flüssigkeitsauslaß des Hauptseparators in einen Hilfsseparator münden, der einen schwallfangenden Separator bildet.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem die Strömungsleitung (1) einen nach oben geneigten Abschnitt (7) aufweist, der in den Gas/Flüssigkeits-Separator mündet.







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