DE3515970A1 - Fluidgekoppelte vibratorvorrichtung - Google Patents

Description

U.S.Serial No. 619,745 CONOCO 11770

U.S.-AT: 11. Juni 1984 ICR 7491

RZ/RZ

Conoco Inc.

Ponca City, OK, V.St.A.

Fluidgekoppelte Vibratorvorrichtung 20

Bei Pipelines oder Rohrleitungen, die dem Transport einer Suspension oder eines Wasser-Feststoff-Gemisches dienen, kommt es manchmal zu Störfällen durch Verstopfung. Der Grund für die Verstopfung ist im allgemeinen eine Betriebsunterbrechung oder eine Stillegung der Suspensionspipeline, während sie noch mit Suspension gefüllt ist. Hierbei beginnt die Suspension, sich abzusetzen und einen kompakten Pfropfen zu bilden, der nur sehr schwer wieder zu entfernen ist. Die meisten bekannten Verfahren betreffen Maßnahmen, die die Bildung von Pfropfen durch Zirkulation der Flüssigkeit verhindern sollen. Solche Zirkulationsverfahren sind beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 591 239 und 3 592 512 bekannt. Gemäß der US-PS 3 578 816 wird in der Pipeline am tiefsten Punkt in der Pipeline eine Blase . installiert, um nach Wiederinbetriebnahme der Pipeline einen

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Weg für die Flüssigkeit zu schaffen. Aus der US-PS 3 904 248 ist zwar bekannt, die Pipeline mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit wieder anzufahren, da aber ein Flüssigkeitsstrom bei einer völlig verstopften Pipeline unmöglich wäre, kann dieses Verfahren nur dann erfolgreich ausgeführt werden, wenn es einen Weg für die Flüssigkeit durch den Pfropfen gibt. In den meisten Fällen gibt es jedoch solche Wege für die Flüssigkeit nicht. Aus der US-PS 3 575 469 ist bekannt, Gas durch die Pipeline in den tiefsten Bereich der Leitung strömen zu lassen, um die Feststoffe in der Flüssigkeit fließfähig zu halten und hierdurch die Bildung von Feststoffpfropfen in dem tieferen Bereich der Leitung zu verhindern. In keiner dieser Patentschriften ist aber das Problem angesprochen, eine Pipeline wieder anzufahren, wenn sich schon ein fester Pfropfen gebildet hat.

Wenn sich in einer Pipeline ein fester Pfropfen gebildet hat, kann auch der Flüssigkeitsdruck nicht bewirken, daß die Flüssigkeit am Pfropfen vorbei oder durch den diesen hindurchfließen wird, um den Pfropfen hierdurch allmählich zu erodieren und ihn schließlich zu entfernen. Die meisten Suspensionspipelines sind mit vertikalen Steigleitungen versehen, die entlang der Pipeline, sowohl der Wasser- als auch der Suspensionspipeline, mit Abstand voneinander angeordnet sind. Gewöhnlich enthält die Pipeline ferner zu Wartungszwecken entlang der Leitung Blockventile. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden an der Pipeline ein mit der Flüssigkeit gekoppelter Vibrator an einer Steigleitung oberhalb des Pfropfens und ein zweiter mit der Flüssigkeit gekoppelter Vibrator an einer Steigleitung unterhalb des Pfropfens angebracht. Falls in der Pipeline unterhalb des Pfropfens ein Blockventil vorhanden ist, kann der Wirkungsgrad der Einrichtung durch das Schließen des Blockventils verbessert werden; ein Blockventil ist aber nicht unbedingt erforderlich. Die Druckimpulse werden dann mit einer gesteuerten Frequenz und Phase oben und unten der Pipeline . zugeführt. Diese Impulse üben zuerst Druck auf die eine und

dann auf die andere Seite des Pfropfens aus und machen so allmählich die Suspensionsteilchen wieder fließfähig. Nach dieser Fluidisierung der Suspensionsteilchen kann man das Blockventil - falls es geschlossen gewesen ist - öffnen und die Leitung wieder unter Druck setzen, so daß der Pfropfen erodiert und entfernt wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Erzeugung der Druckimpulse, die einen Vibrator umfaßt, der sowohl frequenz- wie auch phasengesteuert und entweder elektromagnetisch oder hydraulisch betrieben werden kann. An ein Ende des Vibrators ist ein Rohr gekoppelt, in dem koaxial ein Kolben angeordnet ist. An dem anderen Ende des Rohres ist zur Verbindung mit einer vertikalen Steigleitung der Suspensionspipeline ein Flansch angeordnet. Der Kolben ist mittels einer Stange mit dem mechanischen Vibratorausgang gekoppelt. An der Seite des Rohres zwischen dem Kolben und dem Flansch ist ein Flüssigkeitseinlaßanschluß angeordnet. Ferner sind am Rohr möglichst in der Nähe des Kolbens ein Belüftungsrohr und -ventil vorgesehen, und zwar vorzugsweise an einer Stelle, wo sich der Kolben, wenn er vertikal auf der Pipelinesteigleitung montiert ist, in seiner obersten Position befindet. Das Steuerungssystem für den Vibrator umfaßt außerdem einen Sender mit der Aufgabe, ein Signal an den anderen Vibrator zu senden, der so in Frequenz und Phase gesteuert wird, daß die Impulse mit möglichst hoher Effizienz auf den Suspensionspfropfen übertragen werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.l eine perspektivische Ansicht einer Suspensionsleitung und einer Wasserrückführleitung mit der Darstellung eines Pfropfens in der Suspensionspipeline, und
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Fig.2 eine genauere Darstellung eines Vibrators und eines Flüs-

-ο-

Ι sigkeitskopplungsrohres mit einem Blockschaltbild eines Steuerungssystems für den Vibrator.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Suspensionspipeline oder -rohrleitung 10 enthält eine stromaufwärtsseitige vertikale Steigleitung 11 und eine stromabwärtseitige vertikale Steigleitung 12. Die Suspensionspipeline 10 kann an verschiedenen Stellen in der Leitung ein Blockventil 13 enthalten. Ähnlieh enthält auch eine Wasserrückführleitung 15 eine stromaufwärtsseitige vertikale Steigleitung 16 und eine stromabwärtsseitige vertikale Steigleitung 17. Jede der vertikalen Steigleitungen 11, 12, 16 und 17 enthält ein Absperr- oder Blockventil 18, 19, 20 bzw. 21. Gleichfalls haben viele Pipelines, beispielsweise zwischen den Ventilen 19 und 20 oder den Ventilen 18 und 21, horizontale Koppelrohre. Diese sind nicht gezeigt. Jedes der Ventile ist im allgemeinen mit einer Platte 22 abgedeckt, um zu verhindern, daß Fremdmaterial in das Ventil gelangt. Im allgemeinen befinden sich die Ventile 18 bis 21 unter der Erde und sind in einem betonierten oder anderen festen Kasten angeordnet, um die Ventile zugänglich zu halten. Zur Entfernung eines Pfropfens 60 wird die Platte 22 entfernt und eine Vibratorvorrichtung 25 angebracht. Die Vibratorvorrichtung 25 wird vollständig anhand von Fig. 2 und insbesondere mit Bezug auf die Steigleitung 12 beschrieben. Ein Hydraulikvibrator 26 ist in dem Ausführungsbeispiel mit Hydraulikkoppelleitungen 28 und 29, die an Hydraulikeinlässe 30 bzw. 31 angeschlossen sind, dargestellt. Selbstverständlich können auch andere als hydraulische Vibratortypen verwendet werden. Beispielsweise ein elektromagnetischer Vibrator, wobei in diesem Fall die Hydraulikquelle eine Vorrichtung zum Erzeugen der notwendigen Steuersignale wäre, die erforderlich sind, um die für die Entfernung des Pfropfens richtige Frequenz und

Phase zu erzeugen. Derartige Vibratoren sind bekannt und werden daher nicht weiter beschrieben.

Um den Vibrator 26 richtig zu steuern, ist an den Hydraulikeinlaß ein Steuerventil 32 angeschlossen. Dieses Ventil ist im allgemeinen ein Trommelventil mit einem elektromagnetischen Eingang, der von einer elektrischen Vorrichtung 33 gesteuert werden kann. Die Steuerungsvorrichtung 33 hat einen Frequenzsteuereingang 34 und einen Phasensteuereingang 35. Der Phasensteuereingang 35 steuert nicht nur die Phase des Vibrators 26, sondern sendet auch eine gesteuerte Phase zusammen mit der richtigen Frequenz an eine Antenne 36. Signale einer Frequenzsteuerung 34 und 35 sind Eingängen der Steuerungsvorrichtung durch Schaltungen 37 bzw. 38 zugeführt. Die Signale der Steuerungsvorrichtung 33 sind dem Steuerventil 32 über eine Drahtleitung oder Schaltung 39 zugeführt. Ein Rohr 40 weist an seinem einen Ende einen Flansch 41 auf, der mit einem passenden Flansch 42 auf dem Vibrator 26 verbunden ist. Offensichtlich können das Rohr und der Vibrator als Einheit konstruiert werden. Der Flansch 42 erleichtert die Wartung der Anordnung. Das Rohr 40 umfaßt einen Flansch 43, der mit dem Flansch 44 des Ventils 19 zusammenpaßt. Innerhalb des Rohres 40 ist ein Kolben 45 angeordnet, der durch eine Stange 46 mit dem mechanischen Ausgang (nicht gezeigt) des Vibrators 26 verbunden ist. Der Kolben 45 kann irgendeine bestimmte Zahl von Kolbenringen oder "O"-Ringen aufweisen oder sonst irgendwelche Vorrichtungen, soweit sie für einen einwandfreien Betrieb der Kolben- und Flüssigkeitsanordnung erforderlich sind. Um eine korrekte Kopplung mit der Flüssigkeit in dem Rohr 10 herzustellen, muß in das Innere des Rohres 40 und des Ventils 19 Flüssigkeit gebracht werden. Wurde zuvor auch das Rohr 10 entleert, dann muß genauso wie das Rohr 40 und das Ventil 19 auch das Rohr 10 mit Flüssigkeit gefüllt werden. Um dem zu entsprechen, ist eine Flüssigkeitsquelle 46 - das kann die Wasserleitung 15 mit einem horizontalen Verbindungsrohr (nicht gezeigt) sein - durch ein Rohr , 47 und ein Blockventil 48 mit einem Rohr 49 gekoppelt, durch

das Wasser in das Rohr eingeführt werden kann. Für eine korrekte Flüssigkeitskopplung ist Voraussetzung, daß die gesamte Luft aus dem Rohr 49 entfernt wurde. Das wird durch ein Entnahmerohr 50 erreicht, das über ein Ventil 51 mit einem an seinem Auslaß 53 gegenüber der Außenluft offenen Rohr 52 gekoppelt ist.

Die gesamte Anordnung, einschließlich der Steuerungsvorrichtung 33 mit der Frequenzsteuerung 34 und der Phasensteuerung 35 zusammen mit der Hydraulikquelle 27 und der Antenne 36, kann tragbar ausgeführt sein. Sie kann auf einem Schlitten oder Traggestell angeordnet werden und mit einem Hubschrauber, Lastwagen oder einem anderen Transportmittel zu einer entfernten Stelle gebracht werden. Ferner kann die Flüssigkeitsquelle auf irgendeine geeignete Weise transportiert werden, wenn ein horizontales Verbindungsrohr oder eine vertikale Steigleitung dort, wo der Vibrator installiert werden soll, nicht zur Verfügung steht. Schließlich ist es offensichtlich, daß die Vibratoren in der gleichen Weise wie die Steuerungsvorrichtung, die Hydraulikquelle usw. transportiert werden können.

Im folgenden wird zunächst die Vorrichtung aus Figur 2 und anschließend ihre Anwendung in dem in Figur 1 gezeigten Verfahren erläutert.

Entsprechend Figur 2 enthält der Vibrator 26, sofern er nicht schon mit dem Rohr 40 verbunden ist, einen Kolben 45, der in das Rohr 40 eingesetzt und an den Flanschen 41 und 42 zusammengeschraubt ist. Dann wird der Flansch 43 über den Flansch 44 gesetzt und wie üblich verschraubt. Die Hydraulikquelle kann dann mit den Rohren 28 und 49 verbunden werden, diese mit den Einlassen 30 und 31, und die Steuerungsvorrichtung 33 kann über die Drahtleitung 39 mit dem Steuerventil 32 verbunden werden. Die Wasserquelle 46 wird dann an das Rohr 47 gekoppelt und das Ventil 48 geöffnet, so daß die Flüssigkeit durch das Rohr 49 in das Rohr 40 fließen kann. Wenn das Rohr 10 schon unter Druck . steht, sollte das Ventil 19 nicht eher geöffnet werden, als bis

die Flüssigkeit in dem Rohr 49 denselben Druck erreicht hat. Wenn das Rohr 40 mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird das Ventil 51 geöffnet, damit jegliche Luft aus dem Rohr 40 entweichen kann. Offensichtlich sollte sich der Kolben 45 in seiner obersten Position befinden, damit die gesamte Kammer mit Flüssigkeit gefüllt ist. Das kann leicht durch Anwendung hydraulischen Druckes auf den Einlaß 31 erreicht werden. Falls das Rohr 10 geleert wurde, wird das Ventil 19 geöffnet und das gesamte Rohr 10 zusammen mit dem Ventil 19 und dem Rohr 40 mit Flüssigkeit gefüllt. Offensichtlich kann in dem Fall, daß eine horizontale Querverbindungsleitung an einem tieferen Punkt in der Leitung zwischen der Wasserleitung 15 und 10 verfügbar ist, die Flüssigkeit an dieser anderen tieferen Stelle zugeführt werden, solange bis das Rohr 10 gefüllt ist. Wenn sich die Füllstelle unterhalb des Ventils 13 befindet, muß das Ventil 13 natürlich während des Füllprozesses geöffnet sein. Nachdem die Leitung mit Flüssigkeit gefüllt und das Ventil 19 geöffnet ist, wird das Ventil 48 zusammen mit dem Ventil 51 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt kann auch das Ventil 13 geschlossen sein. Dann wird die Hydraulikquelle 27 in Betrieb gesetzt und bewegt den Kolben 45 axial in dem Rohr 40. Durch eine derartige axiale Bewegung wird bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 45 ein Druckimpuls in Richtung der durchgezogen gezeichneten Pfeile 55 und bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 45 ein Druckimpuls in Richtung des gestrichelt gezeichneten Pfeiles 56 erzeugt.

Den Figuren 1 und 2 entsprechend wird ein Druckimpuls in dem Rohr 10 beispielsweise in Richtung des Pfeiles 55 erzeugt, und zwar in der Suspensionsleitung 10 auf den Pfropfen 60 zu.

30Gleichzeitig mit dem Senden eines Signals an den Vibrator 25, erzeugt die Steuerungsvorrichtung 33 in der Antenne 36 ein Signal, das von dem auf der stromaufwärtsseitigen vertikalen Steigleitung 11 montierten Vibrator empfangen wird. Diese Antenne wird dann an den Vibrator 25 auf der Steigleitung 11 ähnliehe Informationssignale bezüglich der Frequenz und der notwendigen Phase übermitteln. Ein ähnliches Signal 55a wird an

die Pipeline 10 übertragen, wenn der Kolben eine Hubbewegung abwärts ausführt, und ein Druckimpuls in die Flüssigkeit in die Richtung 56a, wenn sich der Vibrator in einer Hubbewegung aufwärts befindet. Wenn sich der Vibrator 25 auf der Steigleitung 12 in richtiger Phasenlage mit dem Vibrator 26 auf der Steigleitung 11 befindet, wirken die Druckimpulse 55 und 55a dahingehend zusammen, daß sie den Pfropfen 60 von beiden Seiten angreifen und in der Flüssigkeit zerteilen, und daß sie gleichzeitig einen durch den Pfropfen durchlaufenden Druckimpuls erzeugen, der die völlige Zerteilung unterstützt. In regelmäßigen Abständen setzt die Suspensionspumpe in der Suspensionsleitung 10 die Flüssigkeit unter Druck, um nachzuprüfen, ob schon so viel von dem Pfropfen in der Flüssigkeit zerteilt ist, daß Wasser über oder durch den Pfropfen 60 fließen kann. Hat sich einmal durch den Pfropfen 60 ein Kanal gebildet, dann wird der Pfropfen durch sich ständig bewegendes Wasser bis zu dem Punkt erodiert, daß er völlig entfernt wird. Die hierfür geeignete Frequenz und Phase hängt von der Länge der Leitung zwischen den Steigleitungen 11 und 12 sowie der Natur des Pfropfens 60 ab.

Sie können leicht durch die Frequenzsteuerung 34 und Phasonsteuerung 35 eingestellt werden.

Der Begriff "Flüssigkeit" ist hier im Sinne von "Fluid" zu verstehen, er soll also ganz allgemein fließfähige Medien, wie eine Suspension, Trübe etc., einschließen.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   25 1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses in einer Pipeline, gekennzeichnet durch einen Vibrator (26) mit einem mechanischen Ausgang, eine Vorrichtung (33,34,35) zur Steuerung der Phase und Frequenz des mechanischen Vibratorausgangs, ein Rohr (40), einen Kolben (45), der mit dem mechanischen Vibratoraus-

   30 gang verbunden und innen im Rohr (40) angeordnet ist, eine Vorrichtung (43) zur Verbindung des Rohres (40) mit der Pipeline (10) und eine Vorrichtung (47,48,49) zum Füllen des Rohres (40) mit Fluid.

   35 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (47,48,49) zum Füllen des Rohres (40) eine Wasser-

   quelle (46) und ein Absperrventil (48), die mit dem Rohr (40) gekoppelt sind, sowie eine Vorrichtung (50,51,52,53) zum Entlüften des Rohres (40) während seiner Füllung mit Wasser aus der Wasserquelle (46) umfaßt.

   3. Vorrichtung zur Erzeugung von Fluidimpulsen, gekennzeichnet durch ein Rohr (40), einen Vibrator (26) mit einem Steuereingang und einem mechanischen Ausgang, der auf den Steuereingang anspricht, eine Kolbenvorrichtung (45), die innen im Rohr

   (40) angeordnet ist, eine Stangenvorrichtung, die den Kolben (45) mit dem mechanischen Vibratorausgang koppelt, und eine Vorrichtung (47,48,49) zum Füllen des Rohres (40) mit Fluid.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (47,48,49) zum Füllen des Rohres (40) mit Fluid umfaßt eine Flüssigkeitsquelle (46), ein Absperrventil (48), eine Vorrichtung (47) zum Koppeln der Flüssigkeitsquelle (46) an das Absperrventil (48) und das Rohr (40), eine Ventiliervorrichtung (50,51,52,53) zum Entlüften des Inneren des Rohres (40), wenn das Rohr (40) mit Luft gefüllt ist, und eine Ventilvorrichtung (51) zum Schließen der Ventiliervorrichtung (50,51,52,53), wenn das Rohr (40) mit Flüssigkeit gefüllt ist.