DE2220793A1

DE2220793A1 - Zufuehrrohrstutzen fuer eine Rohrleitung sowie Verfahren zum Transport von Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2220793A1
Application number: DE19722220793
Authority: DE
Inventors: Eke Verschuur
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1971-04-29
Filing date: 1972-04-27
Publication date: 1972-11-09
Also published as: BE782361A; FR2134597A1; NL7105971A; CA968010A; US3822721A; GB1389231A; FR2134597B1; IT954788B

Description

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Transport zweier ineinander vollständig oder im wesentlichen vollständig unlöslicher Flüssigkeiten durch eine Rohrleitung, wobei eine viskose Flüssigkeit mit einem sie ringförmig umhüllenden Mantel aus einer Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität transportiert wird, sowie zur Durchführung des Verfahrens einen Zuführrohrstutzen für eine Rohrleitung, mit einer ersten Kammer, die wenigstens einen Einlauf und einen Auslauf für die viskose Flüssigkeit aufweist, einer zweiten Hammer, die für die niedriger viskose Flüssigkeit wenigstens οinen Uinlauf und einen ringförmigen, den Auslauf für die viskose flüssigkeit umschließenden Auslauf besitzt, und mit einem rotations-symmetrischen Anschlufirohr zur Rohrleitung.

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Unter "j'lüssigkeiten" seien Flüssigkeiten mit nicht-üewtonschen Eigenschaften verstanden. Die viskose flüssigkeit sei nachfolgend als Öl, die Flüssigkeit mit der geringeren Viskosität als Wasser bezeichnet.

äs ist bekannt,- das obenerwähnte Verfahren beim Transport von Ol durch Pipelines bzw. Rohrleitungen anzuwenden, wobei Wasser oder eine flüssige Phase, die im wesentlichen aus Wasser besteht, als die Flüssigkeit mit der niedrigeren Viskosität verwendet wird. Dabei bewegt sich das öl in Form eines langgezogenen Kerns durch die Mitte der .Rohrleitung und das Wasser bildet zwischen dem Öl und der Wand der Rohrleitung einen Mantel. Da die Reibung zwischen Wasser und der Rohrleitungswand sehr viel geringer ist als die zwischen Öl und der Rohrleitungswand, ergibt sich gegenüber dem Transport nur von öl ein erheblich kleinerer Strömungswiderstand. Auf diese Weise ist es sogar möglich, Öl in sehr steifem Zustand oder bei unter dem Fließpunkt liegenden Temperaturen durch die Rohrleitung zu transportieren.

Dabei ist es sehr wichtig, daß, vom mittleren Ölkerii abgesehen, im Wasser keine Öltropfen enthalten sind. Bei im Wassermantel dispergierten Öltropfen wäre es notwendig, die Dicke des Wassermantels beträchtlich zu erhöhen, um den mittleren Ölkern im Abstand von der Rohrleitungswand zu halten. Als Folge davon würde nur ein geringerer Anteil am transportierten Volumen aus Öl bestehen und zusätzlich würde die Trennung des Wassers vom Öl nach dem Transport schwieriger durchzuführen sein.

Es wurde festgestellt, daß die Oltropfenbildung in dem Bereich erfolgt, in dem Wasser mit Öl zusamme nie ο mmt. Dabei wird die Oltropfenbildung durch eine geringere Viskosität des Öls begünstigt.

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Dadurch, daß der ringförmige Auslauf für das Wasser den 01-Auslauf umschließt, bildet sich unmittelbar nach der Zusammenführung von Wasser und Ol ein das Öl umgebender ringförmiger Wassermantel. Die Entstehung von Ültropfen wird in erster Linie durch die in einem örtlichen Bereich herrschende durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des Öls bestimmt. Je höher diese Geschwindigkeit, .je größer die Möglichkeit, daß sich ültropfen bilden.

Bei herkömmlichen Verfahren zum Transport von Öl beträgt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung in der Regel mehr als 0,5 m/s. Diese untere Grenze ist durch die Erscheinung bedingt, daß bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten die Gefahr besteht, daß der Ölkern den ringförmigen Wassermantel durchdringt und mit der Rohrleitungswand in Berührung kommt. Dies soll natürlich vermieden werden.

Jedoch führen Öl-Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 0,5 m/s häufig zur Entstehung von öltropfen bei der Bildung des ringförmigen Wassermantels. Dabei spielen Vorgänge am Umfang des Geschwindigkeitsprofils des Öls eine wichtige Rolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein wirtschaftlich durchführbares und im Betrieb zuverlässiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei denen auch bei hohen StrömtingsgeschwAndig--,- ... keiten V/asser und öl so in die Rohrleitung einführbar sind, daß das zweckmäßig gewählte Strömungsbild zustandekommt, ohne daß sich ültropfen bilden.

Ein Zuführrohrstutζen der eingangs erwähnten Art zeichnet sich erfindungsgemäß. dadurch aus, daß

a) der Auslauf für die viskose Flüssigkeit einen kreisrunden Querschnitt aufweist und die im Mittelpunkt dieser Querschnittsfläche auf deren Jbene gefällte Senkrechte mit der ₍ l;ittol.linie der Rohrleitun/: zusammenfällt,

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b) die Ausdehnung der ersten Kammer rechtwinklig zur unter (a) genannten Senkrechten größer ist als der Durchmesser des Auslaufs, und

c) die Querschnittsfläche des Auslaufs für die viskose Flüssigkeit wenigstens-50$ der Querschnittsfläche der Rohrleitung betragt.

Durch die Ausbildung der ersten Kammer in der Weise, daß ihre Ausdehnung rechtwinklig zur. auf die Querschnittsfläche ihres Auslaufs gefällten Senkrechten größer ist als der Durchmesser dieses Auslaufs, ist im Bereich des Auslaufs stets ein Strömungsbild erzielbar, das sich durch eine so einheitliche Geschwindigkeitsverteilung auszeichnet, daß die am Umfang des Geschwindigkeitsprofils auftretenden Erscheinungen sehr schwach sind und bei den während des Transports durch die Rohrleitung angewandten Strömungsgeschwindigkeiten die Tropfenbildung vermieden wird. Dabei ist es wichtig, daß das Öl so unbehindert wie möglich zum Auslauf hin strömen kann. Dies ist dadurch erreichbar, daß der für die Strömung durch die erste Kammer zur Verfügung stehende Querschnitt wenigstens so groß wie die Querschnittsfläche des Auslaufs gewählt wird.

Es wurde nun festgestellt, daß auch bei niedriger Ölviskosität der Transport mit Hilfe eines sehr dünnen ringförmigen Wassermantels möglich ist. Auch nimmt bei Anwendung höherer Strömungsgeschwindigkeiten die Gefahr, daß der Ölkern den ringförmigen Wassermantel durchdringt und die Rohrleitungswand berührt, ab. Der Zuführrohrstutzen ist daher sehr gut in jeder Lage verwendbar.

Da im Auslauf der ersten KAmmer eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zugelassen ist, ist die Größe der Querschnittsfläche dieses Auslaufs weitgehend von der Querschnittsfläche der Rohrleitung unabhängig und kann, beispielsweise, einhalb bis eineinhalb mal so groß wie diese gewählt werden. Das Anschlußrohr ist

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vorzugsweise stumpfkegelförmig ausgebildet.

Die lichte Weite des ringförmigen Auslaufs ist mit Vorteil--so gewählt, daß der Unterschied zwischen-den mittleren Strömungsgeschwindigkeiten der beiden an den Ausläufen ausströmenden Flüssigkeiten weniger als 0,5 m/s beträgt. Das beim Transport von Öl durch eine Rohrleitung erforderliche Mengenverhältnis zwischen Wasser und Öl ist innerhalb weiter Grenzen veränderbar. Es ist daher unmöglich, die lichte Weite des ringförmigen Auslaufs zur Querschnittsfläche des Auslaufs.der ersten Kammer in Beziehung zu setzen. Geht man jedoch von den obenerwähnten · Forderungen hinsichtlich des Unterschieds zwischen"den mittleren Strömungsgeschwindigkeiten im Auslaufbereich aus, so wird es für den Fachmann keinerlei Schwierigkeiten bereiten, für den ringförmigen Auslauf eine geeignete lichte Weite zu bestimmen. Gleichermaßen wird es für den Fachmann ein leichtes sein, Maße und Ausbildung des ringförmigen Auslaufs und der zweiten Kammer aufeinander abzustimmen, so daß sich ein ringförmiger Wassermantel ergibt, der am gesamten Umfang gleiche Strömungs-. geschwindigkeit und gleiche Dicke aufweist.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Zuführrohrstutzens unterscheidet sich dadurch, daß die erste Kammer von einer rotationssymmetrischen und zur Rohrleitung koaxial angeordneten Wand begrenzt ist und daß die Querschnittsfläche dieser Kammer im rechten Winkel zu einer auf den Auslauf der Kammer gefällten Senkrechten gemessen in Richtung auf diesen Auslauf zu abnimmt. Die dem zum Auslauf hin strömenden/dadurch erteilte Beschleunigung wirkt sich sehr günstig auf ein einheitliches Geschwindigkeitsprofil aus.

einer sehr einfachen Ausführungsform des Zuführohrstutzens ist die erste Kammer von einer stumpfkegelförmigen Wand begrenzt. In vielen Anwendungsfällen ist eine ausreichend große Auswirkung auf das Geschwindigkeitsprofil dadurch erzielt, daß der von einer Erzeugenden am Stumpfkegelmantel mit der Achse des

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Stumpfkegels gebildete Winkel mit wenigstens 10° gewählt" ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die' erste Kammer von zwei flachen Wänden begrenzt, die im wesentlichen rechtwinklig auf der auf den Kammerauslauf gefällten Senkrechten stehen und deren Abstand voneinander wenigstens die Hälfte des Rohrleitungsdurchmessers beträgt. Die erste Kammer ist weiterhin von einer Wand eingeschlossen, die die beiden flachen Wände schneidet. Bei dieser Ausbildungsform beträgt die Ausdehnung dieser Kammer rechtwinklig zur auf den Kammerauslauf gefällten Senkrechten wenigstens das Zweifache des Durchmessers dieses Auslaufs. Auch bei dieser Ausbildung kann das Öl unbehindert zum Auslauf strömen, und weist dort eine, auf den Querschnitt dieses Auslaufs bezogen,- einheitliche Gesehwindigkeitsvertellung auf. -

Es kann zweckmäßig sein, in der ersten Kammer nahe ihres Auslaufs einen oder mehrere Prallkörper einzusetzen, die eine, auf den Querschnitt des Auslaufs bezogen, einheitliche Geschwindigkeitsverteilung in einer durch diesen Auslauf hindurchströmenden Flüssigkeit bewirken. Als Prallkörper können, beispielsweise, Gitter oder Lochbleche bzw. Lochplatten vorgesehen sein. Es kann auch eine Vielzahl von Leitkörpern eingesetzt sein, die parallel zur auf den Querschnitt des Auslaufs gefällten Senkrechten ausgerichtet sind und ein durch den Auslauf hindurchfließendes Öl in eine Vielzahl von Teilströmen unterteilen. In schwierigen Fällen ist es mit Hilfe derartiger Prallkörper möglich, eine sehr einheitliche Geschwindigkeitsverteilung im ausströmenden Öl sicherzustellen.

Ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die beiden Flüssigkeiten mit Hilfe eines Zuführrohrstutζens nach der Erfindung zugeführt werden, und daß die Durchflußmenge der niedrigviskosen Flüssigkeit zwischen 0,1 und 25$ der Durchflußmenge der viskosen

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Flüssigkeit beträgt. Sehr günstige Ergebnisse lassen sieh erzielen, wenn der Unterschied zwischen den mitüeren, am· Auslauf ■gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Flüssigkeiten kleiner als 0,5 m/s ist.

Als sehr wichtiger Vorteil ist zu bewerten, daß nunmehr der Transport von Öl durch eine Rohrleitung mit nur sehr geringen Wassermengen möglich ist. Es wurde festgestellt, daß der dabei auftretende Druckabfall allenfalls gleich ist dem Druckabfall von mit gleicher mittlerer Geschwindigkeit strömendem Wasser, unabhängig von der Ölviskosität. In vielen Fällen beträgt der Druckabfall sogar nur 60 bis 80$ der erwähnten Bezugsgröße. Ursache davon ist das Fehlen von Strömen bzw. Lamellarströmen oder Wirbeln im Ölkern, der jetzt von einem weniger dünnflüssigen oder sogar steifen Öl gebildet wird. Es treten keine Öltropfen im Y/asser auf, auch nicht bei niedrigviskosem Öl, beispielsweise von 100 cSt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher die folgenden Möglichkeiten und Vorteile:

Sehr viskose Öle, die vor dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht transportiert werden konnten, sind nunmehr unter Verwendung von sehr wenig Wasser pumpbar. Bei normaler Temperatur sehr viskose Öle werden häufig mit verhältnismäßig hoher Temperatur angeliefert, so daß ihre Viskosität zu Beginn des Pumpvorganges gering ist. Trotz dieser niedrigen Viskosität ermöglichen die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung das Zuführen des Öls zusammen mit einem dieses umgebenden ringförmigen Wassermantel, ohne daß es zu einer Tropfenbildung kommt. Auch bleibt der weiter vorn in der Rohrleitung auftretende Temperaturabfall ohne Einfluß auf den Transport. Auch können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens nunmehr auch niedrigviskose Öle transportiert werden, was bedeutet, daß die Transportkapazität der Rohrleitung beträchtlich erhöht wird,, da der Druckabfall in der !Rohrleitung allenfalls gleich ist dem Druckabfall von mit gleicher mittlerer Geschwindigkeit strömendem

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Wasser und da das Verhältnis zwischen der erforderlichen Wassermenge und der durch Pumpen transportierten Ölmenge vernaehlässigbar klein gehalten werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer AuBfÜhrungsbeipsiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch einen Zuführrohrstutzen,'bei dem die erste Kammer von einer stumpfkegelförmig ausgebildeten Wand begrenzt ist,

Pig, 2 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch einen Zuführrohrstutzen, bei dem die erste KAmmer zylindrisch ausgebildet ist, und

Flg. 3 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch eine weitere Ausbildungsform de© Zuftihrrohrstutfeens, bei dem ta der ersten Kammer eine Prallplatte angeordnet ist.

Entsprechend Fig. 1 ist eine erste Kammer 1 von einer stumpfkegelförmig ausgebildeten Wand 2 begrenzt und weißt einen Gl-Einlauf 3 und einen Öl-Auslauf 4 auf. Die erste Kammer ist von einer zweiten Kammer 5 umgeben, die von einem !Teil der Wand 2 und von einer Außenwand 6 gebildet ist und einen Einlauf 7 und einen ringförmigen Auslauf 8 besitzt. Der Zuführrohrstutzen ist mit Hilfe eines stumpfkegelförmigen Anschlußrohres 9 an eine Bohrleitung 10 angeschlossen»

In FIg, 2 und 3 ist mit 1 die erste Kammer bezeichnet, die bei diesen Ausbildungsformen von zwei flachen Wänden 11 und 12 und von einer gekrümmten Wand 13 eingeschlossen ist. In 'der Wand 12 ist ein kreisrunder Auslauf 4 ausgebildet, in dessen Nähe sich eine aweite Kammer 5 befindet, die an einer Seite

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von der den Auslauf 4 aufweisenden flachen Wand 12 und an der anderen Seite von einer Wand 14 begrenzt ist. Die Kammer 5
besitzt einen Einlauf 7 und einen ringförmigen Auslauf 8,- dör den kreisrunden Auslauf. 4 umschließt, "_x

Entsprechend der Ausbildungsform entsprechend Sig. 2 ist
die erste Kammer 1 mit zwei Einlauf en 3 ausgestattet * die iii der gekrümmten Wand 13 ausgebildet, sind. In den Auslauf 4 ist ein Iioehblech bzw. eine Lochplatte15 eingesetzt, Der ZufÜhrrohrstutzen ist mit Hilfe eines zylindrischen Anschlußrohresr 16 an eine Rohrleitung17 angeschlossen.

Bei der in i?ig. 3 gezeigten Ausbildungsform igt der Einlauf 3 der ersten Kammer in der flachen Wand 11 ausgebildet.
Ablenken der Flüssigkeit ist in dieser Kammer eine
platte 19 angeordnet. Ein die Verbindung zur Bohrleitung It herstellendes Ansehlußrohr 18 weist die Form eineö Jrompeten-' Schallbechers auf.

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Claims

P A ΪΒΗ !ANSPRÜCHE

1. Zuführrohrstutzen für eine Rohrleitung zum Transport zweier ineinander vollständig oder im wesentlichen vollständig unlüelicber Flüssigkeiten, wobei eine viskose Flüssigkeit mit einem sie ringförmig umhüllenden Mantel aus einer Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität transportiert wird, mit einer ersten Kammer, die wenigstens einen Einlauf und einen Auslauf für die viskose Flüssigkeit aufweist, einer zweiten Kammer, die für die niedriger viskose Flüssigkeit wenigstens einen Einlauf und einen ringförmigen, den Auslauf für die viskose Flüssigkeit umschließenden Auslauf besitzt, und mit einem rotations-symmetrisehen Anschlußrohr zur Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Auslauf (4) für die viskose Flüssigkeit einen kreisrunden Querschnitt aufweist und die im Mittelpunkt dieser Querschnittsfläche auf deren Ebene gefällte Senkrechte mit der Mittellinie der Rohrleitung (10,17) zusammenfällt,

b) die Ausdehnung der ersten Kammer (1) rechtwinklig zur unter (a) genannten Senkrechten größer ist als der JÖurohmesser des Auslaufs (4), und

c) die Querschnittsfläche des Auslaufs (4) für die viskose Flüssigkeit wenigstens 50$ der Querschnittsflache der Rohrleitung (10,17) beträgt.

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2, Zuführrohrstutzen nach Anspruch 1, dadurch g e k e n η zeichne t, daß die erste Kammer (!) von einer rotationssymmetrischen und zur Bohrleitung (10) koaxial angeordneten Wand (2) begrenzt ist, und daß die Querschnittsfläche dieser Kammer (1) im rechten Winkel zur auf den Auslauf (4) der Kammer (1) gefällten Senkrechten gemessen in Richtung auf diesen Auslauf (4) zu abnimmt.

3. Zuführrohrstutzen nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (1) von einer stumpfkegelförmigen Wand^Degrenzt ist.

4. Zufuhrrohrstutzen nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η *-" ζ ei c h η e t, daß der von einer Erzeugend&ii am Stumpfkegelmantel (2) mit der Achse des Stumpfkegeis gebildete Winkel mit wenigstens 10 gewählt ist, ■

5. Zufuhrrohrstutzen nach Anspruch 1_t dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (1) von zwei flachen Wänden (11,12) begrenzt, ist, die im wesentlichen rechtwinklig auf der auf den Auslauf (4) der Kammer (1) gefällten Senkrechten stehen und deren Abstand voneinander wenigstens die Hälfte des Durchmessers der Rohrleitung (17) beträgt» und weiterhin von einer Wand (13), die die beiden flachen Wände (11,12) schneidet, so eingeschlossen ist, daß die Ausdehnung dieser Kammer (1) rechtwinklig zur auf den Auslauf (4) der Kammer (1) gefällten Senkrechten wenigstens das Zweifache des Durchmessers dieses Auslaufes (4) beträgt.

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6. Zuführrohrstutzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennz eichnet, daß in der ersten Kammer (1) nahe ihres Auslaufes (4) Prallkörper (15»19) eingesetzt sind, d'ie eine, auf den Querschnitt des Auslaufes (4) bezogen, einheitliche G-eschwindigkeitsverteilung in einer durch diesen Auslauf (4) hindurchströmenden Flüssigkeit bewirken.

7. Verfahren zum Transport zweier ineinander vollständig oder im wesentlichen vollständig unlöslicher Flüssigkeiten durch eine Rohrleitung, wobei eine viskose Flüssigkeit mit einem sie ringförmig umhüllenden Mantel aus einer Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüsigkeiten mit Hilfe eines Zuführrohrstutzens nach einem der Ansprüche bis 6 zugeführt werden, und daß die Durchflußmenge der niedrigviskosen Flüssigkeit zwischen 0,1'und 25$ der Durchflußmenge der viskosen Flüssigkeit beträgt.

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