NO863630L

NO863630L - GAS COMPRESSOR FOR GAS TRANSFER PIPES.

Info

Publication number: NO863630L
Application number: NO863630A
Authority: NO
Inventors: Guy Rudgard Webster
Original assignee: Hayward Tyler Ltd
Priority date: 1986-09-11
Filing date: 1986-09-11
Publication date: 1988-03-14
Also published as: NO863630D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for å komprimere gass i gassoverføringsrørledninger slik som det nasjonale gass-nett og rørledninger som fører til det nasjonale nettverk og gassfelter i Nordsjøen. The present invention relates to an apparatus for compressing gas in gas transmission pipelines such as the national gas network and pipelines leading to the national network and gas fields in the North Sea.

Av praktiske og særlig økonomiske årsaker, er det ønskeligFor practical and especially economic reasons, it is desirable

å overføre gass ved høyt trykk og å opprettholde gasstrykket ved et høyt nivå gjennom hele lengden av rørledningen. Etter hvert som gassen går lengre og lengre fra komprimeringsstedet, faller imidlertid naturligvis trykket og det er derfor nødvendig å på nytt komprimere gassen ved intervaller for videre overfør-ing. Desto nærmere hverandre gjenkomprimeringsstedene er desto mindre er det totale nødvendige kraftforbruk, siden desto hypp-igere gjenkomprimering skjer desto høyere er det totale gjennom-snittlige gasstrykk. to transfer gas at high pressure and to maintain the gas pressure at a high level throughout the length of the pipeline. However, as the gas moves further and further from the point of compression, the pressure naturally drops and it is therefore necessary to re-compress the gas at intervals for further transfer. The closer the recompression sites are to each other, the less the total required power consumption, since the more frequent recompression takes place, the higher the total average gas pressure.

Gjeldende teknologi involverer bruken av store pumpestasjonerCurrent technology involves the use of large pumping stations

ved forholdsvis lange intervaller. Komprimeringen utføres vanligvis av gassturbindrevne kompressorer. Selv på land forårsaker slike pumpestasjoner problemer fordi de er forholdsvis kostbare, krever en permanent bygning og et stort område som har kjøread-komst. Det er miljømessige problemer ikke bare med utseende av stasjonen, men også med utslippsgassene, fordi gassturbinene krever en kort pipe for å slippe ut avgassene for maksimal virkningsgrad. Høye piper påvirker ufordelaktig virkningsgraden av gassturbinene pga. friksjonen og turbulensen i avgasskanalene. således må avgassene slippes ut forholdsvis nær bakken som aksentuerer miljømessige problemer. at relatively long intervals. The compression is usually carried out by gas turbine driven compressors. Even on land, such pumping stations cause problems because they are relatively expensive, require a permanent building and a large area that has road access. There are environmental problems not only with the appearance of the station, but also with the exhaust gases, because the gas turbines require a short pipe to release the exhaust gases for maximum efficiency. High pipes adversely affect the efficiency of the gas turbines due to the friction and turbulence in the exhaust ducts. thus, the exhaust gases must be released relatively close to the ground, which accentuates environmental problems.

Det foreligger også en uunngåelig støymengde som genereres.There is also an unavoidable amount of noise that is generated.

Disse karakteristikker forårsaker enda større problemer i tett-bebygde områder. These characteristics cause even greater problems in densely built-up areas.

De økonomiske problemer og virkningsgradproblemene er endaThe financial problems and efficiency problems are still there

større i undersjøiske rørledninger slik som de i Nordsjøen.larger in submarine pipelines such as those in the North Sea.

Dette fordi hver pumpestasjon krever sin egen plattform og slike plattformer er svært kostbare. For å redusere antallet slike plattformer som er nødvendig i en rørledning, tillates gasstrykket i røret å falle mellom stasjonene i en større grad enn hva som er ønskelig fra et pumpevirkningsgrad synspunkt. This is because each pumping station requires its own platform and such platforms are very expensive. In order to reduce the number of such platforms required in a pipeline, the gas pressure in the pipe is allowed to drop between stations to a greater extent than is desirable from a pump efficiency point of view.

Den foreliggende oppfinnelse søker å tilveiebringe en løsningThe present invention seeks to provide a solution

på disse problemer.on these problems.

Ifølge det bredeste aspekt av den foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebragt en elektrisk motor og kompressoranordning tilpasset for montering inne i en gassrørledning, hvor motoren har passasjer for at gassen passerer derigjennom eller er slik at den danner i forbindelse med rørledningen et ringrom som definerer en passasje eller passasjer for gassen mellom motoren og rørledningen. According to the broadest aspect of the present invention, there is provided an electric motor and compressor device adapted for mounting inside a gas pipeline, where the motor has passages for the gas to pass through or is such that it forms in connection with the pipeline an annulus defining a passage or passage for the gas between the engine and the pipeline.

I en foretrukken utførelse som blir beskrevet i det etterfølg-ende , innbefatter motoren en kortslutningsmotor, hvor kompressoren innbefatter en multitrins aksialkompressor plassert opp-strøms av motoren og er anordnet for å bli drevet av denne. In a preferred embodiment which will be described in the following, the motor includes a short-circuit motor, where the compressor includes a multi-stage axial compressor located upstream of the motor and arranged to be driven by it.

Fortrinnsvis er motor/kompressoranordningen i bruk plassert iPreferably, the motor/compressor device in use is placed in

en rørledningslengde for å danne en modul anordnet for fjernbart å bli festet i rørledningen. Modulen kan festes koaksielt i rør-ledningen, men alternativt kan en eller flere moduler plasseres i by-passer i parallell med rørledningen. a length of conduit to form a module arranged to be removably fixed in the conduit. The module can be fixed coaxially in the pipeline, but alternatively one or more modules can be placed in by-passes in parallel with the pipeline.

En foretrukken utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet gjennom et eksempel med henvisning til de vedlagte tegninger hvor: A preferred embodiment of the invention will now be described through an example with reference to the attached drawings where:

Fig. 1 viser en motor/kompressoranordning for innarbeidelse iFig. 1 shows a motor/compressor device for incorporation in

en gassrørledning,a gas pipeline,

fig. 2 viser et sideriss av anordningen ifølge fig. 1 innarbeid-i en undersjøisk modul, og fig. 2 shows a side view of the device according to fig. 1 incorporation-in a submarine module, and

fig. 3 viser et skjematisk planriss av en undersjøisk stasjon som innehar to av modulene vist i fig. 2, anordnet i parallell med hovedgassrørledningen. fig. 3 shows a schematic plan view of a submarine station which contains two of the modules shown in fig. 2, arranged in parallel with the main gas pipeline.

Det vises nå til fig. 1 hvor det er vist en standard gassover-føringsrørledning 1. Diameteren på røret avhenger av stedet av rørledningen i gassoverføringsnettverket og det planlagte gass-volum som skal overføres. Vanligvis med dagens teknologi kan dets diameter være 4 0 tommer, men kan likeledes være mindre enn 10. Denne bestemte anvendelse er ment primært for under-sjøiske steder og derfor har en koplingsboks 2 festet til det ytre av røret 1, hvor koplingsboksen innbefatter et forankrings-punkt 3 for en markeringsbøye. En elektrisk motor 4 er plassert i røret og kraft til å drive motoren tilføres gjennom en driftskabel som passerer inn i koplingsboksen 2 gjennom en trykkpakningsboks 6 for forbindelse til viklingene av den elektriske motor 4. Motoren tilføres gjennom en driftskabel som passerer inn i koplingsboksen 2 gjennom en trykkpakningsboks 6 for forbindelse til viklingene av den elektriske motor 4. Motoren be-står av en kortslutningsmotor som er plassert i hovedsak koaksielt i røret på støttesteg 7 for slik å tilveiebringe en ring-formet passasje 8 mellom det ytre av motoren og rørveggen, gjennom hvilke gass kan passere. Rotoren 13 støttes på lagre 9 Reference is now made to fig. 1 where a standard gas transmission pipeline is shown 1. The diameter of the pipe depends on the location of the pipeline in the gas transmission network and the planned gas volume to be transferred. Typically with today's technology, its diameter may be 40 inches, but may likewise be less than 10. This particular application is intended primarily for subsea locations and therefore has a junction box 2 attached to the outside of the pipe 1, the junction box including an anchoring - point 3 for a marking buoy. An electric motor 4 is placed in the pipe and power to drive the motor is supplied through an operating cable which passes into the junction box 2 through a pressure packing box 6 for connection to the windings of the electric motor 4. The motor is supplied through an operating cable which passes into the junction box 2 through a pressure packing box 6 for connection to the windings of the electric motor 4. The motor consists of a short-circuit motor which is placed essentially coaxially in the tube on the support step 7 so as to provide an annular passage 8 between the outside of the motor and the tube wall, through which gas can pass. The rotor 13 is supported on bearings 9

og 10 hvilke tilføres olje fra et reservoar (som vist i fig. 2) ved hjelp av en oljepumpe 11 plassert ved den nedstrøms ende av motoren. and 10 which are supplied with oil from a reservoir (as shown in Fig. 2) by means of an oil pump 11 located at the downstream end of the engine.

Akselen 12 til den elektriske motor som bærer rotoren 13 harThe shaft 12 of the electric motor which carries the rotor 13 has

en forlengelse som er forbundet til en multitrins aksialkompressor 14, hvor kompressoren er montert på et trykklager eller aks-iallager 15 og frontlager 16. an extension which is connected to a multi-stage axial compressor 14, where the compressor is mounted on a thrust bearing or axial bearing 15 and front bearing 16.

Selvom motoren 4 er vist å være direkte forbundet til kompressoren 14, skal det forstås at en girveksel kan plasseres mellom de to komponenter selvom for installering slik som under Nord-sjøen, er en direkte forbindelse foretrukket under hensyn til Although the motor 4 is shown to be directly connected to the compressor 14, it should be understood that a gearbox can be placed between the two components although for installation such as under the North Sea, a direct connection is preferred in view of

enkelhet og pålitelighet.simplicity and reliability.

Det vises nå til fig. 2 hvor det er vist et sideriss, delvis i snitt, av en modul for innsettelse i en undersjøisk rørledning. Modulen innbefatter en rørseksjon 20 som har ved sine ender flenser 21 ved hvilke rørseksjonen 20 kan boltes til korresponderende flenser 21a av det gjenværende av rørledningen som vist i fig. 3. Rørseksjonen 20 innbefatter en motor/kompressoranordning som vist i fig. 1. 22 er oljetanken, til hvilke som tidligere nevnt tilføres olje gjennom oljerør 23 til lagre av motor/ kompressoranordningen. en avblåsingsventil 24 for kompressoren er festet til rørledningen 20 inntil kompressoren. Inntil hver ende av rørseksjonen 20 er det plassert respektive pakningsboks-løse isoleringsventiler 25 for kompressoren. Som vist til venstre i fig. 2, innbefatter disse ventiler et ventillukkeelement 26, drevet av en elektrisk motor 27 for å lukke rørseksjonen 20. Reference is now made to fig. 2 where a side view, partly in section, of a module for insertion in a submarine pipeline is shown. The module includes a pipe section 20 which has at its ends flanges 21 by which the pipe section 20 can be bolted to corresponding flanges 21a of the remainder of the pipeline as shown in fig. 3. The pipe section 20 includes a motor/compressor device as shown in fig. 1. 22 is the oil tank, to which, as previously mentioned, oil is supplied through oil pipe 23 to the bearings of the engine/compressor device. a blow-off valve 24 for the compressor is attached to the pipeline 20 next to the compressor. Up to each end of the pipe section 20 there are respective stuffing box-less isolation valves 25 for the compressor. As shown on the left in fig. 2, these valves include a valve closing element 26, driven by an electric motor 27 to close the pipe section 20.

Det vises nå til fig. 3 hvor det er vist et skjematisk planriss av en undersjøisk kompressorstasjon som innbefatter to av kom-pressormodulene vist i fig. 2, anordnet i parallell. De to moduler er plassert i parallell med hverandre og med en hovedrør-ledning 28. Hovedrørledningen innbefatter en blokkeringsventil 29 som er stengt for å avlede gasstrømning gjennom kompressor-modulene. Hovedrørledningen 28 innbefatter også en isolerende avblåsningsventil 30 som er forbundet til korresponderende av-blåsningsventiler 31 i rørseksjonen 20 av de to moduler gjennom rør 32. Reference is now made to fig. 3 where a schematic plan view of a submarine compressor station is shown which includes two of the compressor modules shown in fig. 2, arranged in parallel. The two modules are placed in parallel with each other and with a main pipeline 28. The main pipeline includes a blocking valve 29 which is closed to divert gas flow through the compressor modules. The main pipeline 28 also includes an isolating blow-off valve 30 which is connected to corresponding blow-off valves 31 in the pipe section 20 of the two modules through pipe 32.

Som nevnt tidligere, er rørseksjonene 20 til modulene forbundet ved deres endeflenser 21 til korresponderende flenser 21a av hovedrørledningen. I denne utførelse er flensene 21a plassert på grenrørseksjoner 73. As mentioned earlier, the pipe sections 20 of the modules are connected at their end flanges 21 to corresponding flanges 21a of the main pipeline. In this embodiment, the flanges 21a are placed on manifold sections 73.

Inntil flensene 21a av hver av grenseksjonene 33 er det plassert en pakningsboksløs isoleringsventil 34 for rørledningen. Up to the flanges 21a of each of the boundary sections 33, a stuffing box-less isolation valve 34 for the pipeline is placed.

VedVed korrekt åpning og lukking av isoleringsventilene 25,29VedVed correct opening and closing of the isolation valves 25,29

og 34, er det mulig å regulere gasstrømningen selektivt gjennom den ønskede seksjon eller seksjoner av stasjonen. Dersom f.eks. gasstrykket er slik at pumping ikke er nødvendig, ville ventilen 29 bli åpnet og ventilene 25 og 34 lukket. Gassen ville så strømme uavbrutt langs hovedseksjonen 28 av rørledningen. Dersom kun en kompressor trengs for å gi det nødvendige trykkpådrag, var det nødvendig kun å bringe en i drift ved å åpne den korr-ekte av ventilene 25,34 med ventilen 29 lukket. and 34, it is possible to regulate the gas flow selectively through the desired section or sections of the station. If e.g. gas pressure is such that pumping is not necessary, valve 29 would be opened and valves 25 and 34 closed. The gas would then flow continuously along the main section 28 of the pipeline. If only one compressor is needed to provide the required pressure, it was only necessary to bring one into operation by opening the correct one of the valves 25,34 with valve 29 closed.

Isoleringsventilene 25 og 34 blir også brukt under vedlikehold. Med disse ventiler og ventilen 29 lukket, kan modulene koples fra rørledningen ved å frigjøre deres flenser 21 og modulen fjernes uten at vesentlige mengder sjøvann entrer rørledningen eller det indre av modulen. Dette arrangement har den ytterligere fordel at en modul med feil kan enkelt skiftes ut med en annen modul med minimal stengetid. The isolation valves 25 and 34 are also used during maintenance. With these valves and valve 29 closed, the modules can be disconnected from the pipeline by releasing their flanges 21 and the module removed without significant amounts of seawater entering the pipeline or the interior of the module. This arrangement has the further advantage that a faulty module can be easily replaced with another module with minimal downtime.

Selv om denne utførelse beskriver en modul for bruk til rørled-ninger i Nordsjøen, har den foreliggende oppfinnelse også særlig fordeler i landbaserte operasjoner, som nevnt tidligere, har anordningen av ikke hyppige, store gassturbin-pumpeanlegg ulemp-er mens pumpestasjoner som innehar foreliggende oppfinnelse ikke krever store områder siden de kan anordnes i en liten grøft, f.eks. plassert på offentlig område langs veier. Det er således enorme kostnadsbesparelser både i den reduserte nødvendige in-frastruktur og også i forøket virkningsgrad for gassoverføring siden modulene kan plasseres lettere, mer presist hvor de trengs. Dersom den nødvendige kraft ikke kan tilveiebringes av en enkelt motor, så kan et antall motorer forbindes i serie. Videre kan hver modul innbefatte mer enn en motor/kompressoranordning. Although this embodiment describes a module for use for pipelines in the North Sea, the present invention also has particular advantages in land-based operations, as mentioned earlier, the arrangement of infrequent, large gas turbine pumping systems has disadvantages, while pumping stations that incorporate the present invention do not require large areas since they can be arranged in a small trench, e.g. placed in public areas along roads. There are thus enormous cost savings both in the reduced necessary infrastructure and also in the increased efficiency for gas transmission since the modules can be placed more easily, more precisely where they are needed. If the required power cannot be provided by a single motor, a number of motors can be connected in series. Furthermore, each module may include more than one motor/compressor device.

Selvom oppfinnelsen er blitt beskrevet idet den har en elektrisk motor som driver en kompressor skal det forstås at oppfinnelsen også er appliserbar til et reversert arrangement i hvilket en impeller driver en elektrisk generator. En slik installasjon vil være særlig nyttig hvor en reduksjon av gasstrykket er nødvendig slik som oppstår når et grenrør forbindes til en hovedoverførings-linje. Hensiktsmessig under slike omstendigheter innarbeides en reduksjonsventil i rørledningen, men dette involverer en kost-nadsbelastning siden, ettersom gass reduseres i trykk, den natur-lige inneholder mindre energi og differansen i energinivået er tap. Ved bruk av foreliggende oppfinnelse oppnås trykkreduksjon-en i det minste delvist ved å drive impelleren og omdannes til nyttig elektrisk energi av generatoren hvilke kan enten føres tilbake til det nasjonale nettverk eller brukes for nærliggende formål. Den foreliggende oppfinnelse har den fordel at motoren og kompressoren kan plasseres i standard dimensjonerte rørled-ningssystem som ikke bare unngår kostnadene av å tilvirke spes-ialdimensjonerte rør, men også letter dets innarbeidelse i både nye og eksisterende rørledninger. Although the invention has been described as having an electric motor driving a compressor, it should be understood that the invention is also applicable to a reversed arrangement in which an impeller drives an electric generator. Such an installation will be particularly useful where a reduction of the gas pressure is necessary, such as occurs when a branch pipe is connected to a main transmission line. Appropriately in such circumstances, a reduction valve is incorporated into the pipeline, but this involves a cost burden since, as gas is reduced in pressure, it naturally contains less energy and the difference in energy level is a loss. When using the present invention, the pressure reduction is achieved at least partially by driving the impeller and is converted into useful electrical energy by the generator which can either be fed back to the national network or used for nearby purposes. The present invention has the advantage that the motor and compressor can be placed in a standard dimensioned pipeline system which not only avoids the costs of manufacturing specially dimensioned pipes, but also facilitates its incorporation into both new and existing pipelines.

Selv om modulen beskrevet anovender boltede flenser for å feste den i rørledningen skal det forstås at andre metoder kan brukes. Although the module described uses bolted flanges to attach it to the pipeline, it should be understood that other methods can be used.

F.eks. for undersjøiske steder kan sveisede skjøter brukes, men mange typer for forbindelse/tetning kan anvendes. E.g. for subsea locations, welded joints can be used, but many types of connection/sealing can be used.

Claims

1. Electric motor and compressor device adapted for installation inside a gas pipeline, characterized in that the motor has a passage for the gas to pass through or is such that it forms, in connection with the pipeline, an annular space that defines a passage or passage for the gas between the motor and the pipeline .

2. Device according to claim 1, characterized in that the motor includes a short-circuit motor, that the compressor includes a multi-stage axial compressor placed upstream of the motor and adapted to be driven by it.

3. Electric generator and pump device adapted for installation inside a gas pipeline, characterized in that the generator has passages for gas to pass through or is such that it forms in connection with the pipeline an annular space that defines a passage or passage for the gas between the generator and the pipeline.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the engine and the compressor, or the generator and the pump, includes oil-lubricated bearings supplied with oil from an oil reservoir.

5. Module adapted for insertion in a pipeline, characterized in that it includes a device according to claim 1, 2 or 3 or 4, placed in a pipeline section adapted for attachment in a pipeline.

6. Module according to claim 5, characterized in that it includes devices for removably attaching the module to the pipeline.

7. Module according to claim 5 or 6, characterized in that it is adapted to be fixed coaxially in said pipeline.

8. Device including a number of the modules according to claims 5 or 6, characterized in that the number of modules includes by-passes arranged in parallel with the pipeline.

9. Device according to claim 8, characterized in that each module includes isolation valves operable to seal the interior of the module, that further isolation valves are placed in each by-pass and operable to close access to the pipeline.

10. Device according to claim 9, characterized in that the isolation valves include electrically operated stuffing box-less valves.

11. Device according to claim 8, 9 or 10, characterized in that diversion valve devices are placed in a pipeline part in parallel with said modules and are operable to close said pipeline part in order to divert gas flow through said modules.