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Stationäre und instationäre mehrphasige Strömungen von Gas, Wasser und Öl in Rohren und Rohrleitungsnetzen und Auswirkung von dynamischem Systemverhalten auf Armaturen, Apparate und Mehrphasenpumpen

Dipl.-Ing. G. Aleksieva

Dr.-Ing. T. Vauth

 

In der Erdöl und Erdgas produzierenden und verarbeitenden Industrie werden mehrphasige Gemische mit Mehrphasenpumpen gefördert. Die Gemische bestehen aus flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wässrigen Salzlösungen, sowie partikelförmigen festen Anteilen, wie z. B. Sand oder kristallinen Hydraten. Die relativen Phasenanteile der gasförmigen Komponenten variieren zuwischen 0 und 1. Die Gemische werden auf so hohe Drücke verdichtet, dass die Gemische über große Entfernungen transportiert werden können, um sie u.a. mit weiteren Förderströmen zu vereinigen und zentralisiert zu trennen bzw. zu verarbeiten. Dadurch werden gegenüber konventioneller Förderung mit dezentraler Separation der geförderten Gemische Investitionskosten eingespart, so dass auch marginale Felder mit wirtschaftlichem Erfolg ausgebeutet werden können. Die Erschließung neuer Ölfelder zeigt, dass Mehrphasenpumpen nicht nur einzeln sondern auch in Rohrnetzen eingesetzt werden. Die Pumpen werden dann in Reihe geschaltet, um große Entfernungen zu überbrücken oder parallel, um größere Mengenströme zu fördern. Die eingesetzten Schraubenspindelpumpen sind Volumenförderer, die mit Hilfe zweier achsparallel angeordneter und gegensinnig rotierender kämmender Schnecken arbeiten.

Ziel des Projektes ist, den Einfluss der mehrphasigen Strömung auf das Förderverhalten der Mehrphasenpumpen im Netzbetrieb zu untersuchen. Für experimentelle Untersuchungen dient ein Rohrleitungsnetz, durch das kontinuierlich ein Gemisch aus Luft, Wasser und Öl mit maximalen Volumenströmen von 90 m³/h transportiert wird. In der Versuchsanlage ist der Netzbetrieb zweier Mehrphasenpumpen in Einzel-, Reihen- oder Parallelschaltung möglich. Zunächst werden die Förderkennlinien einer Mehrphasenpumpe als Funktion der Druckdifferenz, der Drehzahl, des volumetrischen Gasanteils und der Rezirkualtion aufgenommen. Mit weiteren Messungen wird der Einfluss von instationären Strömungsformen wie Schwallströmung auf das Verhalten der Mehrphasenpumpe untersucht. Um die Strömungsformen zu bestimmen, werden die Phasenverteilungen mit Hilfe der Gamma-Densitometrie und der elektrischen Tomographie gemessen. Im Netzbetrieb werden vor allem der Zwischendruck für Reihenschaltung und die Aufteilung der Phasenströme auf die zwei Pumpen für Parallelschaltung untersucht.