DE3303491A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die ablaufsteuerung des transportes aufgeschlaemmten, kleinstueckigen gutes in senkrechte richtung - Google Patents

Description

U.S.Ser.No. 351,101 1. Februar 1983

AT: 22. Februar 1982 11409/Dr.Zi/Ro.

Conoco Inc., Ponca City, OK 74601, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung für die Ablaufsteuerung des Transportes aufgeschlämmten, kleinstückigen Gutes in

senkrechte Richtung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, allgemein das Pumpen einer Aufschlämmung oder Suspension kleinstückigen oder teilchenförmigen Gutes in senkrechter Richtung und insbesondere, ohne hierauf beschränkt zu sein, auf ein Pumpsystem für die Senkrechtförderung und auf die damit verbundene Prozeßsteuerung zum Transport von Kohleschlamm über beträchtliche vertikale Entfernungen.

Es sind bereits verschiedene Einrichtungen zum Pumpen über kürzere Strecken in senkrechten Richtungen bekannt, die auch in verschiedenen Produktions- und Bergbauverfahren Verwendung gefunden haben. Jedoch gibt es nur wenige vergleichbare Anlagen zum Pumpen in senkrechter Richtung, die daraufhin abgestellt sind, aufgeschlammtes Gut aus einem einheitlich zugehörigen Grubenaufschlämmungssystem durch ein senkrechtes, erdv/andiges oder verrohrtes Bohrloch von beträchtlicher Länge für die betriebliche Verbindung zu einem Ubertage-Schlammtransportsystem zu fördern. In der US-PS 39 82 789 wird der Transport von aufgeschlämmtem Gut in senkrechte Richtung über eine Rohrleitung aus einem Grubensumpf aufwärts

-Ί-

in eine Weiterverarbeitungseinrichtung an der Oberfläche beschrieben. In diesem Verfahren findet ein Zumeßsystem mit einer rotierenden Durchlaßvorrichtung in Kombination mit einer Zentrifugalpumpe Verwendung, um die aufgeschlämmten Grobstoffe weiterzuleiten, während die Feinstoffe separat gesammelt werden, um in die senkrecht geführte Rohrleitung eingespeist zu werden. Ein Transport in senkrechter Richtung über Rohrleitungen wurde zwar generell in verschiedenen deutschen Bergwerken zur Anwendung gebracht, spezielle Maßnahmen zur Prozeßsteuerung sind jedoch nicht bekannt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen des Pumptransportes aufgeschlämmten Gutes durch einen senkrecht nach oben führenden Strömungsweg und auf die damit verbundene Prozeßsteuerung zur Aufrechterhaltung des Strömungsdruckes und des Durchsatzes innerhalb der erforderlichen Grenzen während eines kontinuierlichen Betriebes. Das Vertikalpumpsystem umfaßt in Reihe geschaltete Pumpen, die eine Änderung der Drehzahl zulassen und denen das aufgeschlämmte Gut aus einem Grubensystem auf einer ersten Sohle zugeführt wird. Hiernach fördern die Pumpen das aufgeschlämmte Gut über einen Strömungsweg, der ein hinauf zur Oberfläche oder zu einer zweiten Sohle führendes Bohrloch sein kann, wobei das aufgeschlämmte Gut zeitweilig in einem Puffertank eingelagert wird und hiernach von einem Ubertage-Pumpensystem zum Transport über Tage zu einer entfernten Lagerstätte weitergepumpt wird. Eine Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung übt die Steuerung und überwachung des Ablaufs der Ventilbetätigungen zwischen den Pumpen und dem senkrechten Bohrloch aus, um die Druckwellen im Schlamm während des Anfahrens, des Abstellens und des Notablaßbetriebes zu steuern und zu überwachen. Der Pumpenauslaß ist daher mit einem

motorbetriebenen Ventil und umleitenden Energieableitoder Umwandeleinheit sowie mit einem zu dem senkrechten Bohrloch führenden Hauptabsperrventil verbunden. Ein zweites motorbetriebenes, stromabwärts von dem Hauptabsperrventil angeordnetes Ventil führt zu einer

Ablaß- und Energieableiteinheit. Eine zentrale Einheit für die Steuerlogik reguliert dann die Ventiltätigkeit entsprechend der speziellen Betriebsart auf die erforderlichen Drehzahlen und die Ablauffolge hin. 10

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein Ventilfolgesteuersystem für das vertikale Pumpen von aufgeschlämmtem Gut anzugeben.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung anzugeben, die gezielt den Schlammdruck entsprechend Bohrlochdimensionen so ableitet oder reduziert, daß sich der Durchsatz der vertikalen Strömung auf einen gewünschten Betriebswert einstellt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pumpendruck-Steuerungssystem anzugeben, das mit einem drehzahlvariablen Pumpenantrieb arbeitet, der leichter zu steuern und einer genaueren überwachung zugänglich ist.

Schließlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System der logischen Ablaufsteuerung für ein Pumpensystem mit drehzahlvariablem Antrieb anzugeben, das einen sicheren und verläßlichen Anfahr~>, Abstell- und Notablaßbetrieb für ein System zum senkrechten Pumpen großer Mengen möglich macht.

Diese Aufgaben werden bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgeraäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen dieses Verfahrens und vorteilhafte Einrichtungen zu seiner Durchführung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sich aus den in der folgenden, detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein idealisiertes Blockdiagramm eines Grubensystems, das Anlagen der Oberfläche und der Grubensohle umfaßt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Pumpen in senkrechter Richtung einschließlich Anlagen auf übertage- und Untertageniveau;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Energieableiteinheit, wie sie in der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, wobei Teile in Explosionsdarstellung und in einer Schnittzeichnung dargestellt sind; und

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Folgesteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht eine vollständige hydraulische Förderanlage in einem Gebirgsabschnitt 10 mit einer Oberfläche 12 und mit einem Grubenstollen 14, der durch ein Stollengewölbe 16 und einen Boden 18 begrenzt ist.

υ υ υ \j *t \j ι

-10-

Selbstverständlich können in größeren Kohlengruben untertage mehrere Stollen 14 auf einer Vielzahl von verschiedenen Zwischensohlen angelegt sein. Insbesondere zeigt Fig. 1 ein verbindendes Röhrensystem 20, durch das eine Wasser-Schlamm-Förderverbindung zwischen mehreren Abbaustationen 22 und einem zentral angelegten Sumpf hergestellt wird, der zur Lagerung des KohlenSchlamms und anschließenden Zuführen zu einem vertikalfördernden Pumpsystem 26 dient, das den Schlamm senkrecht durch ein Bohrloch 28, das beispielsweise erdwallen, unverrohrt, verrohrt oder dgl. sein kann, zu einer Ubertagestation 30 fördert. Für die Wasserhaltung wird Wasser von der Ubertagestation 30 abwärts durch das Bohrloch zum Auffüllen des Röhrensystems 20 und des Sumpfes 24 zurückgeleitet.

Die Abbaustationen 22 bestehen aus mehreren, unterschiedlichen Kohlenabtransportstationen entlang des. Stollens 14, so können die Stationen 22 Pfeilerbaueinrichtungen 34 umfassen. Solch ein System enthält eine Abbaumaschine am Kohlenflöz, die in Verbindung mit einem Aufnahmebehälter für den Kohleschlamm steht, und ein verlängerbares Schlauchleitungssystem, das mit einer Schlammleitung 36 und einer Wasserrückflußleitung 38 des Verbundystems 20 verbunden ist. In ähnlicher Weise kann auch eine Strebbauanlage 40 an das Leitungssystem angeschlossen sein. Die Maschinenausrüstung für den Strebbau ist auch wohlbekannt, sie besteht aus einer Schrämmaschine in Verbindung mit einem Kohlen-Conveyor und einer Aufschlämm- und Schlammeinspritzvorrichtung in Verbindung mit einer Schlammleitung 36a und einer Wasserrückführleitung 38a. Da die Länge der Schlammleitungen 36 und der Wasserleitungen 38 beträchtlich sein kann, in der Größenordnung von Kilometern, werden, soweit notwendig, entlang des Leitungsnetzes des Verbundsystems 20 Zusatzpumpstationen vorgesehen.

Die Schlaitunleitung 36 und die Wasserleitung 38 führen zum Sumpf 24, der als eine zentrale Sammelstelle für das abgebaute Gut dient, in der es für den vertikalen Transport aufwärts durch das Bohrloch 28 nochmals aufbereitet wird. Der Sumpf 24 besteht aus einer Schlammgrube 42, die von einer Wasser- und Feinstoffgrube 46 durch ein Überlaufwehr 44 getrennt ist. Der Sumpf 24 hat in der Praxis eine längliche, rechteckige Form und kann ziemlich groß sein, z.B. von der Größenordnung von 90 m (300 feet) in der Länge und 6 m (20 feet) in der Breite. Die Schlammleitung 36 wird kontinuierlich in die Schlammgrube 42 abgelassen und Pumpen (nicht gezeigt) entnehmen Wasser aus der Wassergrube 46, um es in die Wasserleitung 38 des Verbundsystems 20 zurückzuleiten. Nachfüllwasser aus dem Bohrloch 32 ist, wenn notwendig, über die Wasserversorgungsleitung 48 für die Wassergrube 46 oder die Wasserleitung 38 verfügbar, jenachdem wie es durch die Steuerventile geleitet wird.

Schlamm aus der Kohle-Schlammgrube 42 wird durch eine Vorrichtung, wie einen sich kontinuierlich bewegenden Bagger 50, aufgenommen, um durch eine Schlammleitung zu dem Vertikal-Pumpsystem 26 geführt zu werden. Der Schlammausstoß des Vertikal-Pumpsystems 26 geht dann über eine Schlammleitung 54 aufwärts durch das Erdbohrloch 28 an die Ubertagestation 30. Eine Schlammleitung 56 führt ferner zu einer Umleitungs- und Ablaßstation 58, eine Vorrichtung, die auf gewisse Leitungszustände anspricht, wie es im folgenden beschrieben wird.

Die Ubertagestation 30 umfaßt einen Puffertank und ein Ubertagepumpsystem, das die Leistung für den Ubertagetransport über eine Schlammleitung 60 im Zuge der Rückführung des Systemwassers über eine Wasserleitung 62 liefert. Die Schlammleitung 60 kann mit einer Anzahl

von Zwischenstationen und Ventileinrichtungen versehen sein und kann sich viele Kilometer über Land bis zu einer Endstation erstrecken, in der das Waschen, das Klassieren und ähnliches vor der weiteren Verwen- dung des kleinstückigen Gutes durchgeführt wird.

Fig. 2 zeigt in größeren Einzelheiten den Sumpf 24 und das Vertikal-Pumpsystem 26 in Verbindung mit den zur Erdoberfläche 12 und Ubertagestation 30 führenden Bohrlöchern 28 und 32. Der mit einer Baggerpumpe 64 ausgestattete Bagger 50 wird gesteuert über die Schlammgrube 42 gefahren, um hierbei Schlamm zur Weiterleitung über eine flexible Leitung 51 an die Schlammleitung 52 zur Abgabe an das.Vertikal-Pumpsystem 26 aufzunehmen.

Mit der Schlammausgangsleitung 52 ist ein Dichtewertgeber 66 verbunden, der kontinuierlich die Schlammdichte zur Anzeige und Kontrolle an einem zentralen Steuerpult ermittelt. Solch eine Kontrollstation ist an einer passenden Stelle beim Sumpf 24 und der Vertikal-Pumpstation 26 angeordnet. Gewisse Betriebssteuerungsund überwachungseinrichtungen können auch von der Übertagestation über eine Fernbedienung zugänglich sein. Ein Druckwertgeber 68 liefert eine Anzeige des Druckes in der Schlammleitung stromabwärts von einer Schlammschlauchkupplung 70 und einer Wehrpumpe 72, die über ein Regelventil 74 und ein handbetätigtes Ventil 70 wirkt.

Die Schlammleitung 52 führt dann durch einen Durch- ' flußmesser 78 mit einem Durchflußgeber 80, ein magnetischer Fischer-Porter-Durchflußmesser, zum Einlaß einer ersten von mehreren in Reihe geschalteten Pumpen. Die ersten beiden Pumpen 82 und 84 in dieser Reihe sind Pumpen mit drehzahlvariablem Pumpenantrieb und arbeiten auf die nachfolgenden drehzahlkonstanten Pumpen 86, 88,

90, 92 und 94, deren Auslaß schließlich in die Schlammleitung 54 führt. Die Pumpen 94 sind handelsüblich, z.B. Warman Model 14/12 TAHP Slurry Pump. Die drehzahlkonstanten Pumpen 86 bis 94 werden jeweils über einen Riemenantrieb durch einen 375 kW (500 hp) Elektromotor , /angetrieben, während die drehzahlvariablen Pumpen 82 und 84 über eine drehzahlvariable Fluidkupplung durch 525 kW (700 hp) Elektromotoren angetrieben werden, wie es im folgenden noch näher beschrieben wird.

Die Schlammausgangsleitung 54 ist dann über ein motorbetriebenes Ventil 96 und eine weitere Schlammleitung 54, sowie Flanschkupplungen 98 und 100 mit dem unteren Ende des Erdbohrloches 28 zur Förderung an die Oberfläche verbunden. Während des Umleitungsbetriebes in der Anfahrphase wird der Schlamm durch ein motorbetriebenes Ventil 102 an eine Einrichtung 104 (Energieableiter) zur Energievernichtung geleitet und während eines Notablaßbetriebes über ein motorbetriebenes Ventil 106 aus der stromabwärts weisenden Seite des Ventils 96 an eine Einrichtung 108 (Energieabieiter) zur Energievernichtung geführt. Die Einrichtungen 104 und 108 sind in ihrer Funktionsweise daraufhin abgestellt, einen hohen Eingangsdruck aufzunehmen und im aktivierten Zustand den Volumendurchsatz des Fluids am Auslaß zu reduzieren.

Eine Vielzahl von Meßfühlern sendet Steuerungs- und Uberwachungsdaten an das zentrale Steuer- und- Uberwachungspult. So wird der Schlammdurchsatz im Durchflußmesser 78 vom Durchflußgeber 80 und Dichteinformationen von dem Dichtewertgeber 66 übermittelt. Druckwertgeber 112, 114 und 116 liefern die erforderlichen Daten für jeden Pumpeneinlaß, für den Auslaß der ersten Pumpe 82 mit drehzahlvariablem Antrieb und für den

endgültigen Pumpenauslaß; Drehzahlgeber 118 und 120 liefern eine zentrale Steuer- und Kontrollanzeige der ersten und zweiten drehzahlvariablen Pumpe 82 bzw. 84. Die Steuerungs- und Kontrolldatenausgänge an dem zentralen Steuer- und überwachungspult sind über eine Schnittstelle an ein zentrales Steuergerät, (z.B. Texas Instruments Model 5Tl Programmable Logic Controller) angeschlossen, das verschiedene automatische Steuerungen auszuführen hat. Die primäre Wasserzufuhr erfolgt durch eine Übertageleitung 62 zu einer überleitungs-Station 122 und geht unter der Steuerung durch ein motorgetriebenes Ventil 124 durch das Wasserbohrloch 32 nach unten zum tieferen Niveau. Ein sehr großes Sammelbecken 126 für das primäre Wasser ist in der Nähe der Überleitungsstation 122 ebenfalls angelegt, um den Wasserfluß durch Steuerung einer Blende (blind) oder ein Ableit- oder Überdruckventil 127 aufzunehmen. In dem zweiten oder tieferen Niveau tritt das Wasser dann durch, ein handbedientes Ventil 128 in die Leitung 48 ein, die dann mit der Leitung 38 zur Verteilung in dem Leitungssystem 20 (Fig. 1) verbunden ist. Ein handbedientes Ventil 130 ermöglicht die Abnahme von Wasser zu Hilfszwecken und durch ein handbedientes Ventil 132 sowie ein pneumatisches Ventil 134 kann der Grube 46 des Sumpfes 24 Nachfüllwasser für das System zugeführt werden.

In der Ubertagestation 30 erfolgt die Schlammverarbeitung und das Pumpen für das Übertagetransportsystem. Der Schlamm, der aus dem Bohrloch 28 heraufkommt, wird durch eine Schlammleitung 136 geleitet und in einen Puffertank 138 abgelassen, der ständig durch einen motorgetriebenen Mischer 140 durchgerührt wird. Dem Puffertank · 138 wird ferner Nachfüllwasser ebenfalls in kontrollierbarer Weise zugesetzt, da Schlamm über eine Leitung 142 durch den Durchflußmesser 144 zur Einspeisung in das

T Ubertagetransport-Pumpsystem abgeleitet werden kann, welches in Reihe geschaltete Pumpen enthält, z.B. drehzahlvariable Pumpen 146 und 148 und drehzahlkonstante Pumpen 150, 152, 154 und 156. Eine vorgegebene Pumpenausgangsströmung steht dann an der Schlammleitung über die Überleitungsstation 122 für die Ubertage-Schlammleitung 60 zur Verfügung. Ein motorbetriebenes Ventil 160 bringt eine Schlammentlastung während der Anfahrphase durch Umleitung über einen Energieabieiter oder -vernichter 162, der einen reduzierten Schlammfluß zurück in den Puffertank 138 leitet. Ein Pegelwertgeber 164 in Verbindung mit dem Puffertank 138 überwacht kontinuierlich den Schlammpegel und liefert Pegelinformationen hinunter zu dem zentralen Steuer- und überwachungspult, wie im folgenden beschrieben wird.'

Fig. 3 zeigt eine Energieabieiter- oder -vernichtereinheit, wie sie vorzugsweise in der vorliegenden Einrichtung benutzt wird. Eine solche Energieableiter- oder -umwandlereinheit ist z.B. aus der DE-PS 30 41 bekannt. Die Ableitereinheit umfaßt einen ersten Zentrifugenteil, der das Fluid z.B. den Schlamm, mit hohem Druck und Volumen aufnimmt und in einen Fluß mit hoher Geschwindigkeit und niedrigem Druck umwandelt. Danach wird der axial fließende Schlamm weiter auf eine Strömung mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Druck an dem tiefer liegenden Ausflußende reduziert. Die charakteristische Ausgestaltung dieser besonderen Form einer Energieableitereinheit ist größtenteils auf die Notwendigkeit zur Handhabung aufgeschlämmten, kleinstückigen Materials, wie z.B. Kohleschlamm in relativ großen Mengen, zurückzuführen.

Ein Teil 166, der eine zylindrische Seitenwand 168, eine obere Platte 170 und eine untere Platte 172 aufweist, wird von einem tangentialen Schlammstrom durch das Eingangsrohr 174 gespeist. Ein relativ kleines, axiales Belüftungsventil 176 ist in der oberen Platte 170 vorgesehen, um einen Unterdruckausgleich für die Innenseite des Teiles 166 herzustellen, und es kann sowohl Luft wie auch ein passendes Fluid durch das Belüftungsventil 176 eingeführt werden, um eine Kavitation unterhalb der oberen Platte 170 zu verhindern. Der Wirbel, der innerhalb des Teiles 166 entsteht, greift durch oder im wesentlichen durch das axiale Auslaßrohr 178 durch, das von der Bodenplatte 172 gebildet wird.

Das untere Teil 180 nimmt dann den mit hoher Geschwindigkeit, aber reduziertem Druck erfolgenden Fluidausstoß des Rohres 178 auf und wandelt den endgültigen Ausfluß, in eine Niedergeschwindigkeits- und Niederdruckfluidströmung um. Das Teil 180 umfaßt im Prinzip einen inneren Zylinder 182 und einen äußeren konzentrischen Zylinder 184, der von einer kreisförmigen Befestigungsplatte 186, beispielsweise durch Verschweißen gehalten wird. In sich kreuzenden, zueinander senkrechten Ebenen angeordnete, vertikale Leitbleche 188 sind zwischen dem Boden des Zylinders 182 und des Zylinders 184 befestigt, wobei sie sich entlang der Innenseite der Wand des Zylinders 184 an dieser anliegend erstrekken. Eine Vielzahl auf dem Umfangskreis des Zylinders in Reihen angeordneter Schlitze 190 sind in dem inneren Zylinder 182 eingeschnitten, um die Geschwindigkeitsreduktion des aufgeschlämmten, kleinstückigen Gutes zu unterstützen. Die Verbindung der Teile 166 und 180 kann beispielsweise durch einen Dichtring 192 bewerkstelligt werden, der mit einem Schraubenbolzen gesicherten und geteilten Ring 194, der in den Führungsnuten und 198 aufgesetzt wird, zusammenwirkt.

Im Betrieb werden die Fluide, wenn sie unter hohen Druck und mit hoher Geschwindigkeit in die Rohrleitung 174 einfließen, bei der Durchleitung durch einen axialen Wirbel zu der Rohrleitung 178 unter dem Einfluß zentrifugaler Wechselwirkungen auf hohe Geschwindigkeit, aber niedrigen Druck gebracht. Die weitere axiale Bewegung des wirbelnden Fluids abwärts durch das Drosselteil 180, d.h. durch den inneren Zylinder 182, die Schlitze 190 und den äußeren Zylinder 184, reduziert die Geschwindigkeit des aufgeschlämmten Gutes, um schließlich dort unten eine Ausgangsströmung mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Druck zu erreichen.

Anhand von Fig. 4 soll nun beschrieben werden, wie der Betrieb unter der Steuerung und Kontrolle einer zentralen Steuerungseinrichtung 200, die Eingaben von einer Bedienungsperson, einer Intervallablaufsteuerung oder ähnliches erhält, überwacht und gesteuert wird. An die Steuereinrichtung ist eine Alarmeinheit 202 angeschlossen, die ein Alarmausgangssignal von der Steuereinrichtung 200 empfängt, ferner sind Motorsteuer- und Kontrollausgänge über Leitungen 204, 206 und 208 vorgesehen, um ein Hauptabsperrventil 210, ein Ventil 212 für den Umleitungsenergieableiter bzw. ein Ventil 214 . für den Ablaßenergieabieiter zu steuern.

In der Betriebsabfolge des Anfahrens wird das Energieableiterventil 212 geöffnet und das Hauptabsperrventil 210 geschlossen, die in Reihe geschalteten Pumpen 82 bis 94 werden angefahren, um Flüssigkeit, d.h. Wasser oder was unter dem Namen Trübe ("Black Water") bekannt ist, aus dem Sumpf 24 mittels der Pumpe 72 zur Rohrleitung 52 für einen möglichen Abfluß über die Leitung 54 zu fördern. Während des Druckaufbaues in der Leitung 54 wird es über das offene Ventil 212 und den

Energieabieiter 104 wieder in den Sumpf 24 zurückgepumpt. Diese Umleitung über den Energieabieiter 104 dient zur Aufrechterhaltung eines ansteigenden Druckes in der Leitung 54, während das Wasser über die Umleitung in den Sumpf 24 zurückgeleitet und abgelassen wird. Der Druck in der Leitung 54 muß einen vorherbestimmten Solldruckwert erreichen, damit die Einspeisung in die vertikale Rohrleitung oder in das Bohrloch 28 (Fig. 2) zufriedenstellend erfolgen kann.

Der Energieabieiter 104 erzeugt also hinreichend Druck in der Stationausgangsleitung 54, um den Bohrlochdruck zu überwinden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Motor 96 eingeschaltet, um das Absperrventil 210 sehr schnell zu öffnen und damit den Wasserfluß durch das vertikale Bohrloch 28 aufwärts zu erlauben. Hiernach steuert die Steuereinrichtung 200 den Motor 102 in der Weise, daß ein relativ langsames,schrittweises Schließen des " Energieableiterventils 212 erfolgt. Wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, dann fließt der gepumpte Schlamm mit einem relativ konstanten Durchsatz durch die Rohrleitung 54 und durch das vertikale Bohrloch 28, die veränderlichen Betriebsgrößen werden dann durch andere Betriebsflußparameter gesteuert und überwacht, die nicht wesentlich für die Anfahrpumpphase sind. Kleinstückiges Gut wird dann von der Baggerpumpe 64 (Fig. 2) über die bewegliche Schlammleitung 51 und über die Kupplung 70 eingespeist, und der Förderbetrieb geht unter zentraler Steuerung und Kontrolle vonstatten.

Das normale Abstellen des Systems wird durch die Umkehrung der Betriebsschritte, wie sie in der Anfahrphase ausgeführt werden, bewirkt.

Wenn Bedingungen auftreten, die eine Notabstellung erforderlich machen, müssen andere Betriebsfaktoren in

Betracht gezogen werden. So würden die sehr großen Mengen an aufgeschlämmten, kleinstückigen Gut in dem z.B. 245 bis 275 m (800 oder 900 feet) langen Bohrloch 28 bei unzeitigem Aufhören des Arbeitens der Pumpen 82 bis 94 oder bei unkontrollierter Verringerung des Durchflusses innerhalb der Rohrleitung, z.B. bei einem außergewöhnlichen Betriebszustand in der Ubertagestation 30, nach unten zur Ventil- und Rohrleitungsanordnung fallen, und das mit unerwünschten Folgen. Im Falle eines solchen Nothaltes bewirkt die Steuereinrichtung 20O, daß das Hauptabsperrventil 210 schrittweise geschlossen wird, während das Ventil 214 für den Ablaßenergieableiter sehr schnell weit geöffnet wird, wodurch es dem abwärts stürzenden, kleinstückigen Gut ermöglicht wird, in den Ablaßenergieabieiter 108 einzuströmen und während des Rückflusses des aufgeschlämmten Materials in den Sumpf 24 eine Reduzierung der Geschwindigkeit und des Druckes erreicht wird. Die Steuereinrichtung öffnet ferner das Umleitungsventil 212, wobei die Bewegung des Baggers 50 durch den Sumpf 42 blockiert wird. Dies erlaubt ein Spülen der Pumpen für die Vertikalförderung mit Wasser, da sie normalerweise zusammen mit der Baggerpumpe 64 angestellt bleiben.

Beispielsweise ist bei einer derzeitigen Ausführungsform der Umleitungsenergieableiter 104 so ausgelegt, daß er den Bohrlochdruckwert bei 22700 1 (6000gallons) pro Minute erzeugt, so daß das öffnen des Absperrventils 210 und das schrittweise Schließen des Umleitungsventils 212 mit keinen oder nur wenigen Druckschwankungen verbunden ist, und wenn das Umleitungsventil dann vollständig geschlossen ist, wird der Schlamm mit 22700 1 (6000gallons) pro Minute aufwärts durch das vertikale Bohrloch fließen. Während eines Notablaßbetriebes kann der Durchsatz einen Wert von 64350 1 (I7000jgallons) pro Minute aus dem Bohrloch abwärts

erreichen, und dieser Durchsatz wird durch den Ablaßenergieableiter 108 auf einen niedrigeren Durchsatz in der Größenordnung von 26500 1 bis 30300 1 (70OO bis 8000 gallons) pro Minute verringert, ein Durchsatz der im Betrieb leichter beherrscht werden kann. Somit sind die Umleitungsenergieableiter vorzugsweise für einen Durchsatz von ungefähr 22700 1 (6000 gallons) pro Minute ausgelegt und die Ablaßenergieabieiter sind etwas kleiner ausgelegt, jedoch so, daß sie eine etwas größere Energieableitung, d.h. Druckvernichtung, erlauben.

Soweit wurde ein neuartiges Ablaufsteuerungssystem offenbart, das den richtigen Druck und den richtigen Durchsatz innerhalb einer vertikalen Schlammleitung von beträchtlicher Länge während der Betriebsphasen Anfahren, Abstellen und Nothalt aufrechterhält. Der Transport von Schlamm durch ein Bohrloch kann über sehr große Höhenunterschiede, beispielsweise ca. 260 m (850 feet), aus einem Arbeitsniveau zur Erdoberfläche hin aufrechterhalten werden, und das Druck- und Durchflußsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung ist fähig, die notwendigen Durchsätze innerhalb der vertikalen Flußleitung während aller Phasen des Pumpbetriebes, als auch während Notsituationen, die im kontinuierlichen Betrieb auftreten können, aufrechtzuerhalten.

Es können selbstverständlich in der Kombination und/oder Zusammenstellung der Elemente gemacht werden, die oben in den Zeichnungen gezeigt wurden.

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Claims (8)

PATENTfVNJW ÄJLTB DR. DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER MARIA-THERESlA-STRASSfc 22 POSTFACH B6 0Ü00 D-ΘΟΟΟ MUENCHEN β6 U.S.Ser.No. 351,101 AT: 22. Februar 1982 ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEEN TELF(ON 089/4 70 60 Oft TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ

1. Februar 1983 11409/Dr.Zi/Ro.

Conoco Ine., Ponca City, OK 74601, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung für die Ablaufsteuerung des Transportes aufgeschlämmten, kleinstückigen Gutes in

senkrechte Richtung.

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Steuerung und überwachung des An-30 fahrens einer Strömung aus Wasser und kleinstückigem Schlammgut von einem niedrigen Niveau aufwärts durch eine längere, vertikale Rohrleitung, dadurch

gekennzeichnet , daß

a) auf dem niedrigeren Niveau das Wasser durch Pumpen 35 ' auf einen vorherbestimmten Solldruckwert gebracht wird;

b) das Wasser über eine Umleitung bei Aufrechterhaltung

des Druckes abgeleitet wird;
c) die Wasserströmung sehr schnell zu der vertikalen Leitung (28) umgeleitet wird und d) die Ableitung des Wassers schrittweise verringert wird, während die stetige Strömung aufwärts durch die vertikale Leitung aufrechterhalten wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß in das Wasser, das auf dem tieferen Niveau gepumpt wird, kleinstückiges Gut eingebracht wird, während die stetige Strömung durch die vertikale Leitung vonstattengeht.

3.) Verfahren zur Steuerung des Anfahrens und Nothaltes einer Strömung von Wasser und kleinstückigem Schlamm von einem niedrigeren Niveau aufwärts durch eine längere, vertikale Leitung, dadurch gekennzeichnet , daß
a) auf dem niedrigeren Niveau das Wasser durch Pumpen

auf einen vorherbestimmten Solldruckwert gebracht wird, b) das Wasser durch die vertikale Leitung aufwärts geführt wird und der vorherbestimmte Solldruckwert aufrechterhalten wird,

c) kleinstückiges Gut in das Wasser, das auf dem niedrigeren Niveau gepumpt wird, eingebracht wird und der stetige Strömungstransport des aufgeschlämmten', kleinstückigen Gutes aufwärts durch die vertikale Leitung aufrechterhalten wird,

d) die Strömung zu Beginn eines Abstell- oder Notablaßbetriebes des aufgeschlämmten, kleinstückigen Gutes sehr schnell aus der vertikalen Leitung in einen Ablaßenergieableiter oder -umwandler umgeleitet wird und
35

e) die Strömung des gepumpten, aufgeschlämmten und kleinstückigen Gutes in die vertikale Leitung schrittweise abgebaut und abgestellt wird.

4.). Vorrichtung zur Steuerung einer Strömung von aufgeschlämmtem, kleinstückigen Gut von einem niedrigeren Niveau aufwärts durch eine längere vertikale Leitung mit

a) einer Leitungsanordnung (54) auf dem niedrigeren Niveau,

b) auf dem niedrigeren Niveau befindlichen Pumpvor-, richtungen (82 bis 94) zur Aufnahme von Wasser und Erhöhen des Druckes in der Leitungsanordnung bis zu einem vorherbestimmten Sollwert,

c) durch Absperrventilvorrichtung (96), die die Leitungsvorrichtungen mit der vertikalen Leitung verbinden, •gekennzeichnet durch

d) eine umleitende Energieableit- oder -Vernichtungsvorrichtung (104) in Verbindung mit einer Schlamm- Sammelstelle (42),

e) eine Umleitungsventilanordnung (212), die die Lei-

• tungsanordnung mit dem Umleitungsenergieableiter (104) verbindet,

f) eine erste Steuervorrichtung zur Öffnung der Absperrventilanordnung (96) und zum schrittweisen Schließen der Umleitungsventilanordnung (212), wenn der vorherbestimmte Solldruckwert erreicht wird, wobei dann die Strömung aufwärts in die vertikale Leitung beginnt, · und

g) Vorrichtungen (70) zum Einbringen von kleinstückigem Gut in das von den Pumpvorrichtungen (82 bis 94) aufgenommene Wasser.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

h) eine Ablaßenergieableit- oder -vernichtungsvorrichtung (108) in Verbindung mit einer Schlammsammelstelle (42) ,

i) eine Ablaßventilanordnung (214), die im Normalbetrieb geschlossen ist und die die vertikale Leitung (28) mit der Ablaßenergieableit- oder -Vernichtungsvorrichtung (108) verbindet und

k) eine zweite Steuervorrichtung zur öffnung der Ablaßventilvorrichtung und schrittweisen Schließen der Absperrventilvorrichtung während eines Abstell- und Notablaßbetriebes mit dem Zweck, die vertikale Leitung über die Ablaßenergieableit- oder -vernichtungsvorrichtung von Schlamm zu entlasten.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Steuervorrichtung

1) eine Ablaßmotorvorrichtung (106), die die Ablaßventilvorrichtung (214) steuert,

m) eine Umleitungsmotorvorrichtung (102), die die Umleitungsventilvorrichtung (212) steuert, n) eine Absperrmotorvorrichtung (96), die die Absperrventilvorrichtung (210) steuert,

o) eine Steuereinrichtung (200), die auf abgetastete Schlammdruck- und Strömungsfluß-Bedingungen anspricht und die Ablaß-, Umleitungs- und Absperrmotorvorrichtungen betätigt.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeich— net dadurch, daß die vertikale Leitung (28) ein unverrohrtes Bohrloch oder erdwandiges Bohrloch ist, das sich von einem niedrigen Abbauniveau zur Erdoberfläche erstreckt.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge-' kennzeichnet , daß die vertikale Leitung (28) ein verrohrtes Bohrloch ist, das sich von einem niedrigeren Abbauniveau zur Erdoberfläche erstreckt.