隔膜泵和減阻劑的輸送的製作方法
2023-05-29 23:51:01
專利名稱：隔膜泵和減阻劑的輸送的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於泵送膠乳(latex)或者還被稱作減阻添加劑或流動改進劑的膠乳減阻劑的改進的泵和過程。更特別地，本發明涉及隔膜泵、一種用於輸送膠乳減阻劑的方法，和一種用於降低與包含碳氫化合物的流體流動通過管線相關聯的壓降的方法。
背景技術：
當通過管線輸送流體時，由於在管線的壁和流體之間的摩擦，流體壓力的下降通常發生。由於這個壓降，對於給定管線，必須用足夠的壓力輸送流體以實現所期通量。當期望較高的、通過管線的流率時，由於隨著流率增加壓降引起的壓力差也增加的事實，應該施加較大的壓力。然而，管線的設計局限限制了能夠採用的壓力的大小。當長距離輸送流體時，與壓降相關聯的問題是最為尖銳的。這種壓降能夠導致低效性，這增加了設備和操作成本。為了緩解與壓降相關聯的問題，在工業中很多人在流動流體中利用減阻添加劑。 當流體在管線中的流動是湍流時，能夠採用高分子量聚合減阻劑以增強流動。減阻劑是能夠基本上降低與流體通過管線的湍流相關聯的摩擦損失的合成物。這些添加劑的作用在於抑制湍流渦旋的增長，從而在恆定泵送壓力產生更高的流率。特別地在碳氫化合物液體中， 已知超高分子量聚合物作為減阻劑具有良好的功能。通常，減阻部分地依賴於聚合物添加劑的分子量及其在湍流下在碳氫化合物中溶解的能力。已經發現能夠通過採用具有超過五百萬的數均分子量的減阻聚合物實現有效的減阻。然而，儘管在減阻聚合物的領域中存在這些進展，但是對於改進的減阻劑的需要仍然存在。因為改進的減阻劑得以研製，可用於將減阻劑泵送到管線中的泵不能總是有效地泵送減阻劑並且維持泵壓力。泵能夠變得被減阻劑或者其它成分堵塞並且花費寶貴的時間來打開、清潔和維護所述的泵。需要可靠的泵來維持減阻劑到管線中的穩態和/或恆定流動。
發明內容
根據本發明，提供了一種用於隔膜泵的設備，該設備包括(a)隔膜，其具有泵側和致動側；(b)泵頭，其沿著周緣耦接到隔膜的泵側由此沿著所產生的周緣界面限定相交角度；(c)泵送腔室，其由泵頭與隔膜的泵側限定；和(d)被置放在泵送腔室內的至少一個屏障材料，其中在隔膜泵的操作期間，使隔膜在抽吸衝程位置和排放衝程位置之間振動，由此使工藝流體通過泵送腔室流動，其中所述振動進一步致使沿著周緣界面的相交角度擴展和收縮，並且其中屏障材料基本上防止工藝流體在所述擴展期間接觸周緣界面。根據本發明的另一實施例，提供了一種用於輸送膠乳的方法，該方法包括通過隔膜泵泵送膠乳的至少一部分，所述隔膜泵包括(a)隔膜，其具有泵側和致動側；和(b)泵頭， 其沿著周緣耦接到隔膜的泵側由此限定泵送腔室，其中所述泵送包括使隔膜在抽吸衝程位置和排放衝程位置之間振動，由此使膠乳的至少一部分通過泵送腔室流動，其中利用至少
4一個屏障材料防止膠乳接觸在隔膜的泵側與泵頭之間的周緣界面的至少50%。如在這裡所使用地，膠乳被定義為以連續液相分散的多個聚合物顆粒，其中該顆粒具有小於大約10微米或者更典型地小於1微米的平均直徑。根據本發明的另一實施例，提供了一種用於輸送膠乳減阻劑的方法，該方法包括泵送膠乳減阻劑的至少一部分通過隔膜泵，所述隔膜泵包括(a)隔膜，其具有泵側和致動側；和(b)泵頭，其沿著周緣耦接到隔膜的泵側，由此限定泵送腔室，其中所述泵送包括使隔膜在抽吸衝程位置和排放衝程位置之間振動，由此使膠乳減阻劑的至少一部分通過泵送腔室流動，其中利用至少一個屏障材料防止膠乳減阻劑接觸在隔膜的泵側與所述泵頭之間的周緣界面的至少50%。根據本發明的再一個實施例，提供了一種用於降低與包含碳氫化合物的流體通過管線流動相關聯的壓降的方法，該過程包括(a)經由乳劑聚合製備膠乳減阻劑；和(b)經由隔膜泵將所述膠乳減阻劑的至少一部分泵送到該包含碳氫化合物的流體中，所述隔膜泵包括1)隔膜，其具有泵側和致動側；和幻泵頭，其沿著周緣耦接到所述隔膜的泵側，由此限定泵送腔室，其中所述泵送包括使隔膜在抽吸衝程位置和排放衝程位置之間振動，由此使膠乳減阻劑的至少一部分通過泵送腔室流動，其中利用至少一個屏障材料防止了膠乳減阻劑接觸在隔膜的泵側與泵頭之間的周緣界面的至少50%。
圖1是用於供應輸送系統或者管線的減阻劑供應系統的示意圖；圖2是用於將減阻劑注射到輸送系統或者管線中的隔膜注射泵的示意圖；圖3是圖2的隔膜注射泵的一部分的放大的示意圖；圖4是在於隔膜注射泵中沒有使用任何屏障材料的情況下流率對時間的曲線圖；圖5是在於隔膜注射泵中使用屏障材料的情況下流率對時間的曲線圖；圖6是在於隔膜注射泵中使用膠接屏障材料的情況下流率對時間的曲線圖。
具體實施例方式本發明的各種實施例的以下詳細說明參考示意其中能夠實踐本發明的特殊實施例的附圖。實施例旨在充分詳細地描述本發明的方面以使得本領域技術人員能夠實踐本發明。在不偏離本發明的範圍的情況下，能夠利用其它的實施例並且能夠作出改變。因此，以下詳細說明不應被以限制性的意義理解。本發明的範圍僅僅由所附權利要求連同這種權利要求有資格具有的等價範圍一起地限定。在本發明中有用的、改進的減阻劑是其中全部或者所述減阻劑的至少一部分是膠乳減阻劑的那些。示例性膠乳減阻劑能夠包括一種減阻化合物(即，減阻劑)，該減阻化合物包括載體流體和包括聚合物的多個顆粒。優選地，該聚合物具有至少lX106g/mol的重量平均分子量，更加優選地具有大約hl06g/mol的重量平均分子量，並且最優選地具有 6xl06g/mol的重量平均分子量。在本發明中有用的其它示例性減阻劑能夠是一種化合物，該化合物包括(a)連續相；(b)包括在連續相中分散的第一減阻聚合物的多個第一顆粒，其中該第一顆粒具有在從大約100微米到大約700微米的範圍中的平均顆粒尺寸；和(C)包括在連續相中分散
5的第二減阻聚合物的多個第二顆粒，其中該第二顆粒具有小於大約10微米的平均顆粒尺寸。示例性減阻劑化合物還能夠包括(a)包括聚α烯烴減阻聚合物的多個第一顆粒；和 (b)包括非聚α烯烴減阻聚合物的多個第二顆粒，其中非聚α烯烴減阻聚合物經由乳劑聚合形成。能夠通過一種過程製備這些改進的減阻劑化合物，該過程包括(a)使得一個或者多個單體經歷整體聚合以由此生產第一減阻聚合物；(b)低溫研磨第一減阻聚合物的至少一部分以由此生產包括第一減阻聚合物的至少一部分的多個第一顆粒；(c)使得一個或者多個單體經歷乳劑聚合以由此生產包括第二減阻聚合物的多個第二顆粒，其中第二顆粒的至少一部分分散在連續相中；和(d)將第一顆粒的至少一部分分散在連續相中。如在該申請中使用地，這些改進的減阻劑被一般地稱作「膠乳」減阻劑。本發明的各種實施例提供一種用於將減阻劑注射到輸送系統或者管線中的隔膜注射泵。本發明的其它的各種實施例提供一種用於輸送或者泵送膠乳的隔膜泵。起初地參考圖1，減阻劑供應1被進給通過進給線路2、通過隔膜注射泵3、被泵送到注射線路4中、通過流量計5進入管線6中。供應1還能夠是膠乳。圖2是如在圖1中所示意的隔膜注射泵3的截面。圖2中的區域3在圖3中放大。 隔膜注射泵具有驅動構件8和泵體9、帶有工藝流體輸入流10和工藝流體輸出流12。該泵具有致動側14、隔膜16、工藝側泵送腔室18、內部泵頭28和外部泵頭20。在致動側14上的任何流體，如果存在任何這種流體的話，例如、舉例來說氣動流體或者液壓流體，並不透過隔膜16而且並不接觸工藝側泵送腔室18中的工藝流體。該泵還具有兩個止回閥，每一個止回閥均帶有止回閥罩22、止回閥底座M和止回閥球26。每一個隔膜注射泵還具有位於隔膜16和內部泵頭觀之間的夾壓區域(pinch area) 300現在參考圖3，隔膜16和內部泵頭觀被示為帶有被插入夾壓區域30中的屏障材料32。在本發明中有用的隔膜注射泵能夠是在隔膜和泵頭之間具有夾壓區域的、任何類型的隔膜注射泵。該隔膜注射泵能夠使用任何類型的致動機構。如果該致動機構是機械式但是是液壓致動機構，則該隔膜注射泵能夠使用任何類型的液壓流體；該隔膜注射泵能夠使用任何尺寸的活塞；該隔膜注射泵能夠使用任何長度的活塞衝程。該隔膜注射泵能夠使用任何類型的止回閥22，然而，隔膜注射泵通常使用球形止回閥。在本發明中有用的隔膜能夠是任何類型的隔膜，但是通常是彈性體或者熱塑性材料，例如、舉例來說Viton 和/或特氟龍 材料。本發明還能夠採用金屬隔膜。在本發明中有用的泵頭能夠由任何金屬或者塑料製成，但是典型地是用於高壓應用的金屬，比如舉例來說，是用於減阻劑應用的金屬。在本發明中能夠使用任何泵速率或者泵量。然而，減阻劑有用的示例性隔膜注射泵容量範圍從Igpd (加侖每天)到大約1500gpd或者更高。示例性隔膜注射泵包括但不限於Milton Roy公司製造的那些泵，例如MacRoy 泵禾口 Milroyal 慄。在本發明中，任何類型的彈性體材料均能夠被用作屏障材料32。示例性彈性體材料包括但是不限於天然橡膠、聚氨酯、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)、Viton 及它們中兩種以上材料的混合物。然而，優選的彈性體材料與膠乳相容並且具有良好的壓縮疲
6勞強度。在隔膜注射泵中使用的屏障材料的量能夠是足以剛好阻擋夾壓區域而不形成新的夾壓區域的任何量。優選的屏障材料當隔膜撓曲時能夠稍微地解壓以允許屏障材料填充夾壓區域而不形成新的夾壓區域。通常使用足夠的屏障材料從而防止膠乳接觸在所述隔膜的泵側與所述泵頭之間的周緣界面的至少50%，優選地防止膠乳接觸所述周緣界面的至少 75 %，並且最優選地防止膠乳接觸所述周緣界面的至少85 %。實例以下實例示意用於通過隔膜泵輸送膠乳減阻劑的至少一部分並且用於降低與包含碳氫化合物的流體通過管線流動相關聯的壓降的本創造性設備和方法的效果。所有以下的泵測試均包括使用高性能隔膜(HPD)Liquid End Milroyal C注射泵來泵送膠乳流動改進劑以模擬注射到管線中的情景。膠乳流動改進劑產品利用重力而被進給到注射泵並且在85衝程每分鐘的柱塞速度下被以50%的泵衝程長度設置泵送通過質量流量計。從那裡，膠乳流動改進劑產品流動通過3000英尺的1/2" 316不鏽鋼管路(壁厚 0. 049〃 )，並從該不鏽鋼管路回收到進給轉運箱(tote)。管路上遊是100微米過濾器以使具有長的長度的線路變得受到限制或者被堵塞的機會最小化。長的長度的管路的意圖在於提供低的作用於泵的剪切反壓力以模擬到管線中的注射。根據產品溫度，在泵上的反壓力通常在500psig(磅/平方英寸)和IOOOpsig之間。測試是在環境條件下執行的，環境條件下的溫度範圍從冬季中的45下到夏季中的105下。利用數據記錄器記錄流率並且形成流率對時間的曲線圖。當測試結束時，泵頭被拆除並且檢查沉積情況、被清潔並且然後被再次組裝。對於屏障材料測試，屏障材料被施加到隔膜的與夾壓區域對應的邊緣。屏障材料被以類似於在浴桶或者水槽上進行填縫的方式施加。用手將帶有周向屏障材料邊條的隔膜在泵頭上擠壓到位並且然後泵頭和隔膜被再次組裝到泵的液壓端。在泵頭上的螺栓被向下擰緊以引起屏障材料壓縮並且將材料擠壓到夾壓區域中。允許屏障材料在幾天中在環境溫度和壓力下在泵頭內側固化，在此時，泵止回閥得以安設並且管路安裝件被置於一起以開始泵測試。在以下實例中使用的減阻劑(膠乳A)是通過採用以下過程的乳劑聚合製備的。 聚合在185加侖的不鏽鋼夾套式反應器中執行，該夾套式反應器帶有機械攪拌器、熱電偶、 進給埠和氮氣進口 /出口。該反應器充注有400磅的單體(甲基丙烯酸2-乙基己酯)、 284. 9磅的去離子水、198. 7磅的乙二醇、37. 6磅的Polystep B-5 (可從伊利諾斯州的 Stepan Company of Northfield 獲取的表面活性劑)、40. 0 磅的 Tergitol 15-S-7、1. 13 磅的磷酸二氫鉀(PH緩衝劑)、0. 88磅的無水磷酸氫二鉀(pH緩衝劑)和30. 2克的過硫酸銨(NH4)品08(氧化劑)。在利用氮氣淨化以移除反應器中的任何微量的氧時單體和水混合物被以IlOrpm 攪動並且被冷卻到大約41下。該兩種表面活性劑得以添加並且對於其餘批料的攪動被減緩至80rpm。緩衝劑和氧化劑然後得以添加。通過以lOg/min的速率將7. 32克的銨鐵(II) 硫酸鹽添加到反應器中而開始聚合反應，即以1017ppm的濃度將!^e (NH4) 2 (SO4) 2 · 6H20添加到去離子水中的0. 010M硫酸溶液的溶液中。該溶液被注射10個小時以完成聚合。所得膠乳通過5微米的袋式過濾器從反應器被擠壓出去並且被存儲。
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所得減阻劑是一種膠乳，包含作為活性組分的聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)。該樣本中的固體物含量具有45.0%的質量百分比，而其中的標稱聚合物含量具有40%的質量百分比。該樣本的密度是1. 028g/mL。連續相是60%質量的水和40%質量的乙二醇。實例1無屏障材料測試這個實例論證了在無屏障材料的情況下將膠乳A泵送通過HPD泵。圖4所示結果示出了泵送速率出現多個大的和突然的降低，該大的和突然的降低標示出泵排放止回閥被堵塞或者被部分地阻斷。在大約四天之後泵測試停止以檢查固體物。速率中的這些「尖峰 (blip) 」短達幾分鐘到長達幾小時。在拆除泵頭時，在對泵頭的視覺檢查中觀察到在隔膜上有顯著量的聚合物膜。該膜看起來脫離(break off)泵頭並且移動通過排放止回閥。實例2聚氨酯屏障材料測試這個實例論證了將膠乳A泵送通過具有以Henkel Corporation推向市場的PL
聚氨酯門、窗和滑動密封劑作為屏障材料的HPD泵。圖5所示結果顯示出了改進的泵送穩定性。在大約四天之後泵測試停止以檢查固體物。視覺檢查示出在屏障材料在此處變得從泵頭鬆脫的位置中聚合物薄膜已經在屏障材料上形成，但是在屏障材料仍然與泵頭接觸之處存在最小數量的固體。實例3膠接聚氨酯屏障材料測試重複類似於實例2的測試，其中允許Henkel Corporation推向市場的PL 聚氨酯門、窗和滑動密封劑在泵頭中固化到位，並且然後被移除並利用Elmer的E617 超級膠合凝膠而膠合到金屬泵頭從而能夠更好地被保持到位。圖6中所示結果示出了測試時間為14 天的、非常光滑的流率曲線。此時停止泵測試以檢查固體物。視覺檢查示出聚合物固體在泵頭中形成，但是它們僅僅存在於屏障材料變得從泵頭鬆脫之處。上述本發明的優選形式將僅僅被用作示意而不應該被以限制性的意義使用來解釋本發明的範圍。在不偏離本發明的精神的情況下，本領域技術人員能夠易於實現對於以上闡述的示例性實施例的修改。本發明人由此陳述他們的意圖是根據等價原則確定和評價本發明的適度合理範圍，因為本發明涉及實際上沒有偏離但是又在本發明的如以下權利要求中闡述的字面範圍外的任何設備。
權利要求
1.一種隔膜泵，包括a)隔膜，所述隔膜具有泵側和致動側；b)泵頭，所述泵頭沿著周緣耦接到所述隔膜的所述泵側，從而沿著所產生的周緣界面限定相交角度；c)泵送腔室，所述泵送腔室由所述泵頭和所述隔膜的泵側限定；和d)置放在所述泵送腔室內的至少一個屏障材料，其中在所述隔膜泵的操作期間，使所述隔膜在抽吸衝程位置和排放衝程位置之間振動，從而使工藝流體流過所述泵送腔室，其中所述振動進一步致使沿著所述周緣界面的相交角度擴展和收縮， 其中所述屏障材料基本上防止所述工藝流體在所述擴展期間接觸所述周緣界面。
2.根據權利要求1的隔膜泵，其中所述工藝流體是膠乳。
3.根據權利要求1的隔膜泵，其中所述工藝流體的至少一部分是膠乳減阻劑。
4.根據權利要求1的隔膜泵，其中所述工藝流體是膠乳減阻劑。
5.根據權利要求1的隔膜泵，其中所述工藝流體是乳劑聚合的膠乳減阻劑。
6.根據權利要求1的隔膜泵，其中所述屏障材料是彈性體材料。
7.根據權利要求1的隔膜泵，其中所述屏障材料是彈性材料，選自以下項組成的組天然橡膠、聚氨酯、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)、Viton 、及它們中的兩種或兩種以上的混合物。
8.一種用於輸送膠乳減阻劑的方法，所述方法包括泵送所述膠乳減阻劑的至少一部分通過隔膜泵，所述隔膜泵包括a)隔膜，所述隔膜具有泵側和致動側；和b)泵頭，所述泵頭沿著周緣耦接到所述隔膜的所述泵側，從而限定泵送腔室，其中所述泵送包括使所述隔膜在抽吸衝程位置和排放衝程位置之間振動，從而使所述膠乳減阻劑的至少一部分流過所述泵送腔室，其中利用至少一個屏障材料防止所述膠乳減阻劑接觸在所述隔膜的所述泵側和所述泵頭之間的所述周緣界面的至少50%。
9.根據權利要求8的方法，其中所述膠乳減阻劑是乳劑聚合的膠乳減阻劑。
10.根據權利要求8的方法，其中所述屏障材料是彈性體材料。
11.根據權利要求8的方法，其中所述屏障材料是彈性材料，選自以下項組成的組天然橡膠、聚氨酯、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)、Viton 、及它們中的兩種或兩種以上的混合物。
12.根據權利要求8的方法，其中利用至少一個屏障材料防止所述膠乳減阻劑接觸在所述隔膜的所述泵側和所述泵頭之間的周緣界面的至少50%。
13.一種用於降低與包含碳氫化合物的流體通過管線流動相關聯的壓降的方法，所述方法包括a)經由乳劑聚合製備膠乳減阻劑；和b)經由隔膜泵將所述膠乳減阻劑的至少一部分泵送到所述包含碳氫化合物的流體中， 所述隔膜泵包括1)隔膜，所述隔膜具有泵側和致動側；和幻泵頭，所述泵頭沿著周緣耦接到所述隔膜的所述泵側，從而限定泵送腔室，其中所述泵送包括使所述隔膜在抽吸衝程位置和排放衝程位置之間振動，從而使所述膠乳減阻劑的至少一部分流過所述泵送腔室，其中利用至少一個屏障材料防止所述膠乳減阻劑接觸在所述隔膜的所述泵側和所述泵頭之間的周緣界面的至少50%。
14.根據權利要求13的方法，其中所述膠乳減阻劑還包括非膠乳減阻劑成分。
15.根據權利要求13的方法，其中所述屏障材料是彈性體材料。
16.根據權利要求13的方法，其中所述屏障材料是彈性材料，選自以下項組成的組天然橡膠、聚氨酯、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)、Viton 、及它們中的兩種或兩種以上的混合物。
17.根據權利要求13的方法，其中利用至少一個屏障材料防止所述減阻劑接觸在所述隔膜的所述泵側和所述泵頭之間的周緣界面的至少75%。
全文摘要
公開了一種用於隔膜泵的設備和一種用於通過隔膜泵輸送膠乳和/或膠乳減阻劑的至少一部分的方法。還公開了一種用於降低與包含碳氫化合物的流體通過管線流動相關聯的壓降的方法。
文檔編號E21B41/02GK102203417SQ200980143884
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月28日 優先權日2008年10月30日
發明者容·H·阮, 理察·D·託馬斯, 蒂莫西·L·布爾登 申請人:科諾科飛利浦公司