BR0008743B1 - separador de trÊs fases, e, processo para separar uma mistura de gÁs, àleo e Água nos constituintes gÁs, àleo e Água. - Google Patents

separador de trÊs fases, e, processo para separar uma mistura de gÁs, àleo e Água nos constituintes gÁs, àleo e Água. Download PDF

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Description

"SEPARADOR DE TRÊS FASES, E5 PROCESSO PARA SEPARAR UMA MISTURADE GÁS, ÓLEO E ÁGUA NOS CONSTITUINTES GÁS, ÓLEO E ÁGUA"
A presente invenção se refere a um separador de três fases, emque uma alimentação compreendendo uma fase gasosa e um líquido mais levee uma fase líquida mais pesada é separada nas três fases, gás, líquido maisleve e líquido mais pesado. Um tal separador é também denominado comoum separador de gás/líquido/líquido. Separadores de três fases são usados naindústria petrolífera para separar uma mistura de hidrocarbonetos - gás eóleo, e água, nos constituintes gás, óleo e água.
Exemplos de tais separadores estão descritos na patente norte-americana US-A-3469373 e no livro 'Surface Production Operations, Designof Oil-Handling Systems and Facilities', volume 1, 2a edição, K. Arnold e M.Stewart, GulfPublishing Company, 1998, nas páginas 135 e seguintes.
Um conhecido separador de três fases compreende um vasonormalmente horizontal definindo um espaço de separação de líquido e um espaçode gás acima do espaço de separação de líquido, vaso este que tem um espaçoterminal de entrada provido com uma entrada de alimentação e um espaço terminalde saída provido com saídas separadas para as três fases, vaso este que tambémcompreende um dispositivo de entrada na forma de um desviador de entrada.
Durante a operação normal, uma alimentação compreendendouma mistura de gás e líquidos é introduzida no vaso através da entrada. Aalimentação colide com o desviador de entrada, e a súbita variação demomento causa uma primeira separação do gás e líquidos. Gás entra noespaço de gás, e os líquidos entram no espaço de separação de líquido, ondeeles são separados em uma fase líquida mais leve e uma fase líquida maispesada sob a influência de gravidade. Gás e as fases líquidas são removidosseparadamente do vaso através das saídas. O desviador de entrada doconhecido separador de três fases é uma placa vertical que se estende para ointerior da zona de separação de líquido. Desta maneira, o desviador força olíquido para entrar no espaço de separação de líquido, enchido com líquido.
Uma desvantagem do separador conhecido é uma baixacapacidade de separação.
E um objetivo da presente invenção superar esta desvantagem.
Para esta finalidade, o separador de três fases, de acordo coma presente invenção, compreende um vaso normalmente horizontal, definindoum espaço de separação de líquido e um espaço de gás acima do espaço deseparação de líquido, vaso este que tem um espaço terminal de entrada,provido com uma entrada de alimentação, e um espaço terminal de saída,provido com saídas separadas para as três fases, vaso este que tambémcompreende um dispositivo de entrada compreendendo um separadorprimário que é disposto no espaço de gás e uma bandeja de retorno inclinada,disposta no espaço de gás sob o separador primário tendo uma extremidadeinferior que é disposta próximo à parede terminal de entrada do vaso, demodo que uma passagem é definida entre a extremidade inferior e a paredeterminal de entrada.
Os depositantes verificaram que uma capacidade mais elevadade separação pode ser atingida com o separador de acordo com a invenção.Sem desejar ser limitado, de maneira alguma, à teoria que segue, osdepositantes acreditam que a capacidade melhorada é atingida porque olíquido é guiado para o espaço de separação de líquido através da paredeterminal de entrada do separador. Em virtude deste guiar do líquido, resultamenos turbulência na fase líquida em comparação com os dispositivos da arteanterior. Em virtude do decréscimo em turbulência, resultará um ajuste maiseficiente das fases de líquido-líquido e, conseqüentemente, uma eficiênciaaperfeiçoada de separação.
A invenção será descrita agora em maior detalhe, a título deexemplo, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:
a figura 1 mostra esquematicamente uma seção longitudinaldo separador de três fases de acordo com a presente invenção; a figura ^mostra esquematicamente uma seção ao longo da linha II-II do dispositivo deentrada da figura 1;
a figura 3 mostra esquematicamente uma disposiçãoalternativa do separador primário;
a figura 4 mostra esquematicamente uma seção transversal deuma alternativa da bandeja de retorno mostrada na figura 1;
a figura 5 mostra esquematicamente uma seção transversal deuma outra alternativa da bandeja de retorno mostrada na figura 1; e
a figura 6 mostra esquematicamente uma disposiçãoalternativa do sistema de separação de líquido.
A figura 7 mostra uma vista de seção transversal AA' dafigura 8, ilustrando meios para melhorar separação no espaço de líquido.
A figura 8 mostra uma vista de seção transversal BB',alongada, do vaso da figura 7.
Referência é agora feita à figura 1. O separador de três fases 1,de acordo com a presente invenção, compreende um vaso 3, normalmentehorizontal. O vaso 3 define um espaço de separação de líquido 5 e um espaçode gás 7 acima do espaço de separação de líquido 5.
O vaso 3 tem um espaço terminal de entrada 11 tendo umaparede terminal de entrada 13 e um espaço terminal de saída 15 tendo umaparede terminal de saída 17. O espaço terminal de entrada 11 é provido comuma entrada de alimentação 21. O espaço terminal de saída 15 é provido comum sistema de separação de líquido na forma de uma barragem 22 que seestende sobre a largura do vaso 3. Além disto, o espaço terminal de saída 15é provido com saídas separadas 25, 26 e 27 para as três fases: gás, líquidomais pesado e líquido mais leve.
O vaso 3 também compreende um dispositivo de entrada 31,dispositivo de entrada 31 este que compreende um separador primário. Oseparador primário pode ser qualquer separador de gás-líquido, disposto noespaço de gás 7, o qual, em uso, resulta em um fluxo de líquido descarregadopara baixo no dito espaço de gás 7. Exemplos de possíveis separadores sãoseparadores que compreendem uma pluralidade de tubos de redemoinho ouum tubo aberto pela metade. Um outro exemplo é um separador com pacotede aletas, como descrito no WO-A-9823351. Adequadamente, o separadorprimário é um separador do tipo com aletas, o qual é disposto no espaço degás. O separador do tipo com aletas é apropriadamente assim denominadodispositivo de entrada de Schoepentoeter 35, como ilustrado na figura 1. Umdispositivo de entrada de Schoepentoeter está exemplificado na GB-A-1119699. O preferido dispositivo de entrada de Schoepentoeter 35compreende uma entrada 36, a qual está em comunicação fluí dica com aentrada de alimentação entrada de alimentação 21. A entrada 36 compreendeum número de aletas 37, uniformemente espaçadas, colocadas uma atrás daoutra, entre uma placa de topo 36" e uma placa de fundo 36'. Cada aleta 37compreende uma parte de deflexão, dirigida para fora.
Durante a operação normal, uma mistura de gás e líquidos ésuprida à entrada de alimentação entrada de alimentação 21. Esta misturaflui, então, através da entrada 36 do dispositivo de Schoepentoeter 35. Asaletas 37, dispostas em cada lado do percurso de fluxo, na entrada 36,defletem a mistura para fora. A mudança na direção de fluxo causa umaseparação de gás-líquido.
O dispositivo de entrada 31 também compreende uma bandejade retorno inclinada, na forma de uma placa de guia inclinada 38, a qual édisposta no espaço de gás 7, embaixo do separador primário 35. A placa deguia inclinada 38 tem uma extremidade inferior 39, a qual é disposta próximoà parede terminal de entrada 13 do vaso 3, de modo que uma passagem'41 édefinida entre a extremidade inferior 39 e a parede terminal de entrada 13. Adimensão da placa de guia inclinada 38 é ao menos igual à dimensão doseparador primário.
Durante a operação normal, uma alimentação compreendendouma mistura de gás e líquidos é introduzida no vaso 3 através da entrada 21.Uma primeira separação é feita no separador do tipo de aletas: gás entra noespaço de gás 7, do qual ele é removido através da saída 25, e líquido emergedo separador do tipo de aletas 35 na direção das aletas 37 e desce.
O líquido cai sobre a bandeja de retorno inclinada na forma deplaca de guia 38 e é guiado pela placa de guia inclinada 38 em direção àpassagem 41. Através daquela passagem, o líquido entra no espaço deseparação de líquido 5. No espaço de separação de líquido 5, o líquido éseparado em uma fase líquida mais leve 43 e uma fase líquida mais pesada 44sob a influência de gravidade. A fase de líquido mais pesada 44 se depositana parte inferior do espaço de separação de líquido 5 e a fase de líquido maisleve 43 flutua no topo da fase de líquido mais pesado 44. A interface entre asfases é designada com o número de referência 45.
O espaço terminal de saída 15 é provido com o sistema deseparação de líquido na forma da barragem 22. O líquido mais leve flui sobrea barragem 22 para um espaço de coleta 46, do qual ele é removido atravésda saída 27. O líquido mais pesado é removido do espaço de separação delíquido 5 através da saída 26. Desta maneira, as fases gasosa e líquida sãoseparadamente removidas do vaso 3.
Na ausência da placa de guia inclinada 38, o líquido separadomergulharia no interior do espaço de separação de líquido 5, onde gerariaturbulência, de modo que teria lugar a mistura entre as fases líquidas. Talmistura afeta adversamente a performance de separação do separador de trêsfases. Além disto, o líquido é descarregado sobre o comprimento doseparador primário 35. Isto leva a uma perda do espaço efetivo de separação.Também, gás entre no espaço de líquido. Além disto, no espaço de gás sãoformados vórtices, porque gás fluindo para fora do separador primário, eespecialmente para fora dos separadores do tipo de aletas 35, é dirigido parabaixo por meio da parede do vaso 3. Estes vórtices geram vórtices noslíquidos presentes no espaço de separação de líquido 5, que causa a misturaadicional, a qual tem um efeito adverso sobre a eficiência de separação. Abandeja de retorno inclinada 38, todavia, reduz tanto a mistura gás-líquidoquanto líquido-líquido, porque ela forma uma separação entre o espaço degás 7 e o espaço de separação de líquido 5. Além disto, a bandeja de retornoinclinada amplia o espaço de separação de líquido 5, porque os líquidos sãointroduzidos nele através da passagem 41, próxima à parede terminal deentrada 13. O espaço de separação ampliado 5 melhora a capacidade deseparação para uma dada dimensão do vaso 3.
Referência é agora feita à figura 3, que mostraesquematicamente uma parte de uma seção longitudinal do separador de trêsfases da presente invenção, com uma disposição alternativa do separadorprimário. Na figura 3, os elementos foram referenciados com aquelesnúmeros de referência usados nas figuras 1 e 2. Nesta forma de realização, oseparador primário 35 é dirigido de tal maneira, que, durante a operaçãonormal, a direção do fluxo de fluido através do separador primário 35 é amesma que a direção dos fluidos que fluem sobre a placa de guia inclinada 38.
O separador de três fases pode também incluir uma placa dedistribuição de líquido 49, vertical, (ver a figura 3), disposta no espaço deseparação de líquido 5. Uma tal placa de distribuição é uma placa providacom aberturas. Por causa de uma tal placa, é atingida uma distribuição maisuniforme do fluxo de líquido no espaço de líquido a jusante do distribuidor.A área livre líquida de uma tal placa é, de preferência, entre 10 e 30%. Odiâmetro das aberturas é, de preferência, entre 0,005 e 0,025 m.
A bandeja de retorno inclinada deve ser projetada de tal modo,que ela capture ao menos a maior parte do líquido que emerge do separadorprimário. Para atingir isto, a bandeja de retorno pode ser a placa de guiainclinada 38, a qual se estende adequadamente sobre a largura do vaso 3. Estaforma de realização é particularmente adequada, quando o líquido queemerge do separador primário é uniformemente distribuído sobre a largura dovaso.
Alternativas da placa de guia inclinada estão mostradasesquematicamente nas figuras 4 e 5. A figura 4 mostra uma bandeja deretorno inclinada na forma de uma pluralidade de calhas sobrepostas 50dispostas em uma ordem de ziguezague. A figura 5 mostra uma bandeja deretorno inclinada na forma de uma pluralidade de calhas adjacentes 51 eplacas de guia inclinadas 52, as quais direcionam o líquido para as calhas 51.Uma vantagem das bandejas de retorno mostradas nas figuras 4 e 5 é que elassão abertas para o fluxo de gás, de modo que elas não estorvam o fluxo degás axial. As calhas 50 e 51 e as placas de guia inclinadas 52 são inclinadasem uma direção perpendicular ao plano do desenho.
Referência é agora feita à figura 2. Líquido emergirá doseparador primário em direção ao lado do vaso, e, assim, a seção da bandejade retorno embaixo do separador primário recebe qualquer líquido pesado.Assim, uma bandeja de retorno que é aberta para o fluxo de gás pode serigualmente obtida para realizar um fendimento longitudinal na bandeja deretorno abaixo do separador primário. A bandeja de retorno, então,compreende duas placas inclinadas, dispostas em cada lado do vaso.
O comprimento da bandeja de retorno inclinada éadequadamente igual ao comprimento do separador primário. O ângulo deinclinação da bandeja de retorno inclinada é, adequadamente, entre 5o eespaço terminal de saída 15°.
Na forma de realização, como discutida com referência àfigura 1, o sistema de separação de líquido é uma barragem 22, a qual seestende sobre a largura do vaso 3. Todavia, são possíveis vários sistemas deseparação de líquido alternativos, por exemplo, a barragem 22 pode sersubstituída por um cilindro da mesma altura, o qual é colocado sobre a saída27 da fase líquida mais leve.
Uma outra alternativa está mostrada na figura 6, que mostraesquematicamente uma parte de uma seção longitudinal do separador de trêsfases da presente invenção, com uma disposição alternativa do sistema deseparação de líquido. Nesta forma de realização, o sistema de separação delíquido compreende uma calha 53 e uma barragem 54, em que a calha 53 e abarragem 54, ambos, ambas, se estendem sobre a largura do vaso 3. Asparedes da calha 53 são mais elevadas do que a da barragem 54, de modoque, durante a operação normal, a fase líquida mais leve 43 flui para dentroda calha 53, e o líquido mais pesado flui sobre a barragem 54 para dentro deum espaço de coleta 55. O líquido mais leve é retirado através do conduto desaída 56 e o líquido mais pesado é retirado através do conduto de saída 57.
De preferência, o espaço de líquido é provido com meios paramelhorar a separação das fases líquidas no espaço de líquido. Porque éatingido menos distúrbio no espaço de líquido próximo à parede terminal deentrada, como explicado acima, uma maior parte do espaço de líquido podeser provida com estes meios para melhorar a separação. Um meio deseparação preferido está ilustrado na figura 7 e 8.
A figura 7 ilustra uma vista de seção transversal AA' do vasomostrado na figura 8, vaso este que também provido com meios paramelhorar separação 58. Os meios para melhorar separação 58 compreendemao menos duas pilhas 59 de placas inclinadas 60, verticalmente espaçadas e,assim, dispostas de modo que em um lado de cada pilha existe um canal decoleta vertical 61, em direção ao qual as placas da pilha se inclinamdescendentemente, e, no lado oposto da mesma pilha existe um canal decoleta vertical 62, em direção ao qual ambas placas da pilha se inclinamascendentemente. O espaço acima das pilhas provê uma câmara de coleta 63para a fase líquida mais leve 43 e o espaço abaixo das pilhas provê umacâmara de coleta 64 para a fase líquida mais pesada 44. Através do canal decoleta vertical 62, a fase líquida mais leve 43 se moverá para cima, e atravésdo canal de coleta vertical 6, a fase líquida mais pesada 44 se moverá parabaixo durante a separação líquido-líquido. Um tal meio para melhorarseparação está também exemplificado na US-A-3563389.
A figura 8 mostra uma vista de seção transversal BB',alongada, do vaso da figura 7. A figura 8 também mostra uma placa dedistribuição de gás 65, uma placa de distribuição de líquido 49 e uma bandejade porções 66. A figura 8 mostra uma forma de realização preferida, em queuma segunda bandeja de retorno inclinada 67 está presente abaixo doseparador do tipo de aletas 35, disposta em paralelo à primeira bandeja 38, ede modo que uma segunda passagem é definida em sua extremidade inferiorentre a extremidade inferior da primeira bandeja inclinada e a extremidade detopo da placa de distribuição de líquido 49. A placa de distribuição de gás 65divide um espaço de gás, próximo à parede terminal de entrada e a parteremanescente do espaço de gás. A placa de distribuição de gás 65 é,adequadamente, uma placa provida com aberturas. A placa de distribuição degás 65 melhora um fluxo de gás, mais uniformemente distribuído, a jusanteda placa 65. A placa 65 também forma um quebrador de onda, quando, emvirtude do fluxo em porções, uma grande quantidade de líquido entrasubitamente no separador de três fases 1. De preferência, a distância entre odispositivo de entrada 31 e a placa de distribuição de gás 65 é entre 1 e 3vezes o diâmetro da entrada de alimentação entrada de alimentação 21. Aárea livre líquida de uma tal placa 65 é de preferência, entre 10 e 30 %. Odiâmetro das aberturas é, de preferência, entre 0,005 e 0,025 m.
O separador de três fases é, de preferência, também providocom uma bandeja de porções 66 entre a bandeja de retorno inclinada 38 ousegunda bandeja inclinada 67, se presente, e a placa de distribuição de gás 65.A bandeja de porções 66 é inclinada, de modo que a extremidade inferior édisposta próxima à placa de distribuição de gás 65. Esta bandeja de porções66 é posicionada de tal maneira, que, quando em uso, pedaços ou porções sãoguiados para fase de separação de líquido, em uma posição afastada daparede terminal de entrada 13. Isto resulta em menos distúrbio na faselíquida, na proximidade da parede terminal de entrada 13. A extremidadesuperior da bandeja de porções 66 termina, de preferência, na extremidadesuperior da placa de guia inclinada 38 ou segunda bandeja inclinada 67, sepresente. A extremidade inferior da bandeja de porções 66 termina, depreferência, logo abaixo do nível de líquido normal do líquido presente noespaço de separação de líquido 7 e próximo à placa de, distribuição de gás 65.
Visto que a placa de distribuição de líquido 49 pode sercolocada mais próxima à parede terminal de entrada 13, mais espaço éprovido para o meio para melhorar separação 58, como mostrado na figura 8.
As pilhas 58 se estendem, de preferência, do distribuidor de líquido 49 para osistema de separação de líquido, isto é, barragem 22. Porque maiscomprimento do vaso pode ser usado para a separação de líquido-líquido,resulta um ulterior acréscimo de capacidade de separação.

Claims (14)

1. Separador de três fases (1), caracterizado pelo fato decompreender um vaso (3) normalmente horizontal definindo um espaço deseparação de líquido (5) e um espaço de gás (7) acima do espaço deseparação de líquido (5), vaso (3) este que tem um espaço terminal de entrada(11) provido com uma entrada de alimentação (21) e um espaço terminal desaída (15) provido com saídas separadas (25, 26, 27) para as três fases, vaso(3) este que também compreende um dispositivo de entrada (31)compreendendo um separador primário (35) que é disposto no espaço de gás(7) e uma bandeja de retorno inclinada (38), disposta no espaço de gás (7) sobo separador primário (35) tendo uma extremidade inferior (39) que é dispostapróximo à parede terminal de entrada (13) do vaso (3), de modo que umapassagem (41) é definida entre a extremidade inferior (39) e a parede terminalde entrada (13).
2. Separador de três fases (1) de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a bandeja de retorno inclinada (38) se estendesobre a largura do vaso (3).
3. Separador de três fases (1) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a bandeja de retomoinclinada (38) compreende uma pluralidade de calhas sobrepostas (50),dispostas em uma ordem de ziguezague.
4. Separador de três fases (1) de acordo com a reivindicação 1ou 2, caracterizado pelo fato de que a bandeja de retorno inclinada (38)compreende uma pluralidade de calhas adjacentes (51) e placas de guiainclinadas (52), as quais direcionam, durante a operação normal, o líquidopara as calhas (51).
5. Separador de três fases (1) de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a bandeja de retorno inclinada (38)compreende duas placas inclinadas, dispostas em cada lado do vaso (3).
6. Separador de três fases (1) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o comprimento dabandeja de retorno inclinada (38) é igual ao comprimento do separadorprimário (35).
7. Separador de três fases (1) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o ângulo de inclinação dabandeja de retorno inclinada (38) está entre 5o e 15°
8. Separador de três fases (1) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o separador primário (35)compreende uma entrada (36) que se comunica fluidicamente com umaentrada de alimentação (21), entrada esta que compreende um número dealetas verticais (37), uniformemente espaçadas, dispostas uma atrás da outraentre uma placa de topo (36") e uma placa de fundo (36'), aletas estas quecompreendem uma parte de deflexão dirigida para fora.
9. Separador de três fases (1) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma placa (65) comaberturas está presente no espaço de gás (7), dividindo um espaço de gás (7)próximo à parede terminal de entrada (13) e a parte remanescente do espaçode gás (7).
10. Separador de três fases (1) de acordo a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a distância entre o dispositivo de entrada (31) ea placa (65) com aberturas é entre 1 a 3 vezes o diâmetro da entrada dealimentação (21), a qual é fluidicamente conectada ao separador primário (35).
11. Separador de três fases (1) de acordo com qualquer umadas reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que uma bandeja deporções (66) está presente no espaço de gás (7), próximo à parede terminal deentrada (13), e entre a bandeja de retorno inclinada (38) e a placa (65) comaberturas, cuja bandeja de porções (66) é inclinada de modo que aextremidade inferior (39) é disposta na placa (65) com aberturas.
12. Separador de três fases (1) de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que no espaço deseparação de líquido (5), abaixo da bandeja de retorno inclinada (38), umaplaca de distribuição vertical (49) está presente, dividindo um espaço delíquido, próximo à parede terminal de entrada (13) e a parte remanescente doespaço de separação de líquido (5).
13. Separador de três fases (1) de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a parte remanescente do espaço deseparação de líquido (5) é provido com ao menos duas pilhas (59) de placasinclinadas (60), verticalmente espaçadas, e, assim, dispostas de modo que emum lado de cada pilha (59) existe um canal de coleta vertical (61), em direçãoao qual as placas (60) da pilha (59) se inclinam descendentemente, e, no ladooposto da mesma pilha, existe um canal de coleta vertical (62), em direção aoqual ambas placas (60) da pilha (59) se inclinam ascendentemente.
14. Processo para separar uma mistura de gás, óleo e água nosconstituintes gás, óleo e água, utilizando-se um separador de três fases (1) deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fatode compreender as etapas de:introduzir uma alimentação compreendendo uma mistura degás e líquidos no separador primário (35) do separador de três fases (1);guiar o óleo e a água separados em direção ao espaço deseparação de líquido (5) através da bandeja de retorno inclinada (38) e daparede terminal de entrada (13);separar o óleo da água no espaço de separação de líquido (5);remover o gás do espaço de gás (7) através da saída de gás; e,remover o óleo e a água do espaço de separação de líquido (5)através das saídas separadas (25, 26, 27) para as três fases.
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