BR112012005866B1 - aparelho para a separação de um fluido e método para a separação de um componente de peso específico mais alto de um componente de peso específico mais baixo de um fluido - Google Patents
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Abstract
SEPARADOR COMPACTO BASEADO EM PESO ESPECÍFICO MELHORADO Aparelho e método para a separação de um fluido. O aparelho inclui um duto de entrada que tem uma admissão de fluxo de entrada e uma descarga de fluxo de entrada, o duto de entrada definindo uma largura de entrada que diminui entre a admissão de fluxo de entrada e a descarga de fluxo de entrada, e um raio de entrada que diminui entre a admissão de fluxo de entrada e a descarga de fluxo de entrada. O aparelho também inclui uma curva de separação conectada em termos de fluido à saída de fluxo de entrada do tubo de entrada e incluindo uma superfície externa que define uma abertura. O aparelho ainda inclui uma saída de líquido conectada em termos de fluido à abertura da curva de separação para permitir um componente de peso específico mais alto do fluido saia pela curva de separação, e um duto de saída tendo uma admissão de fluxo de saída ligada à curva de separação, para se permitir que um componente de peso específico mais baixo do fluido saia da curva de separação.
Description
[0001] Este pedido reivindica prioridade para o Pedido de Patente U.S. N° de Série 12/877.177, o qual foi depositado em 8 de setembro de 2010, o qual reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisória U.S. N° de Série 61/242.645, o qual foi depositado em 15 de setembro de 2009. Estes pedidos de prioridade são incorporados como referência em sua totalidade para o presente pedido, até a extensão em que eles não sejam inconsistentes com o presente pedido.
[0002] Em sistemas de compressão um fluido multifásico usual mente é separado em fases, antes da compressão, de modo que o maquinário e os processos apropriados possam ser usados nas respectivas fases. Por exemplo, um compressor pode ser adequado para uma porção gasosa do fluido multifásico, mas inadequado para uma porção de líquido. Para se efetuar uma separação de materiais gasosos de líquidos, os separadores rotativos podem ser usados.
[0003] Em alguns sistemas de compressão, contudo, o fluido multifásico pode chegar a uma entrada do sistema de compressão contendo mais matéria particulada, fase líquida ou outros tipos de contaminantes, do que aquilo com que o separador rotativo é projetado para lidar. Ainda, pode ser desejável ter múltiplos passes na separação do fluido multifásico. Nesses casos, os sistemas de compressão podem empregar um arranjo de tubos em espiral para a realização da primeira separação. O arranjo de tubos em espiral, contudo, introduz uma perda de carga no sistema de compressão e, geralmente, requer um número grande de tubos em espiral para serem efetivos, aumentando o tamanho, a complexidade e, portanto, o custo e as exigências de manutenção do sistema de compressão. Assim, o que é necessário é um separador baseado em peso específico compacto que não sofra das perdas de carga ou de outros inconvenientes dos arranjos de tubo em espiral.
[0004] As modalidades da exposição podem prover um aparelho para separação de um fluido. O aparelho pode incluir um duto de entrada tendo uma admissão de fluxo de entrada e uma descarga de fluxo de entrada, o duto de entrada definindo uma largura de entrada que diminui entre a admissão de fluxo de entrada e a descarga de fluxo de entrada, e um raio de entrada que diminui entre a admissão de fluxo de entrada e a descarga de fluxo de entrada. O aparelho também pode incluir uma curva de separação conectada fluidamente à saída de fluxo de entrada do duto de entrada e incluindo uma superfície externa que define uma abertura. O aparelho ainda pode incluir uma saída de líquido conectada fluidamente à abertura da curva de separação para permitir que um componente de peso específico mais alto do fluido saia pela curva de separação, e um duto de saída tendo uma admissão de fluxo de saída conectada à curva de separação, para se permitir que um componente de peso específico mais baixo do fluido saia da curva de separação.
[0005] As modalidades da exposição também provêem um aparelho separador estático para a separação de um componente de peso específico mais alto de um fluido de um componente de peso específico mais baixo do fluido. O aparelho separador estático também inclui uma saída de líquido acoplada fluidamente às aberturas, a saída de líquido configurada para receber pelo menos parte do componente de peso específico mais alto e uma quantidade expelida do componente de peso específico mais baixo a partir da curva de separação através das aberturas. O aparelho separador estático ainda inclui um canal de retorno de gás se estendendo a partir da saída de líquido e interceptando a curva de separação, o canal de retorno de gás configurado para derivar pelo menos parte da quantidade expelida do componente de peso específico mais baixo da saída de líquido de volta para a curva de separação.
[0006] As modalidades da exposição ainda podem prover um método para separação de um componente de peso específico mais alto de um componente de peso específico mais baixo de um fluido. O método pode incluir uma canalização do fluido através de uma curva de separação disposta entre um duto de entrada e um duto de saída de um separador, e a expulsão de pelo menos parte do componente de peso específico mais alto e pelo menos parte do componente de peso específico mais baixo através de aberturas na curva de separação. O método também pode incluir a derivação da porção do componente de peso específico mais baixo expelida através das aberturas de volta para a curva de separação, e a manutenção de uma área de seção transversal substancialmente constante do fluxo pelo menos no duto de entrada e na curva de separação.
[0007] A presente exposição é mais bem entendida a partir da descrição detalhada a seguir, quando lida com as figuras associadas. É enfatizado que, de acordo com a prática padrão na indústria, vários recursos não são desenhados em escala. De fato, as dimensões dos vários recursos podem ser arbitrariamente aumentadas ou reduzidas, por clareza de discussão.
[0008] A figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de um separador de exemplo, de acordo com a exposição. A figura 2 ilustra uma vista aumentada de uma porção da figura 1.
[0009] A figura 3 ilustra uma vista isométrica parcial interrompida de uma curva de separação de exemplo, de acordo com a exposição.
[00010] A figura 4 ilustra um fluxograma de um método de exemplo para separação de um fluxo de fluido, de acordo com a exposição.
[00011] É para ser entendido que a exposição a seguir descreve várias modalidades de exemplo para a implementação de recursos diferentes, estruturas ou funções da invenção. As modalidades de exemplo de componentes, arranjos e configurações são descritas abaixo para simplificação da presente exposição; contudo, estas modalidades de exemplo são providas meramente como exemplos e não são pretendidas para limitação do escopo da invenção. Adicionalmente, a presente exposição pode repetir números de referência e/ou letras nas várias modalidades de exemplo e através das figuras providas aqui. Esta repetição é para fins de simplicidade e de clareza, e em si não dita uma relação entre as várias modalidades de exemplo e/ou configurações discutidas nas várias figuras. Mais ainda, a formação de um primeiro recurso sobre ou em um segundo recurso na descrição que se segue pode incluir modalidades nas quais os primeiro e segundo recursos são formados em contato direto e, também, pode incluir modalidades nas quais os recursos adicionais podem ser formados interpondo-se aos primeiro e segundo recursos, de modo que os primeiro e segundo recursos podem não estar em contato direto. Finalmente, as modalidades de exemplo apresentadas abaixo podem ser combinadas em qualquer combinação de formas, isto é, qualquer elemento a partir de uma modalidade de exemplo pode ser usado em qualquer outra modalidade de exemplo, sem que se desvie do escopo da exposição.
[00012] Adicionalmente, certos termos são usados por toda a descrição a seguir e nas concretizações para referência a componentes em particular. Conforme alguém versado na técnica apreciará, várias entidades podem se referir ao mesmo componente por nomes diferentes e, como tal, a convenção de denominação para os elementos descritos aqui não é pretendida para limitação do escopo da invenção, a menos que especificamente definido de outra forma aqui. Ainda, a convenção de denominação usada aqui não é pretendida para distinção entre componentes que diferem no nome, mas não na função. Adicionalmente, na discussão a seguir e nas concretizações, os termos "incluindo" e "compreendendo" são usados de uma forma de extremidade aberta, e, assim, devem ser interpretados como significando "incluindo, mas não limitando". Todos os valores numéricos nesta exposição podem ser valores exatos ou aproximados, a menos que especifica-mente declarados de outra forma. Assim sendo, várias modalidades da exposição podem se desviar dos números, valores e faixas mostradas aqui, sem que se desvie do escopo pretendido. Mais ainda, conforme usado nas concretizações ou no relatório descritivo, pretende-se que o termo "ou" envolva casos exclusivos e inclusivos, isto é, pretende-se que "A ou B" seja sinônimo de "pelo menos um dentre A e B", a menos que expressamente especificado de outra forma aqui.
[00013] A figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de um separador de exemplo 10, de acordo com uma ou mais modalidades. O separador de exemplo 10 é um separador estático compacto e inclui uma entrada de fluido de processo 12, uma saída de fluido de processo 14 e uma saída de líquido 15. A entrada de fluido de processo 12 é conectada a um tubo externo (não mostrado) ou a outro tipo de conduto que se conecta a uma fonte de fluido de processo (não mostrado). A saída de fluido de processo 14 pode ser conectada a um outro tubo externo ou outro conduto e, por exemplo, eventualmente a um separador rotativo de um sistema de compressão (não mostrado). Em outras modalidades de exemplo, contudo, a saída de fluido de processo 14 pode ser conectada a ou estar a montante de quaisquer outras estruturas e/ou dispositivos. A entrada de fluido de processo 12 pode ser conectada fluidamente a um conduto de entrada 16, o qual também pode ser referido aqui como um tubo de entrada, e a saída de fluido de processo 14 pode ser conectada fluidamente a um conduto de saída 18, o qual também pode ser referido aqui como um tubo de saída. Será apreciado que o termo "tubo" não necessariamente está limitado a uma estrutura tendo uma seção transversal circular, e outras seções transversais são contempladas aqui.
[00014] Em pelo menos uma modalidade de exemplo, o tubo de entrada 16 e o tubo de saída 18 podem ser removíveis e podem incluir um topo 17 afixado a uma base 19. O topo 17 pode ser preso mecanicamente à base 19 e pode incluir uma gaxeta ou outro membro de vedação (não mostrado). Em outras modalidades de exemplo, o topo 17 pode ser fixado a uma base 19, por exemplo, por soldagem ou outros processos e/ou dispositivos. Ainda, em pelo menos uma modalidade de exemplo, o tubo de entrada 16 e o tubo de saída 18 podem ser dispostos de modo que uma porção do tubo de saída 18 possa estar localizada dentro do tubo de entrada 16, conforme mostrado. Também conforme mostrado, o tubo de saída 18 pode se curvar a partir da vertical para a horizontal, e pode sair do tubo de entrada 16 e se conectar a uma estrutura externa, conforme descrito acima. Será apreciado que os termos direcionais, tais como "vertical", "horizontal", "acima", "abaixo", "para o lado" e similares se referem a um posicionamento relativo e/ou uma orientação e não têm por significado serem limitantes para esta exposição.
[00015] Em outras modalidades de exemplo, o tubo de saída 18 pode ser disposto dentro do tubo de saída 18. A disposição de um dentre o tubo de saída 18 e o tubo de entrada 16 dentro do outro pode ter a vantagem útil de reduzir o tamanho geral do separador 10. Contudo, modalidades de exemplo nas quais o tubo de saída 18 se estende para longe do tubo de entrada 16, por exemplo, na direção oposta à do tubo de entrada 16, são contempladas aqui.
[00016] Ainda, em uma modalidade de exemplo, a saída de líquido 15 pode ser disposta abaixo dos tubos de entrada e de saída 16, 18 para se permitir que a gravidade drene porções separadas de um fluxo de fluido. Em uma outra modalidade de exemplo, a saída de líquido 15 pode ser disposta acima ou para o lado dos tubos de entrada e de saída 16, 18, e pode empregar outros meios de drenagem, tais como bombas auxiliares e/ou um vaso de ruptura de gás integral com um sistema de controle de nível de líquido (não mostrado).
[00017] Mais ainda, o tubo de entrada 16 pode incluir um abaulamento 20 onde o tubo de entrada 16 tem um raio aumentado. O tubo de entrada 16 pode conter uma porção do tubo de saída 18 no abaulamento 20, de modo que, na seção transversal horizontal, a área não obstruída do tubo de entrada 16 permanece substancialmente constante, apesar da obstrução parcial pelo tubo de saída 18. "Substancialmente constante", conforme é usado aqui com referência a áreas, geralmente é definido como significando tolerante a variâncias de menos de ou iguais a em torno de +/- 10%.
[00018] O separador 10 geralmente inclui um duto de saída 24, um duto de entrada 26 e uma curva de separação 28 os quais em conjunto definem um percurso de fluxo principal do separador 10. Em uma modalidade de exemplo, o percurso de fluxo principal pode ser substancialmente axissimétrico em torno de uma linha de centro 54, e também pode ter uma área de fluxo de seção transversal substancialmente constante, conforme descrito em maiores detalhes abaixo com referência à figura 2.
[00019] O tubo de entrada 16 pode ser conectado fluidamente ao duto de entrada 26, conforme mostrado. O duto de entrada 26 pode ser substancialmente axissimétrico e pode se flexionar ou virar para longe da linha de centro 54 perto de onde o duto de entrada 26 é conectado ao tubo de entrada 16, e, então, pode se tornar de formato troncônico em torno da linha de centro 54. O duto de entrada 2 6 também pode ter uma seção transversal de duto de entrada anular e pode ser orientado em um ângulo a a partir da linha de centro 54 do separador 10. Em uma modalidade de exemplo, o ângulo a pode estar entre em torno de 60 graus e em torno de 80 graus em relação à linha de centro 54, entre em torno de 65 graus e em torno de 75 graus em relação à linha de centro 54, ou de em torno de 70 graus em relação à linha de centro 54.
[00020] O duto de entrada 26 pode estar a montante de e conectado fluidamente à curva de separação 28, a qual será descrita em maiores detalhes com referência às figuras 2 e 3. A curva de separação 28 pode ser uma curva de aproximadamente 180 graus, e pode ser axissimétrica em torno da linha de centro 54. Ainda, a curva de separação 28 pode ser de formato pelo menos parcialmente toroidal em torno da linha de centro 54. Adicionalmente, o separador 10 pode incluir um canal de retorno de gás 36, o qual se conecta fluidamente a saída de líquido 15 à curva de separação 28 próximo do duto de entrada 26.
[00021] O duto de saída 24 pode estar a jusante de e conectado fluidamente à curva de separação 28. O duto de saída 24 pode ter uma seção transversal de duto de saída anular e pode ser de formato troncônico em torno da linha de centro 54, de modo similar ao duto de entrada 26, até se flexionar para se encontrar com o tubo de saída 18. O duto de saída 24 pode ser disposto em um ângulo β com respeito à linha de centro 54, o qual pode ser substancialmente igual ao ângulo a. De modo que porções dos dutos de entrada e de saída 26, 24 sejam substancialmente paralelas; contudo, em outras modalidades de exemplo, o ângulo P pode ser maior do que ou menor do que o ângulo a. Por exemplo, o ângulo P pode estar entre em torno de 65 graus e em torno de 85 graus em relação à linha de centro 54. Ainda, os dutos de entrada e de saída 26, 24 podem ser pelo menos parcialmente concêntricos ou substancialmente assim em relação a cada outro. Conforme pode ser apreciado, o arranjo concêntrico pode prover a vantagem de reduzir o tamanho geral do separador 10.
[00022] A figura 2 ilustra uma porção aumentada da figura 1, conforme indicado pela caixa tracejada na figura 1. O duto de entrada 26 tem uma admissão de fluido de entrada 50 que pode ser conectada ao tubo de entrada 16 e uma descarga de fluido de saída 56 que pode ser conectada à curva de separação 28. Ainda, o duto de entrada 26 pode ter uma parede externa 58 e uma parede interna 60, as quais são espaçadas. A distância entre as paredes interna e externa 58, 60 pode definir uma largura de entrada WI. Em qualquer dada seção transversal horizontal, o duto de entrada 26 ainda pode definir um raio de entrada Ri, com o raio de entrada RI sendo a distância a partir da linha de centro 54 até o centro do duto de entrada 26. Conforme ilustrado, a largura de entrada WI pode diminuir a partir de um máximo na admissão de fluido de entrada 50 até um mínimo na descarga de fluido de saída 56. Ainda, o raio de entrada Rx pode variar inversamente com a largura de entrada WI, de modo que o raio de entrada RI aumente conforme a largura de entrada WI diminuir. O raio de entrada RI pode ter um raio de entrada RI máximo na descarga de fluido de saída 56 e um raio de entrada RI mínimo na admissão de fluido de entrada 50. Assim sendo, a área de seção transversal através da qual um fluido pode fluir, isto é, a área de fluxo, do duto de entrada 26 pode permanecer substancialmente constante. Ainda, o duto de entrada 26 pode se estender em um ângulo a, conforme descrito com referência à figura 1, até o raio de entrada RI atingir um comprimento desejado, o qual pode ser, por exemplo, de três vezes o raio nominal do tubo de entrada 16, em cujo ponto a descarga de fluido de saída 56 do duto de entrada 26 pode ser conectada à curva de separação 28.
[00023] A curva de separação 28 pode ser conectada fluidamente ao duto de entrada 2 6 em uma extremidade de entrada 62, e pode ter uma extremidade de saída de gás 64 que é conectada a uma admissão de fluido de saída 66 do duto de saída 24. Entre a extremidade de entrada 62 e a extremidade de saída de gás 64, a curva de separação 28 pode incluir uma superfície interna 32 e uma superfície externa 34, com um corpo externo 41 do separador 10 provendo a superfície externa 34.
[00024] O canal de retorno de gás 36 pode ser formado em torno do exterior da curva de separação 28, de modo que a curva de separação 28 possa ser disposta entre o canal de retorno de gás 36 e a linha de centro 54. O canal de retorno de gás 36 pode incluir uma passagem 35, a qual pode ser pelo menos parcialmente toroidal em torno do exterior da curva de separação 28 e pode terminar e m uma interface de injeção 37. A interface de injeção 3 7 é conectada fluidamente à curva de separação 28 perto da extremidade de entrada 62. Em uma modalidade de exemplo, o canal de retorno de gás 36 conecta fluidamente a saída de líquido 15 à curva de separação 28, e a interface de injeção 37 é um bocal convergente ou um ejetor, para ajudar o redirecionamento de um fluxo de saída de gás, conforme descrito abaixo.
[00025] A curva de separação 28 ainda pode incluir um canal de saída de líquido auxiliar 40, o qual pode incluir uma virola 38 se estendendo a partir da superfície externa 34 em direção à superfície interna 32 e localizada próximo da extremidade de saída de gás 64 da curva de separação 28. O canal de saída de líquido auxiliar 40 também pode incluir uma passagem de líquido 42, a qual pode se estender, por exemplo, através do corpo externo 41 até a saída de líquido 15, desse modo conectando fluidamente a virola 38 à saída de líquido 15.
[00026] A extremidade de saída de gás 64 da curva de separação 28 pode ser conectada à admissão de fluido de saída 66 do duto de saída 24. Na modalidade de exemplo, o duto de saída 24 pode ser formado de forma similar ao duto de entrada 26. Assim sendo, o duto de saída 24 pode ter uma descarga de fluido de saída 67 conectada ao tubo de saída 18, e uma parede interna 65. A parede interna 65 pode ser definida por um expansor de fluxo radial 22, o qual pode formar um pico de expansor de fluxo 25, onde um fluxo de fluido através do duto de saída 24 flui para fora para o tubo de saída 18, desse modo mudando de um percurso de fluxo com uma seção transversal em formato de anel para um com uma seção transversal circular. Em uma modalidade de exemplo na qual o duto de entrada 26 está dentro do duto de saída 24, o expansor de fluxo radial 22 pode ser formado no duto de entrada 26, de modo que defina a parede interna 60 do duto de entrada 26. Em uma modalidade como essa, o pico de expansor de fluxo 25 pode formar o começo da mudança no formato da seção transversal do fluxo de fluido de circular no tubo de entrada 16 para em formato de anel no duto de entrada 26.
[00027] A parede interna 65 pode ser espaçada de uma parede externa 63 do duto de saída 24 para a definição de uma largura de duto de saída Wo. A largura de duto de saída Wo pode aumentar de uma largura de duto de saída mínima Wo na admissão de fluido de saída 66 para uma largura de saída máxima Wo na descarga de fluido de saída 67. Adicionalmente, a distância a partir da linha de centro 54 até a metade do duto de saída 24 pode definir um raio de duto de saída Ro em qualquer dada seção transversal horizontal. Em uma modalidade de exemplo, o raio de duto de saída Ro pode diminuir a partir da admissão de fluido de saída 66 até a descarga de fluido de saída 67 em uma proporção inversa com a largura de saída crescente Wo, de modo que a seção transversal horizontal da área de fluxo do duto de saída 24 permaneça substancialmente constante por toda ela.
[00028] Com referência, agora, à figura 3, é mostrada uma vista em perspectiva elevada da superfície externa 34 e do corpo externo 41 da curva de separação 28. Em uma modalidade de exemplo, a superfície externa 34 tem uma região em formato de V ou de concha de vieira 44. A região em formato de concha de vieira 44 pode ter um pico 46 e um vale 48 definidos ali. O pico 46 pode se encaixar na superfície interna 32 (não mostrada) e pode ajudar a suportar o duto de saída 24 (não mostrado). Em outras modalidades de exemplo, contudo, o pico 4 6 pode não se encaixar na superfície interna 32. O vale 48 pode ter uma abertura 49, ou fenda, definida ali. A abertura 49 pode se estender através do corpo externo 41 até a passagem de líquido 42, desse modo dividindo o corpo externo 41 em projeções como garras 43. Em uma outra modalidade de exemplo, contudo, a abertura 4 9 pode ser distinta da passagem de líquido 42. A passagem de líquido 42 pode se estender em torno da borda 45 do corpo externo 41 até a saída de líquido 15. A abertura 4 9 também pode se estender através do corpo externo 41, desse modo conectando fluidamente a superfície interna 32 com a saída de líquido 15.
[00029] Em uma modalidade de exemplo, a superfície externa 34 pode incluir uma pluralidade de regiões em formato de concha de vieira ou em formato em V 44, definidas em intervalos em torno da curva de separação 28. Uma pluralidade de picos 46 e uma pluralidade de vales 48 podem ser definidas, cada um, na superfície externa 34, em que cada um da pluralidade de vales 4 8 é definido entre dois da pluralidade de picos 46, conforme mostrado. Ainda, em cada um da pluralidade de vales 48, uma ou mais das aberturas 49 podem ser definidas, com uma, umas poucas ou todas as aberturas 4 9 conectando fluidamente a superfície externa 34 com a saída de líquido 15.
[00030] Em uma operação de exemplo, com referência às figuras 1 e 2, um fluido multifásico flui através da entrada de fluido de processo 12 e para o tubo de entrada 16. O fluido multifásico pode ser caracterizado por um componente de peso específico mais alto, o qual pode ser referido aqui como um "líquido", e um componente de peso específico mais baixo, o qual pode ser referido aqui como um "gás", sendo desejável separar os dois componentes. Será apreciado que, apesar da convenção de denominação escolhida aqui para os dois componentes, o componente de peso específico mais alto pode conter, adicionalmente, sólidos e/ou gases relativamente densos, e o componente de peso específico mais baixo pode incluir, adicionalmente, líquidos relativamente leves e/ou sólidos. Assim sendo, o separador 10 pode separar qualquer componente de peso específico mais alto de qualquer componente de peso específico mais baixo.
[00031] Em uma modalidade de exemplo, para manutenção de uma magnitude relativamente fixa da velocidade meridional do fluxo do fluido multifásico, o raio do tubo de entrada 16 aumenta no abaulamento 20 para consideração da obstrução parcial pelo tubo de saída 18, desse modo se mantendo uma área de fluxo de seção transversal substancialmente constante. O fluido multifásico então flui para o duto de entrada 26, onde a área de fluxo de seção transversal continua a permanecer substancialmente constante, apesar da largura de entrada decrescente WI, devido ao raio de entrada crescente Rx. Na descarga de fluido de saída 56, a largura do fluxo de fluido multifásico, conforme definido pela largura de entrada WI, diminuiu até o ponto em que o fluxo de fluido multifásico é uma folha relativamente fina.
[00032] O fluxo de fluido multifásico então é dirigido através da curva de separação 28, a qual pode ser uma curva relativamente abrupta. O coeficiente de perda de carga está relacionado à relação da largura do fluxo de fluido multifásico para o raio da curva de separação 28. Uma redução da largura WI do fluxo no duto de entrada 26, portanto, pode reduzir o coeficiente de perda de carga e/ou permitir um raio menor da curva de separação 28. Em uma modalidade de exemplo, o coeficiente de perda de carga na curva de separação 28 pode ser de aproximadamente 0,74 ou, em outras palavras, aproximando-se da perda de carga causada por uma curva longa costumeira.
[00033] Diferentemente de uma curva longa, contudo, a força inercial sentida pelo fluxo de fluido multifásico na curva de separação 28 pode ser, por exemplo, igual a em torno de 1800 vezes a força da gravidade, o que geralmente será suficiente para separar o líquido do fluxo multifásico. Será apreciado, contudo, que o separador 10 pode ser projetado de modo que outros níveis de força inercial possam ser obtidos. A força inercial pode forçar o líquido em direção à superfície externa 34 da curva de separação 28, onde ele então pode ser expelido através das aberturas 49 definidas na superfície externa 34, através do corpo externo 41. Uma vez expelido, o líquido pode ser canalizado para longe da curva de separação 28 pela saída de líquido 15, usando-se gravidade ou outros meios para a drenagem do líquido, conforme descrito acima com referência à figura 1.
[00034] Conforme o líquido (e/ou quaisquer outros componentes de peso específico mais alto do fluxo) é expelido de forma centrífuga através das aberturas 49, as regiões em formato de concha de vieira ou em formato em V 44 (veja a figura 3) canalizam o gás através da curva de separação 28 em direção à extremidade de saída de gás 64. As regiões em formato de concha de vieira 44 adicionalmente podem evitar um fluxo de retorno do gás através da extremidade de entrada 62. Etr alguns casos, um filme do líquido pode ser empurrado, apesar da força centrífuga, pelo gás ao longo da superfície externa 34 e em direção à extremidade de saída de gás 64. Em uma modalidade de exemplo incluindo o canal de saída de líquido auxiliar 40, conforme mostrado na figura 2, o filme pode ser coletado pela virola 38, antes de o líquido sair através da extremidade de saída de gás 64. O líquido então pode drenar através da passagem de líquido 42 e através da saída de líquido 15, empurrado adiante por gravidade ou dispositivos adicionais, conforme descrito acima.
[00035] Uma parte do gás que se pretende que saia através da extremidade de saída de gás 64 pode ser expelida de forma centrífuga através das aberturas 49 juntamente com o líquido. De fato, isto pode ser uma ocorrência vantajosa, já que pode ajudar na canalização do líquido através das aberturas 49. O canal de retorno de gás 36 pode ser configurado para retornar todo o ou uma porção do gás que escapa através das aberturas 49. Em uma operação de exemplo, o fluxo de fluido multifásico diante da interface de injeção 37 pode criar uma pressão estática diminuída na interface de injeção 37, o que pode criar um gradiente de pressão na passagem 35. Isto pode atuar para sifonar o gás expelido através das aberturas 49 para a saída de líquido 15 de volta através da passagem 35 e para a curva de separação 28 próximo da extremidade de entrada 62, desse modo derivando o fluxo de saída de gás de volta para o fluxo de fluido multifásico. Em uma modalidade de exemplo, o canal de retorno de gás 36 pode ser configurado para retornar ou derivar em torno de 5% ou mais da quantidade total de gás que prossegue para a curva de separação 28. Adicionalmente, a saída de líquido 15 pode incluir placas ou outro meio coalescente (nenhum mostrado) para restrição do líquido na saída de líquido 15 quanto a uma migração para o canal de retorno de gás 36.
[00036] Após a passagem através da curva de separação 28, o fluido multifásico pode ser constituído por uma percentagem aumentada de gás e uma percentagem reduzida de líquido, assim tendo um peso específico reduzido geral. Contudo, para manutenção do coeficiente de perda baixo desejado descrito acima, a seção transversal do fluxo de fluido multifásico pode ser mantida em um tamanho substancialmente constante. Assim, conforme o raio de saída Ro diminui, a largura de saída Wo pode aumentar para compensar e manter a área de fluxo de seção transversal substancialmente constante, até o duto de saída 24 se conectar ao tubo de saída 18. O fluxo de fluido multifásico então pode sair do separador 10 através do tubo de saída 18, através da saída de fluido de processo 14 e, por exemplo, para um separador rotativo e/ou um compressor.
[00037] A figura 4 ilustra um método de exemplo de separação de um fluxo de fluido multifásico em um faixa de frequência de banda alta e um componente de peso específico mais baixo. O método da figura 4 pode prosseguir por uma operação de uma modalidade de exemplo do separador 10 mostrado e descrito acima com referência às figuras 1 a 3, ou separadores similares a estes. O fluxo de fluido multifásico pode definir uma seção transversal anular, conforme determinado pelo formato de um conduto de entrada através do qual o fluxo de fluido multifásico pode ser
[00038] canalizado. A seção transversal anular pode ter um raio que aumenta e uma largura que diminui, antes do fluxo de fluido multifásico encontrar uma curva de separação, mostrado em 101. Como tal, o fluxo de fluido multifásico pode se expandir radialmente, enquanto afina na largura, de modo que se torne uma folha fina próximo da curva de separação, desse modo permitindo que o raio da curva de separação seja pequeno, enquanto permite que a curva de separação produza uma perda de carga mínima, conforme descrito acima.
[00039] O fluxo de fluido multifásico pode ser canalizado através da curva de separação, mostrado em 102. Uma vez na curva de separação, uma porção do componente de peso específico mais baixo pode ser expelida através de aberturas na curva de separação, mostrado em 103. A porção expelida do componente de peso específico mais baixo pode ser derivada de volta para a curva de separação, mostrado em 104, por exemplo, pelo canal de retorno de gás descrito acima com referência às figuras 1 e 2. A curva de separação também expele pelo menos uma porção, até substancialmente todo o componente de peso específico mais alto através das aberturas, mostrado em 105. Contudo, pode haver um filme remanescente do componente de peso específico mais alto deixado na curva de separação, mesmo após a primeira expulsão. Como tal, o método ainda pode incluir a expulsão do filme remanescente do componente de peso específico mais alto, mostrado em 105, e também pode fazê-lo através de um canal de saída de líquido auxiliar, tal como descrito acima com referência à figura 2. O componente de peso específico mais alto expelido então pode ser drenado, mostrado em 107, através de uma saída de líquido, tal como aquela descrita acima com referência às figuras 1 e 2. Adicionalmente, o método pode incluir evitar um fluxo de retorno do fluxo de fluido multifásico pela canalização do fluxo de fluido multifásico através da curva de separação com uma região em formato de concha de vieira, conforme descrito acima com referência à figura 3.
[00040] O componente de peso específico mais baixo que é canalizado através da curva de separação, depois disso, pode ser canalizado através de um conduto de saída. O conduto de saída pode ter uma largura crescente e um raio decrescente, mostrado em 108. Uma vez através do conduto de saída, o fluxo de fluido multifásico, tendo uma quantidade reduzida de componente de peso específico mais alto, pode prosseguir para outros componentes de um sistema de compressão através de uma saída, mostrado em 109.
[00041] Enquanto varia o raio e a largura do fluxo de fluido multifá- sico, mostrado em 101 e 108, e canalizando-o através da curva de separação, mostrado em 102, o método pode incluir a manutenção de uma área de seção transversal substancialmente constante do fluxo de fluido multifásico, mostrado em 110. Isto pode manter uma magnitude relativamente constante da velocidade meridional do fluxo de fluido multifásico, e pode ter a vantagem de minimizar a perda de carga na curva de separação, conforme descrito acima.
[00042] Assim sendo, as modalidades da exposição podem incluir um separador incluindo um duto de entrada que tem uma admissão de fluxo de entrada, uma descarga de fluxo de entrada, uma largura de entrada que diminui entre a admissão de fluxo de entrada e a descarga de fluxo de entrada, e um raio de entrada que aumenta entre a admissão de fluxo de entrada e a descarga de fluxo de entrada; uma curva de separação conectada fluidamente à descarga de fluxo de entrada do duto de entrada e incluindo uma superfície externa que tem uma região em formato de concha de vieira, e uma abertura formada na superfície externa; uma saída de líquido conectada fluidamente à abertura da curva de separação; e um duto de saída tendo uma admissão de fluxo de saída conectada à curva de separação, uma descarga de fluxo de saída, uma largura de duto de saída que aumenta entre a admissão de fluxo de saída e a descarga de fluxo de saída, e um raio de duto de saída que diminui entre a admissão de fluxo de saída e a descarga de fluxo de saída.
[00043] As modalidades da exposição ainda podem prover o separador conforme descrito acima, em que o duto de entrada tem uma área de fluxo de seção transversal substancialmente constante, e/ou em que o duto de entrada, a curva de separação e o duto de saída têm uma área de fluxo de seção transversal substancialmente constante. As modalidades da exposição também podem prover o separador, conforme descrito, em que a abertura da curva de separação é formada na região em formato de concha de vieira, e/ou o separador conforme descrito acima, ainda incluindo: um conduto de entrada conectado ao duto de entrada; e um conduto de saída conectado ao duto de saída e disposto pelo menos parcialmente no conduto de entrada. As modalidades da exposição podem prover o separador conforme descrito acima, ainda incluindo um canal de saída de líquido auxiliar definido na curva de separação próximo do duto de saída e conectado fluidamente à saída de líquido, e/ou em que o canal de saída de líquido auxiliar inclui: uma virola que se estende a partir da superfície externa da curva de separação; e uma passagem de líquido se estendendo a partir da superfície externa e conectada fluidamente à saída de líquido. As modalidades da exposição também podem prover o separador, conforme descrito acima, ainda incluindo um canal de retorno de gás conectado fluidamente à saída de líquido e à curva de separação, em que o canal de retorno de gás é configurado para derivar um fluxo de gás a partir da saída de líquido para a curva de separação próximo do duto de entrada.
[00044] As modalidades da exposição também podem prover um separador incluindo: um tubo de entrada; um duto de entrada tendo uma seção transversal de duto de entrada anular e conectado fluidamente ao tubo de entrada; uma curva de separação conectada fluidamente ao duto de entrada e tendo uma fenda definida ali; um duto de saída tendo uma seção transversal de duto de saída anular, conectado fluidamente à curva de separação, e disposto pelo menos parcialmente concêntrico com o duto de entrada; e uma saída de líquido conectada fluidamente à fenda da curva de separação. As modalidades da exposição ainda podem prover o separador conforme descrito acima, em que o duto de entrada e o duto de saída são pelo menos parcialmente troncônicos em torno de uma linha de centro do separador estático, e a curva de separação é pelo menos parcialmente toroidal em torno da linha de centro. As modalidades da exposição também podem prover o separador, conforme descrito acima, em que o duto de entrada é disposto em um ângulo com entre em torno de 60 e em torno de 80 graus em relação à linha de centro, e/ou em que a curva de separação inclui uma superfície externa tendo uma região em formato de V que inclui um pico e um vale, e/ou em que a fenda é formada no vale da região em formato de V. As modalidades da exposição ainda podem prover o separador, conforme descrito acima, ainda incluindo: um corpo externo provendo uma superfície externa da curva de separação; e um canal de saída de líquido auxiliar incluindo uma virola que se estende a partir da superfície externa da curva de separação próximo do duto de saída, e uma passagem de líquido se estendendo a partir da virola, através do corpo externo, e conectada fluidamente à saída de líquido. As modalidades da exposição também podem prover o separador, conforme descrito acima, ainda incluindo um canal de retorno de gás conectado fluidamente à saída de líquido e à curva de separação próximo do duto de entrada.
[00045] Adicionalmente, as modalidades da exposição podem prover um método de separação de um fluxo de fluido multifásico em um componente de peso específico mais alto e um componente de peso específico mais baixo, incluindo: a canalização do fluxo de fluido multifásico através de uma curva de separação; expulsão de pelo menos uma porção do componente de peso específico mais alto e uma porção do componente de peso específico mais baixo através de aberturas na curva de separação; derivação da porção do componente de peso específico mais baixo expelida através das aberturas de volta para a curva de separação; e manutenção de uma área de seção transversal substancialmente constante do fluxo de fluido multifásico. As modalidades da exposição podem prover o método, conforme descrito acima, ainda incluindo a expulsão de um filme de componente de peso específico mais alto a partir da curva de separação através de um canal de saída de líquido auxiliar e/ou em que uma canalização do fluxo de fluido multifásico ainda inclui a prevenção de um fluxo de retorno do componente de peso específico mais baixo com uma região em formato de concha de vieira formada na curva de separação. As modalidades da exposição adicionalmente podem prover o método, conforme descrito acima, em que a manutenção da área de seção transversal substancialmente constante inclui: um aumento de um raio do fluxo de fluido multifásico e uma diminuição de uma largura do fluxo de fluido multifásico, antes da curva de separação; e a diminuição do raio e o aumento da largura após a curva de separação, e/ou em que uma canalização do fluxo de fluido multifásico ainda inclui: uma canalização do fluxo de fluido multifásico para a curva de separação através de um duto de entrada; a canalização do fluxo de fluido multifásico a partir da curva de separação através de um duto de saída; e a disposição do duto de entrada pelo menos parcialmente concêntrico com o duto de saída.
[00046] O precedente esboçou recursos de várias modalidades, de modo que aqueles versados na técnica possam mais bem entender a descrição detalhada que se segue. Aqueles versados na técnica devem apreciar que eles podem usar prontamente a presente exposição como uma base para projeto e/ou modificação de outros recursos e estruturas para a realização das mesmas finalidades e/ou a obtenção das mesmas vantagens das modalidades introduzidas aqui. Aqueles versados na técnica devem perceber que essas construções equivalentes não se desviam do espírito e do escopo da presente exposição, e que eles podem fazer várias mudanças, substituições e alterações aqui, sem que se desvie do espírito e do escopo da presente exposição.
Claims (13)
1. Aparelho para a separação de um fluido, sendo que compreende um separador estático (10) com, a) uma linha de centro (54); b) um duto de entrada (26) que tem uma admissão de fluxo de entrada (50) e uma descarga de fluxo de entrada (56), uma parede externa (58) do duto de entrada (26) e uma parede interna (60) do duto de entrada (26); sendo que qualquer plano perpendicular à dita linha de centro (54) e que cruza o dito duto de entrada (26) define, (i) uma seção transversal anular disposta entre a parede externa (58) do duto de entrada (26) e a parede interna (60) do duto de entrada (26); (ii) um centro de duto de entrada da dita seção transversal anular posicionado entre a parede externa (58) do duto de entrada (26) e a parede interna (60) do duto de entrada (26); (iii) uma largura de entrada (WI) entre a parede externa (58) do duto de entrada (26) e a parede interna (60) do duto de entrada (26) que diminui entre a admissão de fluxo de entrada (50) e a descarga de fluxo de entrada (56), e (iv) um raio de entrada (RI) que se estende entre o dito centro de duto de entrada e a linha de centro (54) e que aumenta entre a admissão de fluxo de entrada (50) e a descarga de fluxo de entrada (56); o dito separador estático (10) compreendendo ainda, c) uma curva de separação (28) estática conectada fluidamente à descarga de fluxo de entrada (56) do duto de entrada (26) e incluindo uma superfície externa (34) que define uma abertura (49); d) uma saída de líquido (15) conectada fluidamente à abertura (49) da curva de separação (28) estática para permitir que um componente de peso específico mais alto do fluido saia da curva de separação (28) estática; e e) um duto de saída (24) tendo uma admissão de fluxo de saída (66) conectada à curva de separação (28) estática para permitir que um componente de peso específico mais baixo do fluido saia da curva de separação (28) estática; f) dito separador estático (10) sendo caracterizado pelo fato de que o duto de entrada (26) fornece uma área de fluxo de seção transversal constante.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o duto de saída (24) compreende ainda uma descarga de fluxo de saída (67), uma parede externa (63) do duto de saída (24), uma parede interna (65) do duto de saída (24) e um centro de duto de saída disposto entre a parede externa (63) do duto de saída (24) e a parede interna (65) do duto de saída (24), a parede externa (63) do duto de saída (24) e a parede interna (65) do duto de saída (24) definindo uma largura de duto de saída (Wo) que aumenta entre a admissão de fluxo de saída (66) e a descarga de fluxo de saída (67), e o duto de saída (24) definindo ainda um raio de duto de saída (Ro) que se estende entre o centro de duto de saída e a linha de centro (54) e que diminui entre a admissão de fluxo de saída (66) e a descarga de fluxo de saída (67).
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o duto de entrada (26), a curva de separação (28) estática e o duto de saída (24) provêem uma área de fluxo de seção transversal constante.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície externa (34) define uma região em formato de concha de vieira (44) e a abertura (49) da curva de separação (28) estática está localizada na região em formato de concha de vieira (44).
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conduto de entrada (16) conectado ao duto de entrada (26); e um conduto de saída (18) conectado ao duto de saída (24) e disposto pelo menos parcialmente no conduto de entrada (16).
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um canal de saída de líquido auxiliar (40) definido na curva de separação (28) estática próximo do duto de saída (24) e conectado fluidamente à saída de liquido (15).
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o canal de saída de líquido auxiliar (40) compreende uma virola (38) que se estende a partir da superfície externa (34) da curva de separação (28) estática; e uma passagem de líquido (42) se estendendo a partir da superfície externa (34) e conectada fluidamente à saída de líquido (15).
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um canal de retorno de gás (36) conectado fluidamente à saída de líquido (15) e à curva de separação (28) estática, sendo que o canal de retorno de gás (36) é configurado para derivar um fluxo de gás a partir da saída de líquido (15) para a curva de separação (28) estática próximo do duto de entrada (26).
9. Aparelho, de acordo com a reivindicacao 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um corpo externo (41) fornecendo a superfície externa (34) da curva de separação (28) estática, sendo que a abertura (49) e a passagem de líquido (42) são pelo menos parcialmente definidas pelo corpo externo (41).
10. Método para a separação de um componente de peso específico mais alto de um componente de peso específico mais baixo de um fluido, compreendendo i) canalizar o fluido através de uma curva de separação (28) de um separador (10), a dita curva de separação (28) incluindo uma superfície externa (34) definindo uma abertura (49) e estando conectada fluidamente a a) um duto de entrada (26) tendo uma admissão de fluxo de entrada (50), uma descarga de fluxo de entrada (56), uma parede externa (58) do duto de entrada (26) e uma parede interna (60) do duto de entrada (26), a dita curva de separação (28) estando adicionalmente conectada a b) uma saída de líquido (15) conectada fluidamente à abertura (49) da curva de separação (28) estática para permitir que um componente de peso específico mais alto do fluido saia da curva de separação (28) estática, e a c) um duto de saída (24) tendo uma admissão de fluxo de sáida (66) conectada à curva de separação (28) estática para permitir que um componente de peso específico mais baixo do fluido saia da curva de separação (28) estática, ii) expelir pelo menos parte do componente de peso específico mais alto e pelo menos parte do componente de peso específico mais baixo através de aberturas (49) na curva de separação (28); iii) derivar a porção do componente de peso específico mais baixo expelida através das aberturas (49) de volta para a curva de separação (28); e caracterizado por iv) manter uma área de seção transversal constante do fluxo pelo menos no duto de entrada (26) e na curva de separação (28), sendo que qualquer plano perpendicular à dita linha de centro (54) e que cruza o dito duto de entrada (26) define, a) uma seção transversal anular disposta entre a parede externa (58) do duto de entrada (26) e a parede interna (60) do duto de entrada (26); b) um centro de duto de entrada da dita seção transversal anular posicionado entre a parede externa (58) do duto de entrada (26) e a parede interna (60) do duto de entrada (26); c) uma largura de entrada (WI) entre a parede externa (58) do duto de entrada (26) e a parede interna (60) do duto de entrada (26) que diminui entre a admissão de fluxo de entrada (50) e a descarga de fluxo de entrada (56), e d) um raio de entrada (RI) que se estende entre o dito centro de duto de entrada e a linha de centro (54) e que aumenta entre a admissão de fluxo de entrada (50) e a descarga de fluxo de entrada (56).
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda expelir um filme da porção de peso específico mais alto a partir da curva de separação (28) através de um canal de saída de líquido auxiliar (40).
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que canalizar o fluxo compreende ainda prevenir um fluxo de retorno do componente de peso específico mais baixo com uma região em formato de concha de vieira (44) formada na curva de separação (28).
13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o duto de saída (24) compreende uma parede externa (63) do duto de saída (24) e uma parede interna (65) do duto de saída (24), sendo que qualquer plano perpendicular à dita linha de centro (54) e que cruza o dito duto de saída (24) define, a) uma seção transversal anular adicional disposta entre a parede externa (63) do duto de saída (24) e a parede interna (65) do duto de saída (24); b) um centro de duto de saída da dita seção transversal anular adicional posicionado entre a parede externa (63) do duto de saída (24) e a parede interna (65) do duto de saída (24); c) uma largura de saída (Wo) entre a parede externa (63) do duto de saída (24) e a parede interna (65) do duto de saída (24); e d) um raio de saída (Ro) se estendendo entre o centro de duto de saída e a linha de centro (54) do separador (10), sendo que manuter a área de seção transversal constante compreende aumentar o raio de entrada (RI) do fluxo de fluido e diminuir a largura de entrada (WI) do fluxo de fluido a montante da curva de separação (28); e diminuir o raio de saída (Ro) e aumentar a largura de saída (Wo) a jusante da curva de separação (28).
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