“CONJUNTO PARA SEPARAÇÃO DE UM FLUXO MULTIFÁSICO”
Campo técnico [0001] A presente invenção é relativa à separação de um fluxo multifásico. Mais particularmente, a invenção é relativa a um conjunto para separação de um fluxo multifásico, onde dito conjunto é especialmente aplicável para produção submarina e sistemas de transporte.
Fundamento e técnica precedente [0002] Para separação tradicional de um fluxo multifásico, dispositivos de separação na forma de recipientes são aplicados. Tais recipientes são muitas vezes grandes e pesados, e devem ser construídos de acordo com códigos de projeto para recipientes de pressão. Se existe perigo de choques de líquido o volume do recipiente deve ser suficientemente grande para manipular um choque de líquido. Para aplicação em profundidades de mar profundo separadores convencionais podem ser muito pesados para serem manipulados com a ajuda de navios e dispositivos de levantamento convencionais. Se equipamentos dentro de um separador convencional são destruídos ou perdem sua efetividade com o tempo, todo o separador deve ser levantado para substituições em lugar de o separador ser aberto para reparo. O rendimento de separação em relação ao peso do equipamento pode ser melhorado de maneira vantajosa. Existe uma necessidade por um conjunto para separação multifásica com propriedades vantajosas em relação à produção, instalação, operação, manutenção e substituição de componentes isolados no conjunto e efeito de separação em relação a peso.
Sumário da invenção [0003] Com a presente invenção é previsto um conjunto para separação de um fluxo multifásico, o conjunto sendo caracterizado pelo fato de compreender:
pelo menos, uma unidade de separação compacta escolhida entre um extrator de líquido em linha e um separador de fase em linha, dita unidade de separação compacta é disposta para receber fluxo multifásico para sua separação em um fluxo de gás e um fluxo que principalmente contém líquido, uma saída de gás, disposta para receber o fluxo de gás a partir da
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2/11 unidade de separação compacta e quaisquer fluxos adicionais de gás, um ou mais separadores de condutos, dispostos para receber o fluxo que contém principalmente líquido a partir da unidade de separação compacta e quaisquer outros fluxos que contenham líquido, com uma saída para líquido a partir da unidade de separação compacta e quaisquer outros fluxos que contenham líquido, com uma saída de líquido a partir do pelo menos um separador de conduto em uma sua parte que se situa baixa.
[0004] O conjunto de acordo com a invenção compreende, portanto, pelo menos um separador de fase em linha, ou um extrator de líquido em linha, opcionalmente uma outra unidade de separação compacta equivalente disposta a montante do pelo menos um separador de conduto.
[0005] Em uma modalidade preferida, o conjunto compreende:
um extrator de líquido em linha, disposto para receber o fluxo multifásico para sua separação em um fluxo de gás e um fluxo que contém principalmente líquido, uma saída de gás, disposta para receber o fluxo de gás a partir do extrator de líquido e quaisquer fluxos adicionais de gás, um ou mais separadores de condutos dispostos para receber o fluxo que contém principalmente gás a partir do extrator de líquido e quaisquer fluxos adicionais que contenham líquido, com uma saída de líquido a partir do pelo menos um separador de conduto em uma sua parte que se situa baixa, e uma bomba, ou válvula de controle, disposta em dita saída de líquido, dita bomba ou válvula de controle é controlada por um provedor de nível em pelo menos um separador de conduto.
[0006] O conjunto compreende somente elementos da técnica precedente que são montados em uma combinação com efeitos técnicos surpreendentemente bons em relação a rendimento de separação em relação a peso, e com propriedades altamente vantajosas com relação à produção, instalação, operação, manutenção e substituição de elementos isolados no conjunto. O arranjo especial de uma bomba, ou válvula de controle, disposta em dita saída de líquido que se situa baixa, dita
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3/11 bomba ou válvula de controle é controlada por um provedor de nível no, pelo menos um separador de conduto, contribui para efeito técnico aumentado. Para aplicações com pressão suficientemente elevada na saída de líquido, por exemplo, como resultado de alta pressão de suprimento a partir de válvulas de conexão, uma válvula de controle é aplicada; de outra maneira uma bomba é aplicada.
[0007] O conjunto compreende, de maneira vantajosa, componentes adicionais. [0008] O conjunto compreende, preferivelmente, um separador de fase disposto a montante de um extrator de líquido para receber o fluxo multifásico para sua separação grosseira em um fluxo principalmente gasoso fornecido para o extrator de líquido e um fluxo que contém principalmente líquido suprido para o pelo menos um separador de conduto. Preferivelmente, um ejetor é disposto em conexão com o separador de conduto para conduzir líquido a partir do extrator de líquido o pelo menos um separador de conduto. O conjunto é preferivelmente protegido contra sobrepressão por, pelo menos, uma válvula SIPPS de fechamento rápido disposta na entrada (SIPPS - sistema submarino de proteção de pressão instrumentado) para aplicação sob água, ou pelo menos uma válvula HIPPS (sistema de proteção de pressão de alta integridade) para aplicação acima d'água. De maneira vantajosa, o conjunto compreende, pelo menos, um ou mais de um separador de conduto adicional com inclinação/declive decrescente vista ao longo da direção de fluxo e disposto na extremidade de jusante em um nível mais baixo do que o pelo menos um separador de conduto, para efeito adicional de separação. Isto é especialmente desejável se separação de três fases for realizada, isto é, separação para gás, hidrocarbonetos líquidos formados e água. De maneira vantajosa, um terceiro separador de conduto é disposto entre a saída para principalmente gás a partir do separador de fase e extrator de líquido, de tal maneira que gás é aplicado a partir do terceiro separador de conduto para o extrator de líquido e líquido é suprido a partir do terceiro separador de conduto para o pelo menos um separador de conduto. De maneira vantajosa, o conjunto compreende um removedor de areia em linha, preferivelmente disposto a montante do pelo menos um separador de conduto. De maneira vantajosa, o conjunto também compreender um desgaseificador em linha,
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4/11 preferivelmente disposto a montante do pelo menos um separador de conduto, ou em conexão com o possível separador de conduto adicional, com suprimento de gás separado para a saída de gás a partir do conjunto. De maneira vantajosa, algum ou todos os separadores de condutos no conjunto têm uma inclinação/declive decrescente ao longo da direção de fluxo através de, pelo menos, uma parte do comprimento para obter efeito de separação aumentado. De maneira vantajosa, todos os componentes acima mencionados no conjunto, ao mesmo tempo componentes obrigatórios e opcionais, são construídos de acordo com códigos de condutos.
[0009] Ditos separadores de condutos são unidades separadoras tubulares, construídas de acordo com códigos de condutos. Os separadores de condutos têm, de maneira vantajosa, diâmetro maior do que condutos conectados, e são dispostos, de maneira vantajosa, como um número de seções de conduto posicionadas paralelas, e com coletores que interconectam as extremidades das seções de conduto como requerido, de modo que um volume suficiente para separação e manipulação de quaisquer choques de líquido é fornecido. Tal separador de conduto disposto é muitas vezes indicado como um separador de tipo dedo.
[0010] O extrator de líquido é preferivelmente um extrator de líquido em linha, para separação de um líquido a partir de um fluxo de fluido multifásico que escoa através de um conduto; compreendendo um revestimento principalmente tubular que é disposto para fazer parte do conduto real, um elemento de giro que é localizado na extremidade de montante do revestimento e disposto para iniciar rotação do fluxo de fluido, de modo que este se separa em uma zona central que contém principalmente gás e em uma zona anular exterior que principalmente contem líquido, um dispositivo de saída para o gás, que compreende um elemento de saída disposto em uma extremidade de jusante do revestimento e tem uma passagem precursora axial central para o gás, um dispositivo de coleta de líquido que compreende um espaço anular formado entre a superfície interior do revestimento e uma superfície exterior do elemento de saída de gás, e uma barreira para o líquido, que é formada em uma extremidade de jusante do elemento de saída de gás, e um dispositivo de saída para
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5/11 o líquido que compreende um recipiente que é disposto para receber líquido a partir do espaço anular e a partir da área barreira, no qual uma parte superior do recipiente e uma parte central da extremidade de montante do elemento de giro são interconectadas com a ajuda de um conduto para recirculação de gás que é carregado pelo líquido corrente ou que cai para baixo no recipiente, onde o elemento de giro tem uma cavidade central e é dotado de um número de aberturas dispostas ao longo da circunferência do fluxo de saída do gás recirculado a partir da cavidade. O extrator de líquido está preferivelmente de acordo com a publicação de patente WO 2002/056999, à qual divulgações adicionais são referidas. O recipiente é conectado por meio de um conduto ao pelo menos um separador de conduto, em alternativa ao recipiente que vai diretamente sobre o pelo menos um separador de conduto.
[0011] O separador de fase é preferivelmente qualquer separador ciclone em linha, para separação de uma mistura que contém partículas sólidas, líquido e/ou gás, em uma fração mais leve e uma fração mais pesada, o separador de fase compreende um revestimento exterior que define um trajeto de fluxo através do qual dita mistura deve escoar, tendo uma saída para a mistura que entra, uma primeira saída para a fração mais leve separada, e outra saída para a fração mais pesada separada, onde o revestimento exterior contém:
um corpo de fluxo ao longo do qual a mistura que deve ser separada pode escoar;
pelo menos um elemento de redemoinho disposto entre o corpo de fluxo e o revestimento, para iniciar rotação da mistura para separar a mistura em uma fração mais pesada e uma fração mais leve;
um elemento de saída com uma passagem interior a precursora axial central conectada a uma primeira saída, para liberar a fração mais leve, e uma superfície exterior que juntamente com uma superfície interior do revestimento definem uma passagem exterior conectada à outra saída para liberar a fração mais pesada, onde o elemento de saída é equipado com uma ou mais aberturas a partir das quais uma fração mais leve pode alcançar a passagem interior, ditas aberturas
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6/11 são dispostas inclinando com relação à direção axial. Tal separador de fase está divulgado na publicação de patente EP 1600215 A1, à qual divulgações adicionais são referidas. Tal separador de fase proporciona efeito de separação melhor do que uma curva T tradicional.
[0012] O removedor de areia possível é um dispositivo em linha para separação de uma mistura que contém partículas sólidas, líquido e/ou gás, em uma fração mais pesada e uma fração mais leve, o removedor de areia compreende um revestimento exterior que define um trajeto de fluxo através do qual a mistura deve escoar, um corpo de fluxo ao longo do qual a mistura que deve ser separada pode escoar, pelo menos um elemento de giro disposto entre o corpo de fluxo e o revestimento exterior, onde o elemento de giro define uma parte adjacente, uma parte intermediária e uma parte remota, onde a parte adjacente é ajustada para iniciar gradualmente a rotação da mistura que entra, com a finalidade de separar a mistura em uma fração mais pesada e uma fração mais leve, onde a parte remota do elemento de giro é ajustada para reduzir gradualmente a rotação da mistura, com a finalidade de restabelecer a pressão. Tais removedores de areia em linha estão divulgados nas publicações de patente WO 2006/085759 A1 e WO 2007/001174 A1, às quais divulgações adicionais são referidas. Um removedor de areia em linha é disposto de maneira vantajosa no conjunto se o fluxo multifásico for esperado conter areia. Areia separada pode, como um exemplo, ser transportada para um recipiente adequado para substituição periódica, ou ser conduzida ao lado de aspiração de uma bomba, desde que a quantidade de areia seja capaz de ser manipulada pela bomba. O removedor de areia em linha é vantajosamente conectado à saída para principalmente líquido a partir do separador de fase. Contudo, o removedor de areia em linha pode ser disposto em outros locais no trajeto de fluxo para líquido, preferivelmente em conexão com o pelo menos um separador de conduto.
[0013] Preferivelmente o desgaseificador opcional em linha compreende uma câmara de separação tubular que tem uma extremidade de montante aonde o fluxo fluido (principalmente líquido) conduzido para dentro por um elemento de giro na extremidade de montante é colocado em rotação e separado para uma fração mais
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7/11 pesada que é principalmente coletada ao longo da parede do conduto interior da câmara de separação e retirado através de uma saída na extremidade de jusante da câmara de separação, e uma fração mais leve que é principalmente coletada ao longo do eixo longitudinal da câmara de separação, a partir de onde um conduto de saída é disposto para suprir a fração mais leve. O desgaseificador pode, preferivelmente, ser disposto no trajeto de fluxo para líquido, mais preferivelmente em ou conectado ao separador de conduto opcionalmente adicional à jusante do pelo menos um separador de conduto, e com suprimento de gás separado para a saída de gás a partir do conjunto e suprimento de líquido ainda no trajeto de fluxo para líquido. Desgaseificadores preferidos estão divulgados nas publicações de patente WO 01/00296 e WO 2004/080565, às quais divulgações mais detalhadas são referidas.
[0014] O conjunto de acordo com a invenção é preferivelmente uma instalação submarina para separação disposta no fundo do mar junto a poços submarinos de produção, para produção de hidrocarbonetos, com suprimento adicional de líquido e gás para um sistema submarino de produção e transporte. Opcionalmente uma, ambas, ou mais fases separadas podem ser supridas para outras finalidades, por exemplo, injeção. Em adição, o conjunto de acordo com a invenção pode, contudo, ser aplicado em instalação de processo em plataformas ou em terra, ou em sistemas de transporte em terra.
[0015] O projeto do conjunto de acordo com a invenção é ajustado para os requisitos reais de separação. Contudo, o conjunto compreende, em qualquer caso, componentes que são definidos na reivindicação 1 e interconectados como definido na reivindicação 1. Os componentes possíveis fornecem efeito de separação adicional. O número de seções de conduto nos respectivos separadores de condutos pode ser ajustado de forma bastante livre, e mais conjuntos, ou componentes no conjunto, podem ser conectados em paralelo, e em alternativa, em série.
[0016] O conjunto de acordo com a invenção, em particular para aplicação submarina, é vantajosamente construído de tal maneira que substituição remota de
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8/11 unidades de equipamento é factível. Cada unidade de equipamento isolado no conjunto pode, preferivelmente, ser desconectada com a ajuda de um ROV (navio submarino controlado de maneira remota) e ser levantado com um guindaste convencional, ou um navio de intervenção convencional, de tal maneira que substituição e reparo podem ser realizados separadamente nas unidades individuais de equipamento. Válvulas de isolamento são preferivelmente dispostas entre as unidades de equipamento onde ditas válvulas são operacionais de maneira remota por meio de ROV, ou de outras maneiras.
[0017] Figuras [0018] A presente invenção está ilustrada por três figuras, de maneira mais precisa:
[0019] A figura 1 que ilustra um conjunto de acordo com a invenção, [0020] A figura 2 que é um desenho isométrico 3D para um conjunto de acordo com a invenção, e [0021] A figura 3 que mostra uma vista lateral da figura 2.
[0022] Descrição detalhada [0023] Referência é feita à figura 1 que ilustra um conjunto de acordo com a invenção. Para o conjunto 1, um tubo 2 é previsto para entrada de um fluxo multifásico.
[0024] O conjunto compreende um separador de fase 3, que recebe o fluxo multifásico para sua separação grosseira em um fluxo principalmente gasoso e um fluxo que contém principalmente líquido. O fluxo principalmente gasoso é guiado a partir do separador de fase através de um tubo até um extrator de líquido 4. O fluxo de estado principalmente líquido, a partir do separador de fase, é guiado até um primeiro separador de conduto 5 que tem uma inclinação/declive decrescente através de toda a parte do comprimento, e na extremidade inferior que se situa baixa, uma bomba controlada em nível 6 é instalada, controlada pelo nível de líquido no separador de conduto, para suprimento do líquido através de uma saída de líquido 6b, a partir do conjunto uma saída de gás 7 é disposta, na qual o gás é recebido a partir do extrator de líquido 4 e qualquer gás adicional separado do
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9/11 conjunto. Na modalidade ilustrada, uma válvula SIPPS 8 é disposta na entrada. Uma saída para principalmente líquido 9 a partir do extrator de líquido está ainda ilustrada, cuja saída é guiada para o interior do separador de conduto 5, preferivelmente em um ejetor (não ilustrado) disposto com conexão ao separador de conduto. Na modalidade ilustrada também é disposto um removedor de areia em linha 10 entre a saída para principalmente líquido a partir do separador de fase 3 e o separador de conduto 5. Com isto, areia pode ser capturada/ retirada como indicado pela seta S. Um (segundo) separador de conduto adicional 11 está também ilustrado conectado ao separador de conduto e disposto com inclinação na direção de fluxo, um desgaseificador em linha 12 disposto na parte inferior do separador de conduto adicional e com uma saída de líquido adicional 13. Gás separado do desgaseificador em linha 12 é guiado através de um tubo 14 até a saída de gás a partir do conjunto. A saída adicional de líquido pode, tipicamente, ser uma saída para água. A inclinação no separador de conduto e no separador de conduto adicional, ou uma parte desta, é preferivelmente tal que o controle de nível da bomba ou uma válvula de controle, fluxo e separação natural são suportados. A inclinação pode, como um exemplo, ser o 1 °. Contudo, ela pode ser consideravelmente mais elevada, por exemplo, 5 °, 10 °, 30 ° ou mesmo 90 °. Para cada aplicação uma avaliação da inclinação adequada é realizada.
[0025] A figura 2 é um desenho isométrico 3D de um conjunto de acordo com a invenção, onde componentes correspondentes de equipamento como na figura 1, recebem números de referência correspondentes. Um terceiro separador de conduto 15 está também ilustrado na figura 2, disposto entre o separador de fase 3 e o extrator de líquido 4, de modo que gás é fornecido/distribuído através de pelo menos um tubo a partir do terceiro separador de conduto 15 para o extrator de líquido 4, e líquido é suprido/distribuído através de pelo menos um tubo a partir do terceiro separador de conduto 15 para o pelo menos um (primeiro) separador de conduto 5. Na modalidade ilustrada existem dois extrator de líquidos 4 dispostos em paralelo, que recebem gás através de tubos respectivos a partir do terceiro separador de conduto.
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10/11 [0026] A figura 3 mostra uma vista lateral da figura 2. 6b ilustra uma saída de óleo, enquanto 13 ilustra uma saída de água. A saída de gás 7 está localizada para a direita na figura.
[0027] Exemplos [0028] Efeito técnico da invenção está mais bem ilustrado a título de exemplo. Um conjunto de acordo com a invenção, que é aplicado para um dado requisito de separação em uma profundidade de oceano de cerca de 400 m, poderia corresponder a um peso de cerca de 900 toneladas de bombas e ter um volume líquido de 200 m2, tudo construído como uma unidade ou conjunto com unidades de equipamento controladas de maneira remota, substituíveis. Uma instalação de separação convencional, com o efeito de separação correspondente, é avaliada pesar cerca de 2200 toneladas. Com o conjunto de acordo com a invenção, o peso é reduzido para menos de metade comparado a uma instalação convencional. Em adição, as unidades individuais de equipamento no conjunto podem ser manipuladas separadamente e substituídas em uma maneira consideravelmente melhor.
[0029] Em campo de mar profundo, com profundidades de oceano de cerca de 1400 m, é avaliado que um conjunto de acordo com a invenção pesando 1200 toneladas terá um volume líquido de 400 m3. Um conjunto de separação convencional com peso idêntico poderia ter um volume líquido de 65 m3 e classificado para aplicação em profundidade de oceano de 200 m. Este conjunto convencional está instalado no campo Tordis. Aplicação de conjuntos de separação convencionais em profundidades oceânicas profundas poderia provocar peso muito elevado para possibilitar manipulação conveniente. Construindo todos os elementos de acordo com o código de condutos economias em peso são alcançadas, possibilidades mais preferíveis para proteção de sobrepressão (válvulas SIPPSHIPPS podem ser aplicadas, sistemas extensos de fechamento em emergência são evitados, e no caso de aplicações acima do nível d'água queima é evitada), demandas mais simples relativas a resistência de pressão de colapso e documentação mais fácil. Condutos componentes típicos ou seções podem ter um diâmetro de 1,27 m (50 polegadas) e comprimento de, por exemplo, 12 m. Contudo,
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11/11 hoje é possível produzir condutos de até 2,54 m (100 polegadas) em diâmetro, na forma de condutos moldados de 5 m de comprimento.
[0030] O conjunto de acordo com a invenção não tem limitações particulares com relação à quantidade de líquido presente na fase gás. A aplicação típica são sistemas submarinos de transporte, principalmente transporte de gás, porém onde quantidade considerável de líquido pode estar presente de maneira periódica.