DE3633379C2

DE3633379C2 -

Info

Publication number: DE3633379C2
Application number: DE3633379A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr. 7500 Karlsruhe De Reimann; Hans-Joerg 7519 Gondelsheim De Brinkmann
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1989-03-16
Also published as: NO874073D0; FR2604639A1; CA1314492C; NL8702142A; GB2197221A; GB8722523D0; GB2197221B; FR2604639B1; NO874073L; NO166520C; NO166520B; US4746335A; DE3633379A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entgaser, wie er im Patentanspruch 1 bezeichnet ist.

Gas-Flüssigkeits- bzw. Dampfflüssigkeitsströmungen in Rohren treten bei vielen technischen Anwendungen sehr häufig auf. In den meisten Fällen ist es von großem Vor teil, den Gas- bzw. Dampfanteil wesentlich zu verringern. Beispiele dafür sind:

a) Rohölförderung:
Hier ist im geförderten Öl meist ein unerwünschter Anteil an Erdgas enthalten, der den Rohrleitungsdruckverlust und damit die Förderleistung wesentlich erhöht. Außer dem können bei Schwallströmung hohe mechanische Be lastungen der Rohrleitungen auftreten, die zum Versagen führen können. Besonders unerwünscht ist die Schwall strömung am Ende einer Ölpipeline, die von der Ölquelle zur Offshore- oder Onshore-Anlage führt. Zur Vermeidung der Schwallströmung in nachfolgenden Anlagekomponenten werden bisher sog. Schwallfänger eingesetzt, deren Ab messungen außerordentlich groß sind.
b) Verdampfer:
Bei der Verdampfung von Flüssigkeiten ist bei kleinen Dampfgehalten (Blasenströmung) der Wärmeübergang sehr viel besser als bei hohen Dampfgehalten (Ringströmung). Durch Einbau einer Vorrichtung, die den Dampfgehalt herab setzt, kann somit die benötigte Heizfläche sowie die Pump leistung verringert und damit der Wirkungsgrad der An lage vergrößert werden.

Konventionelle Gas-Flüssigkeitsseparatoren wie Zyklone, Behälter mit großer Oberfläche etc. erfordern ein großes Bauvolumen und damit hohe Kosten.

Aus der DE-PS 34 19 159 ist ein Entgaser bekannt, der ein Rohrteilstück und einen darüber angeordneten Behälter auf weist, wobei der Behälter mit dem Rohrteilstück über ein Abzweigrohr verbunden ist.

Ein weiterer Entgaser ist aus der DE-PS 4 52 265 bekannt, bei dem über einem Rohrteilstück ein Behälter mittels einem senkrecht nach oben gerichteten Abzweigstutzen angeschlossen ist und in der Wandung des Rohrteilstückes eine Öffnung vorhanden ist, die den unteren Innenraum des Behälters mit dem dem Innenraum des Rohrteilstückes verbindet. Der Entgaser arbeitet im Bypass zu einer offenen Oberfläche.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen Ent gaser dieser Art weiter zu verbessern, indem die Bauweise vereinfacht und der Gastrennungswirkungsgrad wesentlich ge steigert werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung die Merkmale vor, die im Patentanspruch 1 aufgeführt sind. Weitere vorteilhafte Merkmale, die die Lösung der Aufgaben stellung unterstützen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein auf diese Weise erfindungsgemäß ausgeführter Entgaser bzw. Trennapparat ist vorteilhafterweise sehr kompakt, besitzt keine beweglichen Teile benötigt auch keine Energiezufuhr. Er kann einfach in eine Rohrleitung eingebaut werden, verursacht keinen merklichen Druckverlust und weist einen gegenüber den bekannten Apparaten wesentlich gesteigerten Gasabtrennungswirkungsgrad bei erheblich ver einfachter Bauweise auf.

Die Umlenkung der Strömung erfolgt auf einfachste Weise in einem Abzweig durch die aufgeprägte Druckdifferenz. Dadurch erfolgt eine ausgezeichnete Phasenseparation mit vom Abzweig getrennter Wasserrückführung. Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Entgasers zeigen sich in der Verringerung des Druckverlustes in der Rohrleitung, der Verhinderung von Schwallströmungen sowie die Verkleinerung der Wärmetauscherfläche in Verdampfern, sofern der Ent gaser in einer Wasserdampfströmung eingesetzt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen die

Fig. 1 einen prinzipiellen Seitenschnitt des Entgasers, die

Fig. 2 den Schnitt AA in der Fig. 1 und die

Fig. 3 den Schnitt BB in der Fig. 2, sowie die

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht mit aufgebrochener Seitenwand und die

Fig. 5 Kennlinien des Entgasers in einstufiger Ausführung bei einer Luft/Wasserströmung (p=4 bar, D=50 mm).

Der Entgaser besteht gemäß der Fig. 1 aus einem Gehäuse 1, das im wesentlichen oberhalb der die Gas-Flüssigkeitsströmung 3 führenden waagerechten Lei tung 2 angeordnet ist und von ihr in seinem unteren Bereich durchsetzt wird. Das Gehäuse 1 wird in die Rohrleitung 2 eingeflanscht, wobei das im Inneren des Gehäuses 1 anschließende Rohrteilstück 4 zweckmäßigerweise quadratischen Querschnitt aufweist, dessen Kantenlänge etwa gleich dem Durchmesser der Leitung 2 sein sollte. Auf dem Rohrteilstück 4 sitzt im hinteren Teil 5 des Gehäuses, in Strömungsrichtung gesehen, ein senkrecht nach oben ragender Abzweigstutzen 6, der ebenfalls den quadratischen Querschnitt des Rohrteilstückes 4 aufweisen kann und dessen Höhe etwa dreimal der Kantenlänge ist. Der Querschnitt des Gehäuses 1 ist dabei größer als der Querschnitt des Abzweig stutzens 6. Der Abzweigstutzen 6 weist eine obere Öffnung 7 auf, durch welche der in dem Stutzen 6 nach oben strömende bzw. gerissene Strömungsanteil 8 in den oberen Innenraumteil 9 des Gehäuses 1 gelangt. Dabei wirkt der gewölbte Deckel 10 des Gehäuses 1 als Prall- bzw. Umlenkblech für die Strömung 8, deren Flüssigkeitsanteil in Richtung der Abwärtsströmung 11 an den Seitenwänden 12 und 13 des Gehäuses zum Flüssigkeits spiegel 11 zurückgeleitet wird (siehe Fig. 2). Der Gasanteil 15 gelangt zum Gasauslaßrohr 16.

Im unteren Bereich des Rohrteilstückes 4 sind innerhalb des unteren Innenraumteiles 17 vom Gehäuse 1 mehrere seitliche Öffnungen 18 vorhanden, die auch als Injektoren ausgebildet sein können und durch welche die Rückströmung 19 aus dem unteren Innenraumteil 17 in das Rohrteilstück 4 und damit in die Strömung 3 erfolgt. Die Injektoren können aus Führungs blechen 20 im Rohrteilstück 4 an den Innenseiten der Öffnungen 18 bestehen. Die Öffnungen liegen vorteilhafter weise etwa in Höhe des Abzweigrohres 6 oder etwas weiter vorher, in Strömungsrichtung gesehen, es können 1, 2 oder mehrere Öffnungen 18 sein.

Auf dem Flüssigkeitsspiegel 14 schwimmt ein Schwimmer 21, auf welchem ein Ventilkopf 22 befestigt ist. Der Ventil kopf 22 verschließt bei bestimmter Höhe des Flüssigkeits spiegels 14 das durch die Behälterwand nach außen führende Gasauslaßrohr 16. Zwischen dem Stutzen 6 und dem Gasauslaßrohr 16 ist im oberen Innenraumteil 9 noch ein Tropfenabscheider 23 eingesetzt, der das Mitreißen von Flüssigkeitströpfchen in den Auslaß 16 verhindert.

Die Wirkungsweise des Entgasers beruht nun auf folgenden Mechanismen:

Im oberen Innenraum 9 des Behälters 1 wird mit Hilfe des Austrittsrohres 16 und dem sich daran anschließenden Rohrsystem ein kleinerer Druck eingestellt als in der Leitung 2 bzw. im Rohrteilstück 4 herrscht. Dadurch wird ein Teil des Flüssigkeits-Gasgemisches in den Abzweig stutzen 6 umgelenkt. Dabei ist aufgrund

a) der unterschiedlichen Dichten der Phasen (Massenträgheit)
b) einer bei den meisten technischen Anwendungen vorhandenen gewissen Schichtung der Phasen in der Zuströmung 3 der in den Abzweigstutzen gelangende Gasmassenanteil X ₃ größer als der Gasmassenanteil X ₁ der Zuströmung 3, jeweils beispielsweise in Prozent betrachtet.

Flüssigkeit und Gas werden oberhalb des Stutzen 6 grob ge trennt, im Gas noch verbleibende Tröpfchen werden im Tropfen abscheider 23 abgetrennt. Das Gas verläßt den Behälter durch das Gasauslaßrohr 16. Die Flüssigkeit strömt nach unten in Richtung 11 und sammelt sich im unteren Bereich des Innen raumteiles 17 im Behälter 1. Die Menge der durch den Ab zweigstutzen 6 ausströmenden Flüssigkeit 8 wird durch den Schwimmer 21 auf den Wert geregelt, daß der Flüssigkeits spiegel 14 ungefähr gleich hoch ist wie die Austrittskante der Öffnung 7 des Stutzens 6. Bei erhöhtem Flüssigkeits anfall schließt der Ventilkopf 22, der Unterdruck im Innen raum 9 wird damit geringer, so daß daraufhin weniger Flüssig keit durch den Abzweigstutzen 6 strömt. Bei geringerem Flüssigkeitsanfall öffnet der Ventilkopf 22 entsprechend. Anstelle der Höhenstandsregelung mit Hilfe eines Schwimmer ventils kann auch eine Regelung verwendet werden mit Messung des Höhenstandes des Flüssigkeitsspiegels und einem Regel ventil weit stromab in der Gasleitung.

Die hydrostatische Höhe des Flüssigkeitsspiegels ist die wesentliche treibende Kraft für die Rückführung der aus getretenen Flüssigkeit in das waagerechte Rohrteilstück 3. Die Rückführung erfolgt durch die Öffnungen 18 und wird gefördert durch geeignete Ausbildung derselben z.B. als Injektoren. Seitliche Anordnung der Rückführungsöffnungen 18 bis zum tiefsten Punkt des Gehäuses 1 bzw. seines unteren Innenraumteiles 17 ist vorteilhaft, um in dem Gehäuse Ablagerungen zu vermeiden, z.B. Sand, der über den Anzweig stutzen ausgetragen wird, wird auf diese Art wieder ins Rohrteilstück 4 bzw. die Hauptströmung 3 zurückgeführt.

Die Fig. 5 zeigt aus Messungen einer Luft-Wasser-Strömung vom Druck p ₁= 4 bar, extrapolierte Kennlinien eines einstufig ausgeführten Apparates:

Eingezeichnet sind Linien mit konstantem Verhältnis von abgeschiedenen Gasmassenstrom m _sep zu zuströmendem Gasmassen strom m ₁. Die Kennlinien zeigen, daß der Apparat selbst bei disperser Blasenströmung noch Abscheidewirkungsgrade von 60% besitzt. Im technisch sehr viel interessanteren Bereich der Schwallströmung (v _sl< 4 m/s) und Wellenströmung (v _sl< 0,25 m/s) steigt der Wirkungsgrad stark an.

Die wesentlichen Merkmale des neuen Entgasers bestehen nun im folgenden:

Einem in die Rohrleitung 1 einschaltbaren Rohrteilstück 4, wobei über diesem Rohrteilstück 4 ein Behälter bzw. Gehäuse 1 mit größerem Querschnitt als das Rohrteilstück 4 mittels einem senkrecht nach oben gerichteten Abzweigstutzens 6 angeschlossen ist und die über den Abzweigstutzen 6 in den Behälter 1 ge langende Flüssigkeit wieder in die Rohrleitung 2 zurückge führt wird. In der Wandung des Rohrteilstückes 4 sind Öffnungen 18 vorhanden, die den unteren Innenraumteil 17 des Gehäuses 1 mit dem Innenraum des Rohrteilstückes 4 verbinden und die Oberseite des Gehäuses 1 ist in Abstand über der Öffnung 7 bzw. Mündung des Abzweigstutzens 6 als gewölbter Deckel 10 ausgebildet. Das Rohrteilstück 4 ist direkt über dem Boden 24 des Gehäuses 1 gelegen und die Öffnungen 18 sind am unteren Rand der Wandung des Rohrteilstückes 4 direkt über dem Ge häuseboden 24 angeordnet. Sie werden, in Strömungsrichtung gesehen, unter dem Abzweigrohr 6 und/oder vor diesem positio niert.

Bezugszeichenliste:

1 Gehäuse, Behälter
2 Leitung
3 Gas/Flüssigkeitsströmung
4 Rohrteilstück
5 hinterer Gehäuseteil
6 Abzweigstutzen
7 obere Öffnung
8 Strömungsanteil
9 oberer Innenraumteil
10 Deckel
11 Abwärtsströmung
12 Seitenwand
13 Seitenwand
14 Flüssigkeitsspiegel
15 Gasanteil
16 Gasauslaßrohr
17 unterer Innenraumteil
18 Öffnungen
19 Rückströmung
20 Führungsbleche
21 Schwimmer
22 Ventilkopf
23 Tropfenabscheider
24 Gehäuseboden

Claims

1. Entgaser zum Abtrennen von Gasen oder Dämpfen aus Gas/ Flüssigkeits- bzw. Dampf/Flüssigkeitsströmungen in Rohr leitungen mit:

a) einem in diese einschaltbaren Rohrteilstück (4), wobei
b) über diesem Rohrteilstück (4) ein Gehäuse (1) mit größerem Querschnitt als das Rohrteilstück (4) mittels einem senkrecht nach oben gerichteten Abzweigungsstutzen (6) angeschlossen ist und
c) in der Wandung des Rohrteilstückes (4) Öffnungen (18) vorhanden sind, die den unteren Innenraumteil (17) des Gehäuses (1) mit dem Innenraum des Rohrteilstückes (4) verbinden um über den Abzweigstutzen (6) in den Behälter (1) gelangende Flüssigkeit wieder in die Rohrleitung (2) zurückzuführen, wobei
d) die Öffnungen (18), in Strömungsrichtung gesehen, unter dem Abzweigrohr (6) und/oder vor diesem positioniert sind und
e) die Oberseite des Gehäuses (1) in Abstand über der Öffnung (7) bzw. Mündung des Abzweigstutzens (6) als gewölbter Deckel (10) ausgebildet ist.

2. Entgaser nach Anspruch 1, bei dem

f) das Rohrteilstück (4) direkt über dem Boden (24) des Gehäuses (1) gelegen ist und
g) die Öffnungen (18) am unteren Rand der Wandung des Rohrteilstückes (4) direkt über dem Gehäuseboden (24) angeordnet sind.

3. Entgaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem

h) ein Schwimmer (21) vorgesehen ist, der mit seinem Ventilkopf (22) das Gasauslaßrohr (16) je nach Höhe des Flüssigkeitsspiegels (14) abdichtet und bei dem
i) sich im oberen Innenraumteil (9) des Gehäuses (1) ein Tropfenabscheider (13) zwischen Gasauslaßrohr (16) und oberer Öffnung (7) des Abzweigstutzens (6) be findet, der sich vom Deckel (10) bis in den Flüssigkeitsspiegel (14) erstreckt.