DE60310201T2 - Verfahren zur umwandlung eines gas/flüssigkeitsstromes in laminar- oder geschichteten strom - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren in Verbindung mit Leitungen zur Umwandlung von dispergierten Flüssigkeits- bzw. Gasströmen in eine Laminarströmung oder Schichtströmung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abbau von Flüssigkeitstropfen in einem Gasstrom, insbesondere in einem Gasstrom in einer Leitung oder einem Leitungsabscheider.
• Oftmals werden in Verbindung mit der Gasströmung in einer Leitung auch Tropfen von dispergierter Flüssigkeit in der Gasströmung auftreten. Insbesondere in Verbindung mit der Herstellung von Öl oder Gas oder in Einrichtungen zur Verarbeitung, z.B. der Abscheidung von Öl und Gas; bestehen Stömungsbedingungen, in denen große Flüssigkeitsmengen als dispergierte Tropfen vorhanden sein können. Aus mehreren Gründen ist es wünschenswert die Flüssigkeitstropfen in derartigen Gasströmungen abzuspalten, um reine Gas- bzw. Flüssigkeitsströme zu erhalten.
• Im Stand der Technik ist die Verwendung von so genannten Tropfenfallen zur Abspaltung von Flüssigkeitstropfen aus der Gasströmung enthalten, aber derartige Tropfenfallen bestehen aus getrennten Vorrichtungen, die an die Transportleitung angeschlossen sind und Abmessungen aufweisen, welche den Durchmesser der Transportleitungen bei weitem überschreiten. Eine derartige Tropfenfalle weist eine relativ aufwendige Ausgestaltung auf und kann nicht im Zusammenhang mit mangelndem Platz verwendet werden, oder wenn der Durchmesser der Transportleitung für das Gas bzw. die Flüssigkeit nicht stark überschritten werden kann.
• Der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung hat bereits vorher Patentanwendungen angemeldet, einschließlich der PCT/NO98/00085, welche die Abspaltung von Flüssigkeiten in Leitungen oder Wannen betrifft, z.B. die Abspaltung von Öl, Wasser und Gas aus dem Meeresboden und Bohrlöchern. Eine wesentliche Voraussetzung zum Erreichen der Abspaltung in einer Leitung oder Wanne ist das Vorhandensein einer Schichtströmung.
• Im Zusammenhang mit der Abspaltung von Öl und Gas kann ein Flüssigkeits- bzw. Gasstrom zu vielen Gelegenheiten durch das Verwenden von Leitungsabscheidern in Bohrlöchern dispergiert werden.
• Die EP-A-0210910, US-A-2506298 und US-A-2806551 beschreiben verschiedene Arten von Abscheidern bzw. Wirbelströmen zur Abspaltung von Partikeln oder Staub aus einer Flüssigkeitsströmung. Die Partikel liegen in einem einfachen Gaszustand oder einfachem Flüssigkeitszustand vor, auf Grund dessen die Schichtung der Flüssigkeit nicht stattfinden kann.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen Vorgang bereit, der die dispergierte Flüssigkeits- bzw. Gasströmung auf einfache Weise und über eine sehr kurze Distanz in eine Schichtungsströmung umwandelt. Diese Lösung ist sehr wirksam und nicht sehr aufwendig und kann leicht auf Leitungsabscheider der oben beschriebenen Anwendung angepasst werden.
• Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeits- bzw. Gasströmung in eine Leitung geleitet wird, in der ein erster Satz von stationären Lieferschaufeln angeordnet ist, um den Flüssigkeits- bzw. Gasstrom zur verwirbeln, wobei die Strömung zu einer zweiten Leitung geleitet wird, die an die erste Leitung angeschlossen ist und den gleichen oder einen anderen Durchmesser aufweist und wobei an dem Übergang zwischen der Leitung und der zweiten Leitung ein zweiter Satz Lieferschaufeln oder eine Vorrichtung angeordnet sind, um die Rotation der Gas- bzw. Flüssigkeitsströmung anzuhalten, sodass das natürliche Strömungsmuster des Gases bzw. der Flüssigkeit in der zweiten Leitung mit Hilfe der Schwerkraft auf vorbestimmte Abstände eine Schichtung erfährt, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.
• Die Unteransprüche 2 bis 5 definieren die vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung.
• Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe von Beispielen und in Bezug auf die angefügte Zeichnung näher beschrieben, die ein Diagramm einer Transportleitung 1 mit einer Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitstellt. Das besondere Merkmal der Lösung ist, dass ein Satz stationärer Lieferschaufeln 6 in der Leitung 1 zum Transport von Flüssigkeit und Gas angeordnet ist. Die Lieferschaufeln sind derart gestaltet, dass sie dispergierte Flüssigkeits- bzw. Gasströmung verwirbeln. Die Transportleitung 1 ist seinerseits an eine Leitung 2 mit einem größeren. Durchmesser angeschlossen. Ein zweiter Satz Lieferschaufeln 8 oder eine andere geeignete Vorrichtung, die zum Anhalten der Verwirbelung der Gasströmung gestaltet ist, ist an dem Übergang zwischen der Leitung 1 und der Leitung 2 mit einem größeren Durchmesser angeordnet.
• Die Lösung arbeitet wie folgt. Gas mit einem hohen Gas- bzw. Flüssigkeitsanteil strömt in die Leitung 1 und in Richtung Lieferschaufeln 6. Die Lieferschaufeln verursachen das Verwirbeln des Gases, sodass die Tropfen auf Grund der Zentrifugalkraft gegen die Leitungswand geschleudert werden, teils am Ende der Lieferschaufeln 6 und teilweise im Leitungsbereich 7 gegen den zweiten Satz von Schaufeln 8. Dabei entsteht ein Flüssigkeitsfilm in der Leitung im Bereich 7, dessen Strömungsrichtung in Richtung zweiter Satz Schaufeln 8 ist. Das Gas wird dann von den Flüssigkeitstropfen befreit, wirbelt aber so lange weiter, bis es auf die Schaufeln 8 trifft, die die entgegengesetzte Schaufelrichtung zu dem ersten Satz Schaufeln 6 aufweist. Die Verwirbelung des Gases wird hier angehalten, wobei die Flüssigkeit daraufhin auf Grund der Schwerkraft in den unteren Teil der Leitung strömt, während das Gas in den oberen Teil der Leitung strömt und so eine Schichtungsgasströmung bzw. Schichtungsflüssigkeitsströmung bildet.
• Eine entscheidende Voraussetzung für das Erhalten einer Schichtungsströmung ist, dass der Durchmesser der Leitung 3 groß genug ist, um eine erneute Dispersion zu verhindern und sicherzustellen, dass das natürliche Strömungsmuster ein Schichtungsströmungsmuster bleibt.
• Des Weiteren hängen das Verhältnis des Durchmessers der Transportleitung 1 und der Durchmesser der Leitung mit größerem Durchmesser 2, sowie die Länge der Lieferschaufeln und der Winkel derselben bezüglich der Leitung von der Strömungsgeschwindigkeit, dem Gas- bzw. Flüssigkeitsverhältnis und der Viskosität der Flüssigkeit und Dichte der Flüssigkeit ab.
• Es muss darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, nicht auf die Ausführungsform der angefügten Zeichnung und oben im Detail dargestellten Beschreibung beschränkt ist. Aus diesem Grund ist es möglich, anstelle des zweiten Satzes von Lieferschaufeln 8 eine andere Vorrichtung zu benutzen, um die Gasverwirbelung nach den Lieferschaufeln 6 anzuhalten. Eine vertikal oder horizontal perforierte Platte kann in dem Übergangsteil zwischen der Transportleitung 1 und der Leitung mit dem größeren Durchmesser 2 angeordnet und benutzt werden. Des Weiteren kann die perforierte Platte in einem Winkel bezüglich der Längsrichtung der Leitung in einer Richtung angeordnet sein, die gegen die Richtung der Lieferschaufeln der Schaufeln 6 verläuft. Obwohl die oben angeführte Beschreibung eine Lösung betrifft, bei der die zweite Leitung einen größeren Durchmesser aufweist, ist es gleichfalls möglich, bei gegebenen Strömungen und in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und Tropfendichte Lösungen zu benutzen, bei denen die zweite Leitung einen größeren oder kleineren Durchmesser als die erste Leitung (die Transportleitung) aufweist. Dies bedingt jedoch, wie oben erwähnt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gases nach der Aufspaltung der Tropfen nicht Ursache dafür ist, dass eine erneute Dispersion der Flüssigkeit stattfindet. Anderenfalls ist es möglich, in der Leitung eine Verdichtung in Form eines Venturikanals zu benutzen. Der erste Satz Lieferschaufeln 6 sollte dann im Einlass des Venturikanals angeordnet sein, sodass er von einer Stelle vor dem Einlass in den Venturikanal leicht dorthinein verlaufen.
• Die Verwendung eines Venturikanals bedeutet, dass die Geschwindigkeit gesteigert wird (durch die Verdichtung), sodass ein intensiveres Wirbelstromfeld entsteht. Der zweite Satz Lieferschaufeln 6, der die Verwirbelung anhält, wird am Auslass des Venturikanals angeordnet, wodurch die Geschwindigkeit erneut erhöht wird. Dies führt zu einer äquivalenten Flüssigkeitsspaltung und zu einer Schichtungsgasströmung bzw. Schichtungsflüssigkeitsströmung, wie das Beispiel in 1 zeigt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Umwandlung einer dispergierten Flüssigkeits- bzw. Gasströmung in eine Schichtungsströmung in Verbindung mit einem Leitungsabscheider, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeits- bzw. Gasströmung in eine Leitung (1) geleitet wird, in der ein erster Satz von stationären Lieferschaufeln (6) angeordnet ist, um die Flüssigkeits- bzw. Gasströmung zur verwirbeln, wobei die Strömung zu einer zweiten Leitung (2) geleitet wird, die an die erste Leitung (1) angeschlossen ist und den gleichen oder einen anderen Durchmesser aufweist, dass an dem Übergang zwischen der Leitung (1) und der zweiten Leitung (2) ein zweiter Satz Lieferschaufeln oder eine Vorrichtung (8) angeordnet ist, um die Verwirbelung der Gas- bzw. Flüssigkeitsströmung zu beenden, sodass das natürliche Strömungsmuster des Gases bzw. der Flüssigkeit in der zweiten Leitung (2) mit Hilfe der Schwerkraft auf vorbestimmte Abstände zu einer Schichtungsströmung wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (2) einen größeren Durchmesser als die erste Leitung (1) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Venturikanal in der Leitung (1) angeordnet ist, wobei der erste Satz Lieferschaufeln (6) am Einlass des Venturikanals und der zweite Satz Schaufeln (8) am Auslass des Venturikanals angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (8) eine perforierte Platte ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Platte (8) in einem Winkel bezüglich der Längsrichtung der Leitung (2) angeordnet ist.