DK166195B - Fremgangsmaade til homogenisering af et fluidum, der foeres igennem en roerledning - Google Patents

Description

DK 166195 B

Opfindelsen angår et arrangement til homogenisering af et fluidum, der føres igennem en rørledning, og som omfatter to ikke-sammenblandelige faser, hvoraf den ene kan dispergeres i den anden, som er kontinuert.

5 Opfindelsen finder anvendelse, når disse to ikke-sammenblandelige faser har indbyrdes forskellige vægtfyldeværdier. Der kan eksempelvis være tale om homogenisering af en blanding af olie og vand i en vandret transportrørledning, hvor vand er den dispergerbare fase.

10 Ofte vil den dispergerbare fase i et sådant fluidum forekomme som "pakker" eller klumper, der samler sig forneden i fluidet. Homogeniseringen har til formål at forstøve sådanne klumper til dråber, navnlig for at muliggøre en korrekt måling af blandingens vandindhold.

15 En sådan måling foretages sædvanligvis på prø ver, der periodisk og automatisk tages fra rørledningen og for at sikre, at den på prøverne foretagne måling repræsenterer kompositionen af den samlede fluidmængde (ladning), er det nødvendigt at have et homogent flui-20 dum, jf. normen ISO 3171. Bestanddelene til en sådan blanding har imidlertid en naturlig tendens til at skille sig fra hinanden, specielt når der er lav strømningshastighed, eksempelvis mindre end 1 m/s. Det er derfor nødvendigt at anvende et homogeniseringsarrange-25 ment opstrøms for det sted, hvorfra prøverne aftages. Endvidere har størrelsen af dråberne af dispergeret fase betydning for målingen. I tilfælde af en olierørledning, der også transporterer vand, skal den blanding, der når frem til måleudstyret, bestå af olie, der 30 indeholder flere dråber vand pr. cm3 af blanding, med en dråbediameter på maksimalt mellem 2 og 0,5 mm.

En homogenisering kan i øvrigt være nyttig i følgende tilfælde: - når en rørledning transporterer et flerfaset 35 fluidum, hvis faser eksempelvis under tyngdekraftens påvirkning har tendens til at skille sig fra hinanden,

DK 166195 B

2 og når denne adskillelse er generende for driften eller fører til unormale slid- eller korrosionspåvirkninger på rørene, - opstrøms for det sted, hvor der er tilkoblet 5 en sekundær rørledning, der forsyner en forbruger med det .transporterede fluidum, eftersom forbrugeren skal modtage et produkt med korrekte proportioner mellem de to faser, - når man on-line og i tilknytning til frem-10 stilling af et produkt ønsker at sammenblande to væskeformige bestanddele.

Fra eksempelvis GB patent nr. 2.030.963 og EP patent nr. 0060634 kender man diverse arrangementer til homogenisering af et fluidum, der transporteres i en 15 rørledning.

Fremgangsmåden ifølge EP patent nr. 0060634 indbefatter følgende operationer, der hvad angår nogle af deres funktioner er fælles for den kendte fremgangsmåde og for fremgangsmåden ifølge opfindelsen: 20 - udsugning af en mindre del af det strømmende fluidum, der føres igennem rørledningen, - ved hjælp af en cirkulationspumpe, der er anbragt ved udtagsrørets udgang, sættes det udtagne fluidum under tryk, 25 - det således trykpåvirkede fluidum tilføres indsprøjtningsdyser således, at der i rørledningen frembringes tværgående stråler, der fremkalder hvirvelstrømme.

Denne kendte fremgangsmåde er specielt beregnet 30 til homogenisering af blandingen ved omrøring. Den er specielt anvendelig ved transport af olie iblandet vand. Med denne fremgangsmåde kan der opnås en vis homogenisering, men den udviser følgende ulemper: - cirkulationspumpen skal have høj effekt, navn-35 lig fordi det er nødvendigt at indsprøjte en mængde, der repræsenterer en relativ stor andel af den totale

DK 166195 B

3 strømningsmængde for at sikre en tilstrækkelig sammenblanding, - der gives ikke mulighed for at dissociere den dispergerbare fase i dråber af veldefinerede og til- 5 strækkelig små dimensioner, hvorfor der ingen sikkerhed er mod en dekantering eller en efterfølgende alt for hurtig sammenvoksning af dråberne af den dispergerede fase og dermed ingen sikkerhed mod en fejlbehæftet måling af prøverne.

10 Opfindelsen giver anvisning på en fremgangsmåde, som sikrer en god homogenisering og/eller gør det muligt at nedsætte den fornødne pumpeeffekt.

Opfindelsen tilsigter iøvrigt at opnå disse resultater uden at det dertil anvendte udstyr optager for 15 meget plads i længderetningen.

Med henblik herpå er en fremgangsmåde til homogenisering af et fluidum, der føres igennem en rørledning, og som består af to ikke-sammenblandelige faser, hvoraf den ene kan dispergeres i form af klumper eller 20 dråber i den anden, som er kontinuert, hvilken fremgangsmåde omfatter følgende trin: - der foretages indsugning og trykpåvirkning af en del af det strømmende fluidum, der skal homogeniseres, 25 - og det fluidum, der således sættes under tryk tilføres indsprøjtningsdyser, således at der i rørledningen frembringes tilsvarende tværgående stråler, der fremkalder hvirvelstrømme, ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at i det mindste nogle af indsprøjtnings-30 dyserne, der udgør forstøvningsdyser opstilles således, at de tilsvarende stråler, der udgør forstøvningsstråler, forløber som stavene til et gitter, der spærrer rørledningen og tvinger enhver ankommende klump af dis-pergerbar fase til at passere forbi stavene i en af-35 stand derfra, mindre end én fjerdedel af rørledningens diameter, og at hver enkelt stav fra den pågældende dy-

DK 166195B

4 se at regne har en længde væsentlig mindre end rørledningens diameter, således at den pågældende forstøvningsstråle frem til enden af stavene bibeholder en tilstrækkelig hastighed til forstøvning af nævnte, i 5 kort afstand forbipasserende klump.

Hensigtsmæssige foranstaltninger fremgår af de tilhørende underkrav.

Den forbedrede homogenisering kan udtrykkes på to måder: 10 - dråberne af dispergeret fase har mindre stør relse, - de således frembragte små dråber dispergeres godt, og deres antal pr. cm3 af blanding er relativt konstant. Reduktionen af pumpeeffekten beror på det 15 forhold, at den fra cirkulationspumpen påkrævede effekt ikke er væsentligt større end den fornødne effekt til drift af de kendte arrangementer, idet enhver klump af dispergerbar fase bringes til at passere forbi forstøvningsstrålen i kort afstand derfra.

20 Valget af de angivne foranstaltninger beror navnlig på følgende betragtninger:

For at dissociere en fase i dråber af kendte dimensioner er det kendt, at der skal anvendes en energi E pr. volumenenhed af produktet, og at dråbernes dia-25 meter d er en dirkete funktion af E. En stråle, der munder ud i et væskeformigt miljø, afgiver pr. volumenenhed transporteret af strålen en effekt, som er funktion af strålens hastighed V og strålens diameter D. Cirkulationspumpens effekt samt rørenes og dysernes 30 karakteristika skal derfor vælges således, at man for strålen opnår sådanne værdier af V og D, at de dråber, der dannes af den dispergerede fase, har den ønskede diameter eller en mindre diameter.

Den pr. volumenenhed afgivne energi og dermed 35 dissociationseffektiviteten forøges, hvis man anvender sammenløbende stråler eller stråler, der brutalt standses af en fast forhindring.

DK 166195B

5

Det er vigtigt, at den i nærheden af forstøvningsstrålerne afgivne energi berører de to faser: hvis strålen kun indeholder én fase i det øjeblik, den indsprøjtes i rørledningen, kunne en del af strålens ener-5 gi optages i en fase uden indvirkning på dissociationen i dråber. En intern sammenblanding ved udsugning i en beriget zone er derfor nyttig forud for indsprøjtningen af strålen, hvilket også gælder for en fordispergering af den dispergerbare fase.

10 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende un der henvisning til den skematiske tegning, hvor der for de samme bestanddele er anvendt de samme henvisningsbetegnelser, og hvor fig. 1 viser et arrangement ifølge opfindelsen i 15 et snitplan, der indeholder transportørledningens akse, og fig. 2 et snitbillede langs snitlinien II-II i fig. 1, dvs. i et plan vinkelret på transportørledningens akse.

20 Det beskrevne arrangement til homogenisering af et fluidum er anvendeligt i det tilfælde, hvor der transporteres en blanding af mineralsk olie og vand.

Et udtagsrør 4 suger en del af det fluidum, som skal homogeniseres, og som transporteres i en rør-25 ledning 2, som er cylindrisk og har vandret akse l.

En ikke vist motor driver en cirkulationspumpe 6, hvormed det opsugede fluidum sættes under tryk. Et indsprøjtningsrør fører dette fluidum under tryk tilbage til transportrørledningen. Dette rør omfatter et rør-30 stykke 8, der udgår fra pumpen 6, to indsprøjtningskranse 10 og 12, der er anbragt i det indre af rørledningen 2 og koaksialt med denne, et indsprøjtningsrør 14 opstrøms for disse to kranse, samt rør 16 og 18, der fra den ydre krans 10 fører til den indre 35 krans 12 og til røret 14. Dette rør fødes direkte fra rørstykket 8. Det har den maksimale diameter,

DK 166195B

6 hvormed det nemt kan placeres i det indre af rørledningen 2. Den indre krans 12 er placeret lidt ned-strøms for den ydre krans, og den har en diameter på tilnærmelsesvis det halve af den ydre krans. Disse to 5 kranse bærer forstøvningsdyser 20, 22, 24. Røret 14 strækker sig over en koaksial cirkelbue i den nederste del af rørledningen 2 og bærer forblandingsdyser 26.

Indgangen 4a til udtagsrøret 4 befinder sig forneden i rørledningen 2 opstrøms for kransene 10, 10 12 og for røret 14, og den omfatter et ledeorgan 4b.

Hvis rørledningen 2 eksempelvis har en diameter på 76 cm og transporterer mineralsk olie med gennemsnitlig viskositet på 0,1 Poise, iblandet en mindre 15 mængde vand på ca. 10%, kan hver dyse eksempelvis have en diameter på 9 mm. Dyserne fødes under et tilstrækkeligt højt tryk i forhold til trykket i rørledningen til, at der fra dysen fås en udgangshastighed på 15-20 m pr. sekund.

20 På den ydre krans 12 er der tyve dyser, og på den indre krans er der også tyve dyser 22, således at dyserne står parvis over for hinanden. Desuden er den indre krans udformet med tre par indvendige dyser 24, der står over for hinanden og afgiver stråler i vandret 25 retning, vinkelret på rørledningen 2's akse.

Den ydre krans består af et buet rør med en diameter på 60 mm. Den indre krans har en yderdiameter på 40 cm og består af et rør med en diameter på 80 mm.

Der er fem forblandingsdyser.

30 Med henblik på nem udtagning og genmontering af den enhed, der består af indsprøjtningsrøret, kransene og røret 14, er indsprøjtningsrøret fastgjort til et dæksel 27 til tillukning af et inspektionshul 28, som er dannet af en rundtgående flange, der har samme 35 diameter som rørledningen, og hvis vertikale akse skærer rørledningens akse 1. Denne rørformede flange be-

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til homogenisering af et fluidum, 10 der føres gennem en rørledning, og som består af to ikke- sammenbiåndelige faser, hvoraf den ene kan dispergeres i form af klumper eller dråber i den anden, som er kontinuert, hvilken fremgangsmåde omfatter følgende trin: - der foretages indsugning og trykpåvirkning af en 15 del af det strømmende fluidum, der skal homogeniseres, - og det fluidum, der således sættes under tryk tilføres indsprøjtningsdyser (20, 22, 24, 26), således at der i rørledningen frembringes tilsvarende tværgående stråler, der fremkalder hvirvelstrømme, 20 kendetegnet ved, at i det mindste nogle af indsprøjtningsdyserne, der udgør forstøvningsdyser (20, 22, 24), opstilles således, at de tilsvarende stråler, der udgør forstøvningsstråler, forløber som stavene til et gitter, der spærrer rørledningen (2) og tvinger enhver 25 ankommende klump af dispergerbar fase til at passere forbi stavene i en afstand derfra, og at hver enkelt stav fra den pågældende dyse at regne har en længde væsentlig mindre end rørledningens diameter, således at den pågældende forstøvningsstråle frem til enden af stavene bi-30 beholder en tilstrækkelig hastighed til forstøvning af nævnte, i kort afstand forbipasserende klump.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegne t ved, at der anvendes forstøvningsdyser (20, 22, 24. med en åbningsdiameter på mellem 0,5% og 6% af rør- 35 ledningens ækvivalente hydraulikdiameter, at strålerne bibringes en udgangshastighed på mellem 5 og 60 m/s, DK 166195B 8 således at hver stråle er i stand til over længden af stavene, at bevirke effektiv forstøvning af klumperne af dispergerbar fase, og at antallet af stråler og deres fordeling over en forstøvningsflade, der indeholder git-5 teret, er således valgt, at hvert enkelt punkt på denne flade befinder sig i en afstand fra mindst én af stavene mindre end ca. 15 gange diameteren af den dyse, der danner den pågældende stav, hvorhos stavlængden er mindre end 20 gange diameteren af dysen.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2 og til brug i det tilfælde, hvor den dispergerbare fase er vand og den kontinuerte fase olie, kendetegnet ved, at der anvendes forstøvningsdyser (20, 22, 24) med en åbningsdiameter på mellem 1% og 3% af transportørled-15 ningens (2) diameter, at forstøvningsstrålerne bibringes en udgangshastighed på mellem 10 og 30 m/s, og at der anvendes ca. 10-50 stråler.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der, når rørledningen strækker sig 20. hovedsagen vandret, og når de to faser indbyrdes har forskellige vægtfyldeværdier dannes forblandingsstråler, der er rettede mod det indre af transportrørledningen (2) og opstår i en zone, der under tyngdekraftpåvirkningen beriges med den dispergerbare fase, hvilke 25 forblandingsstråler findes i et mindre antal end forstøvningsstrålerne og dannes opstrøms for disse.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kende tegnet ved, at antallet af forblandingsdyser (26) i hovedsagen er på mellem 10% og 20% af antallet af 30 forstøvningsdyser (20, 22, 24), og at indsprøjtningsdyserne er beliggende opstrøms for forstøvningsdyserne i en afstand fra disse i hovedsagen på mellem 100% og 50% af diameteren af transportrørledningen (2).

6. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kende- 35 tegnet ved, at nævnte del af det strømmende fluidum suges ud i et udtagsrør (4), hvis indgang (4a) DK 166195 B 9 befinder sig i den berigede zone, og at forblandingsstrålerne dannes nedstrøms for denne indgang for at sætte i suspension en del af den dispergerbare fase, som eventuelt ikke er blevet suget ud i udtagsrøret.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende tegnet ved, at når rørledningen strækker sig i hovedsagen vandret, og når de to faser indbyrdes har forskellige vægtfyldeværdier, suges nævnte del af strømmen ud i et udtagsrør, hvis indgang (4a) befinder 10 sig i en zone, der under tyngdekraftpåvirkningen beri-ges med den dispergerbare fase, og at i hvert fald nogle af forstøvningsstrålerne placeres således, at de standser hinanden, og at disse strålers restkraft sønderdeler de dråber af dispergeret fase, de indeholder.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at dyserne (20, 22, 24) og forstøv ningsstrålerne danner par af dyser (20, 22) og tilhørende par af stråler, hvert med to stråler, der står overfor hinanden.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende tegnet ved, at forstøvningsdyserne (20, 22, 24) forsynes fra mindst ét indsprøjtningsrør (10, 12, 16), som er anbragt i transportrørledningen (2) og består af to dele (10, 12), som er forskudt fra hinanden i rør-25 ledningens længderetning, således at der for det transporterede fluidum skabes tilstrækkeligt gennemstrømningsareal, trods indsprøjtningsrørets dimensioner i rørledningen.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 8 og 9, ken-30 detegnet ved, at forstøvningsdyserne (20, 22, 24. er monteret på og forsynes ved hjælp af to rørformede indsprøjtningskranse (10, 12), der udgør nævnte to dele af indsprøjtningsrøret (8, 10, 12, 14, 16, 18), og som er anbragt koaksialt i rørledningen (2), nemlig en 35 ydre krans (10) af en diameter i hovedsagen lig med rørledningens diameter og en indre krans (12) med en DK 166195B 10 diameter i hovedsagen på det halve af rørledningens diameter, at nogle af nævnte dysepar er ydre par, der hvert består af en ydre dyse (20) på den ydre krans og en indre dyse på den indre krans, og at andre af nævnte 5 par hvert består af to dyser (24) på den indre krans.