EP0191485B1 - Dispositif d'homogénéisation d'un fluide transporté dans une canalisation - Google Patents

Dispositif d'homogénéisation d'un fluide transporté dans une canalisation Download PDF

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EP0191485B1
EP0191485B1 EP86101804A EP86101804A EP0191485B1 EP 0191485 B1 EP0191485 B1 EP 0191485B1 EP 86101804 A EP86101804 A EP 86101804A EP 86101804 A EP86101804 A EP 86101804A EP 0191485 B1 EP0191485 B1 EP 0191485B1
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jets
disintegrating
pipe line
diameter
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Jacques Woillez
Pierre Hayward
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NEYRTEC INDUSTRIE SA
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NEYRTEC SA
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/23—Mixing by intersecting jets

Definitions

  • the present invention relates to the homogenization of a fluid transported in a pipeline, and comprising two immiscible phases, one of which is dispersible in the other, which is continuous. It applies when these two immiscible phases have different densities.
  • Such a measurement is in fact usually done on samples taken periodically and automatically in the pipeline, and, so that the measurement made on the samples represents the composition of the entire batch of fluid (cargo), it is first necessary that this batch is homogeneous in accordance with standard ISO 3171.
  • the components of such a mixture tend to separate naturally at least when its circulation speed is small, for example less than 1 m / s.
  • a homogenization device must therefore intervene a little upstream from the point where the samples are taken.
  • the size of the droplets of the dispersed phase is of importance for the measurement.
  • the mixture arriving at the measuring device must be an oil containing several water droplets per cm3 of mixture, with a droplet diameter between 2 and 0 .5 mm at most.
  • the present invention aims to obtain improved homogenization and / or to limit the pumping power required.
  • the limitation of pumping power can be expressed by the fact that the power required from the circulation pump to obtain such an improved homogenization is not significantly greater than that necessary according to known methods.
  • the present invention aims to achieve these goals without the device used for this having a troublesome longitudinal bulk.
  • the energy dissipated per unit volume and consequently the efficiency of dissociation are increased if using concurrent jets or jets stopped abruptly by a fixed obstacle.
  • FIG. 1 represents a view of a device for implementing the method according to the invention in section through a plane passing through the axis of the transport pipe.
  • FIG. 2 shows a view of the same device in section through a plane II-II shown in Figure 1, and perpendicular to the axis of the transport pipe.
  • the homogenization device described below is applicable to a transported mixture of petroleum and water. It contains the elements previously mentioned.
  • the withdrawal pipe 4 sucks a fraction of the flow of the fluid to be homogenized in the transport pipe 2 which is cylindrical and has a horizontal axis 1.
  • the circulation pump 6 is driven by a motor not shown to pressurize the fluid thus sucked.
  • the injection line brings the pressurized fluid back into the transport pipe. It comprises a section 8 at the outlet of the pump 6, the two circular injection rings 10 and 12 arranged in the transport pipe 2, coaxial therewith, an injection ramp 14 upstream of these rings, and pipes 16 and 18 supplying the inner ring 12 and the ramp 14 from the outer ring 10. The latter is fed directly by the section 8.
  • the ring inner 12 is disposed slightly downstream of the outer ring and has an approximately half diameter. These two rings carry said spray nozzles 20, 22, 24 as previously indicated.
  • the ramp 14 extends in an arc of coaxial circle at the bottom of the pipe 2 and carries said premixing nozzles 26.
  • the inlet 4a of the withdrawal pipe 4 is at the bottom of the pipe 2 upstream of the crowns and injection ramps 10, 12 and 14 and it is provided with an inlet guide 4b.
  • each nozzle may have, for example, a diameter of 9 mm, and be supplied with a sufficiently high pressure above that in the transfer line, to provide a nozzle output speed of 15 to 20 meters per second.
  • the number of nozzles 20 of the outer ring is 12, as is the number of nozzles 22 of the inner ring opposite to the previous ones to form said outer pairs.
  • the inner ring also carries three inner pairs of nozzles 24 opposite each other, and in a common direction of horizontal jets perpendicular to the pipe 2.
  • the outer crown is formed by bending a tube with a diameter of 60 mm.
  • the inner crown has an external diameter of 40 cm and is formed from a tube with a diameter of 80 mm.
  • the number of premix nozzles is five.
  • this pipe is fixed to a cover 27 closing off a "manhole" 28 having the shape of a cylindrical tube of vertical axis cutting the axis 1 of the transport pipe, and of the same diameter.
  • This tube is made of sheet steel like this pipe, with welding along the line 30 of intersection of the two.
  • Line 8 is connected to the outlet of pump 6 by a removable connector 32.

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  • Pipeline Systems (AREA)

Description

  • La présente invention concerne l'homogénéisation d'un fluide transporté dans une canalisation, et comportant deux phases non miscibles dont l'une est dispersable dans l'autre, qui est continue. Elle s'applique lorsque ces deux phases non miscibles présentent des densités différentes. Il s'agit par exemple d'homogénéiser un mélange de pétrole et d'eau circulant dans une canalisation de transport horizontale. L'eau constitue la phase dispersable. Elle se présente souvent dans un tel fluide sous la forme de paquets qui se rassemblent en partie basse. L'homogénéisation consiste à diviser ces paquets en gouttes réparties dans le volume du fluide, ceci notamment pour permettre une mesure correcte de sa teneur en eau.
  • Une telle mesure se fait en effet habituellement sur des échantillons prélevés périodiquement et automatiquement dans la canalisaton, et, pour que la mesure effectuée sur les échantillons représente la composition de l'ensemble du lot de fluide (cargaison), il est d'abord nécessaire que ce lot soit homogène conformément à la norme ISO 3171. Or les composants d'un tel mélange tendent à se séparer naturellement au moins lorsque sa vitesse de circulation est petite, par exemple inférieure à 1 m/s. Un dispositif d'homogénéisation doit donc intervenir un peu en amont du point où les échantillons sont prélevés. Par ailleurs, la taille des gouttelettes de la phase dispersée a de l'importance pour la mesure. Dans le cas d'une conduite de pétrole transportant aussi un peu d'eau il faut que le mélange parvenant au dispositif de mesure soit un pétrole contenant plusieurs gouttelettes d'eau par cm³ de mélange, avec un diamètre de gouttelette compris entre 2 et 0,5 mm au plus.
  • Une homogénéisation peut par ailleurs être utile dans les cas suivants :
    • quand une canalisation transporte un fluide polyphasique dont les phases ont tendance à se séparer (du fait de la gravité par exemple) et que cette séparation cause une gène à l'exploitation, une usure ou une corrosion anormales des conduites,
    • en amont du point de raccordement d'une canalisation secondaire alimentant un utilisateur du fluide transporté, ceci pour que cet utilisateur reçoive un produit dont les deux phases sont dans les bonnes proportions,
    • quand on veut mélanger en ligne, à des fins de fabrication d'un produit, deux constituants liquides.
  • On connaît déjà, par exemple par les brevets britanniques n° 2.030.96 (JISKOOT Autocontrol Ltd) et européen n° 0060634 (Moore, Barrett and Redwood Ltd), divers procédés d'homogénéisation d'un fluide transporté dans une canalisation.
  • Le procédé selon le brevet européen n° 0060634 comporte les opérations suivantes qui sont communes, quant à certains de leurs effets, à ce procédé connu et au procédé selon l'invention :
    • on aspire dans une conduite de soutirage une fraction minoritaire du débit du fluide qui circule dans cette canalisation de transport
    • on pressurise le fluide ainsi aspiré (dans une pompe de circulation disposée en sortie de la conduite de soutirage),
    • et on fournit le fluide ainsi pressurisé à des buses d'injection de manière à former dans cette canalisation de transport des jets transversaux créant des tourbillons.
  • Ce procédé connu a été conçu pour réaliser l'homogénéisation par brassage du mélange. Il est notamment applicable au transport de pétrole mélangé d'eau. Il permet d'obtenir une certaine homogénéisation mais présente les inconvénients suivants :
    • d'une part la puissance de la pompe de circulation doit être élevée en raison en particulier de la nécessité d'injecter un débit représentant une fraction relativement importante du débit total pour que le brassage induit soit suffisant,
    • d'autre part il ne permet pas de dissocier la phase à disperser en gouttelettes de dimensions bien connues et suffisamment petites, ce qui ne garantit pas contre une décantation ou une coalescence ultérieures trop rapides des gouttes de la phase dispersée, ni par conséquent contre le risque de fausser la mesure par échantillonnage.
  • La présente invention a pour buts d'obtenir d'améliorer l'homogénéisation et/ou de limiter la puissance de pompage nécessaire.
  • L'amélioration de l'homégénéisation peut s'exprimer de deux manières :
    • d'une part la taille des gouttes de la phase dispersée est diminuée,
    • d'autre part les gouttes de petite taille ou gouttelettes ainsi formées sont bien dispersées et leur nombre par cm³ de mélange est relativement uniforme.
  • La limitation de puissance de pompage peut s'exprimer par le fait que la puissance demandée à la pompe de circulation pour obtenir une telle homogénéisation améliorée n'est pas sensiblement plus importante que celle nécessaire selon les procédés connus.
  • Par ailleurs la présente invention vise à atteindre ces buts sans que le dispositif utilisé pour cela présente un encombrement longitudinal gênant.
  • Ces buts sont atteints selon l'invention par le procédé tel qu'il est défini dans la revendication 1. En ce qui concerne certaines caractéristiques de mise en oeuvre préférée de ce procédé, référence est faite aux sous-revendications.
  • Ces choix sont faits notamment à partir des considérations suivantes :
       Pour dissocier une phase en gouttelettes de dimensions connues, il faut dissiper une énergie E par unité de volume du produit et le diamètre d des gouttelettes est une fonction directe de E. Or un jet qui débouche dans un milieu liquide dissipe, par unité de volume transporté par ce jet, une puissance fonction de la vitesse V du jet et de son diamètre D. La puissance de la pompe de circulation et les caractéristiques des conduits et des buses doivent donc être choisies de façon qu'on obtienne pour le jet les valeurs de V et de D telles que les gouttes formées avec la phase dspersée aient le diamètre voulu ou un diamètre plus petit.
  • Par ailleurs l'énergie dissipée par unité de volume et par suite l'efficacité de la dissociation sont accrues si on utilise des jets concourants ou des jets arrêtés brutalement par un obstacle fixe.
  • Il est important que la dissipation d'énergie au voisinage des jets de pulvérisation intéresse vraiment les deux phases : si le jet ne comportait qu'une phase, au moment de la réinjection dans la conduite, une partie de son énergie pourrait se dissiper dans une phase sans avoir d'effet sur la dissociation en gouttelettes. Un mélange interne par aspiration en zone enrichie est donc utile préalablement au débouché du jet, de même qu'une dispersion préalable de la phase dispersable.
  • A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence.
  • La figure 1 représente une vue d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention en coupe par un plan passant par l'axe de la canalisation de transport.
  • La figure 2 représente une vue du même dispositif en coupe par un plan II-II représenté sur la figure 1, et perpendiculaire à l'axe de la canalisation de transport.
  • Le dispositif d'homogénéisation décrit ci-après est applicable à un mélange transporté de pétrole et d'eau. Il comporte les éléments précédemment mentionnés.
    La conduite de soutirage 4 aspire une fraction du débit du fluide à homogénéiser dans la canalisation de transport 2 qui est cylindrique et présente un axe horizontal 1. La pompe de circulation 6 est entrainée par un moteur non représenté pour pressuriser le fluide ainsi aspiré. La conduite d'injection ramene le fluide ainsi pressurisé dans la canalsation de transport. Elle comporte un tronçon 8 en sortie de la pompe 6, les deux couronnes d'injection circulaires 10 et 12 disposées dans la canalisation de transport 2, coaxialement à celle-ci, une rampe d'injection 14 en amont de ces couronnes, et des tubulures 16 et 18 alimentant la couronne intérieure 12 et la rampe 14 à partir de la couronne extérieure 10. Cette dernière est alimentée directement par le tronçon 8. Son diamètre est le plus grand qui permette de la loger aisément dans la conduite 2. La couronne intérieure 12 est disposée un peu en aval de la couronne extérieure et présente un diamètre approximativement moitié. Ces deux couronnes portent lesdites buses de pulvérisation 20, 22, 24 comme précédemment indiqué. La rampe 14 s'étend selon un arc de cercle coaxial au bas de la canalisation 2 et porte lesdites buses de prémélange 26.
  • L'entrée 4a de la conduite de soutirage 4 est au bas de la canalisation 2 en amont des couronnes et rampes d'injection 10, 12 et 14 et elle est munie d'un guide d'entrée 4b.
  • Dans le cas d'une canalisation 2 présentant un diamètre de 76 cm et transportant un pétrole de viscosité moyenne voisine de 0,1 poise mélangé d'une faible proportion d'eau, variant par exemple autour de 10 %, chaque buse peut présenter, par exemple, un diamètre de 9 mm, et être alimentée sous une pression suffisamment élevée au-dessus de celle dans la canalisation de transfert, pour fournir une vitesse de sortie de buse de 15 à 20 mètres par seconde.
  • Le nombre de buses 20 de la couronne extérieure est de 12, de même que celui des buses 22 de la couronne intérieure opposées aux précédentes pour former lesdites paires extérieures. La couronne intérieure porte de plus trois paires intérieures de buses 24 opposées les unes aux autres, et selon une direction commune de jets horizontale et perpendiculaire à la canalisation 2.
  • La couronne extérieure est formée par incurvation d'un tube de diamètre 60 mm. La couronne intérieure présente un diamètre externe de 40 cm et est formée d'un tube de diamètre 80 mm.
  • Le nombre des buses de prémélange est cinq.
  • Pour permettre une extraction et une réinstallation facile de l'ensemble formée par la conduite d'injection avec ces couronnes et rampes, comme précédemment indiqué, cette conduite est fixée à un couvercle 27 venant obturer un "trou d'homme" 28 présentant la forme d'un tube cylindrique d'axe vertical coupant l'axe 1 de la canalisation de transport, et de même diamètre. Ce tube est constitué de tôle d'acier comme cette canalisation, avec soudure selon la ligne 30 d'intersection des deux. La conduite 8 se raccorde à la sortie de la pompe 6 par un raccord amovible 32.

Claims (10)

  1. Procédé d'homogénéisation pour homogénéiser un fluide qui circule dans une canalisation de transport et qui comporte deux phases non miscibles dont l'une est dispersable sous la forme de paquets, gouttes ou gouttelettes dans l'autre qui est continue, ce procédé comportant les opérations suivantes :
    - on aspire et pressurise une fraction du débit du fluide à homogénéiser,
    - et on fournit le fluide ainsi pressurisé à des buses d'injection (20, 22, 24, 26) de manière à former dans ladite canalisation de transport des jets transversaux correspondants créant des tourbillons,
    - ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on dispose certaines au moins desdites buses d'injection, dites buses de pulvérisation (20, 22, 24), de manière que les jets correspondants, dits jets de pulvérisation, forment les barreaux d'une grille qui barre ladite canalisation de transport (2) en forçant tout dit paquet de la phase dispersable à passer à une distance d'un de ces barreaux qui soit au plus inférieure au quart du diamètre de cette canalisation, les longueurs de ces barreaux à partir des buses de pulvérisation étant choisies sensiblement inférieures au diamètre de cette canalisation de manière que ces jets conservent jusqu'à l'extrémité de ces barreaux une vitesse suffisante pour assurer la pulvérisation d'un dit paquet passant à une telle distance.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre d'ouverture desdites buses de pulvérisation (20, 22, 24) est compris entre 0,5% et 6% du diamètre hydraulique équivalent de ladite canalisation de transport, la vitesse initiale desdits jets de pulvérisation étant comprise entre 5 et 60 m/s, de manière à permettre à ces jets de pulvériser efficacement les paquets de ladite phase dispersable sur la longueur desdits barreaux, le nombre de ces jets et leur répartition dans une surface de pulvérisation contenant ladite grille étant tels que chaque point de cette surface se trouve à une distance d'au moins un desdits barreaux inférieure à 15 fois environ le diamètre de la buse de pulvérisation correspondante, la longueur de ce barreau étant inférieure à 20 fois le diamètre de cette buse.
  3. Procédé selon la revendication 2, applicable au cas où ladite phase dispersable est de l'eau et ladite phase continue une huile et caractérisé par le fait que le diamètre d'ouverture desdites buses de pulvérisation (20, 22, 24) est compris entre 1% et 3% de celui de ladite canalisation de transport (2), la vitesse initiale desdits jets de pulvérisation étant comprise entre 10 et 30 m/s, leur nombre étant compris entre 10 et 50, environ.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lorsque ladite canalisation de transport est sensiblement horizontale et lorsque les deux dites phases ont des densités différentes, on forme des jets de prémélange dirigés vers l'intérieur de la canalisation de transport (2) en partant d'une zone enrichie par la gravité en ladite phase dispersable, ces jets étant moins nombreux que lesdits jets de pulvérisation (20, 22, 24) et étant formés en amont de ceux-ci.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le nombre desdits jets de prémélange est compris entre 10% et 20% environ de celui desdits jets de pulvérisation, ces jets de prémélange étant disposés à une distance vers l'amont desdits jets de pulvérisation comprise entre 100% et 50% environ du diamètre de la canalisation de transport (2).
  6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'on aspire ladite fraction du débit dans une conduite de soutirage (4) dont l'entrée (4a) se trouve dans ladite zone enrichie, et on forme lesdits jets de prémélange en aval de cette entrée de manière à mettre en suspension une fraction de la phase dispersable éventuellement non aspirée dans cette conduite.
  7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lorsque ladite canalisation de transport est sensiblement horizontale et lorsque les deux dites phases ont des densités différentes, on aspire ladite fraction du débit dans une conduite de soutirage dont l'entrée (4a) se trouve dans une zone enrichie par la gravité en ladite phase dispersable, et on dispose certains au moins desdits jets de pulvérisation pour être arrêtés les uns par les autres, de manière que la force subsistante de ces jets pulvérise en gouttelettes les gouttes de la phase dispersée qu'ils contiennent.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites buses (20, 22, 24) et jets de pulvérisation forment des paires de buses (20, 22) et des paires correspondantes de jets constituées chacune de deux jets opposés.
  9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites buses de pulvérisation (20, 22, 24) sont alimentées par une conduite d'injection (10, 12, 16) comportant deux parties (10, 12) situées dans ladite canalisation de transport (2) et décalées selon la longueur de cette canalisation, de manière à ménager au fluide transporté une section de passage suffisante malgré l'encombrement de cette canalisation par cette conduite.
  10. Procédé selon les revendications 8 et 9 prises en combinaison, caractérisé par le fait que l'on fixe et on alimente lesdites buses de pulvérisation (20, 22, 24) sur et par deux couronnes d'injection - tubulaires (10, 12) constituant les deux dites parties de ladite conduite d'injection (8, 10, 12, 14, 16, 18) et disposées coaxialement dans ladite canalisation de transport (2), à savoir une couronne extérieure (10) de diamètre voisin de celui de cette canalisation et une couronne intérieure (12) de diamètre inférieur à la moitié de celui de cette canalisation, certaines desdites paires de buses étant des paires extérieures formées chacune d'une buse extérieure (20) portée par la couronne extérieure et d'une buse intérieure portée par la couronne intérieure, certaines autres de ces paires étant des paires intérieures formées chacune de deux buses (24) portées par la couronne intérieure.
EP86101804A 1985-02-14 1986-02-13 Dispositif d'homogénéisation d'un fluide transporté dans une canalisation Expired - Lifetime EP0191485B1 (fr)

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