EP0228097B1 - Rotierender Vortex-Separator für eine heterogene Flüssigkeit - Google Patents

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EP0228097B1
EP0228097B1 EP86118142A EP86118142A EP0228097B1 EP 0228097 B1 EP0228097 B1 EP 0228097B1 EP 86118142 A EP86118142 A EP 86118142A EP 86118142 A EP86118142 A EP 86118142A EP 0228097 B1 EP0228097 B1 EP 0228097B1
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EP
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inlet
liquid
separator
chamber
axis
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EP0228097A3 (en
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Yves "Les Grands Champs" Lecoffre
Jacques Woillez
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Neyrtec Industrie Sa total Francaise Des Cie
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NEYRTEC SA
Total Compagnie Francaise des Petroles SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B3/00—Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/02—Continuous feeding or discharging; Control arrangements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S494/00—Imperforate bowl: centrifugal separators
    • Y10S494/901—Imperforate bowl: centrifugal separators involving mixture containing oil

Definitions

  • the present invention relates to the separation of the two phases of a heterogeneous liquid.
  • the proposed invention relates more particularly to the purification of discharge or reinjection water on offshore oil platforms.
  • oil droplets must be extracted in suspension in a main flow of water.
  • This so-called "deoiling" operation must be carried out by a device or a set of devices which must bring together as much as possible four essential qualities:
  • a first quality is the separation efficiency.
  • the purification rate of the water discharged by the device must be maximum. This efficiency is usually measured via the cut-off diameter of the device, that is to say the diameter of the globules beyond which all the petroleum globules are extracted from the water flow. Depending on the values of this cut-off diameter, it will be necessary to carry out the purification in one or two or even three stages in as many separators of different types connected in series.
  • a second quality is the compactness: Given the very high cost of the "on-board ton" on the platform, operators are looking for devices whose weight and volume are as low as possible.
  • the compactness of a device is mainly characterized by the residence time of the mixture in the device: the lower it is, the more the volume and the weight are reduced.
  • a third quality is flexibility in flow: During operation, the water flows to be treated can undergo variations from -50% to -100% of the nominal flow, for example, over times of a few minutes. It is therefore important that the separators can process these fluctuating flow rates without loss of oil removal efficiency. In addition, users are looking for devices with a maximum unit flow so that they can carry out the processing with a minimum number of devices.
  • the fourth quality is a small energy consumption: Energy consumption is not a crucial problem on an operating platform, but the available pressures are often limited to a few bars. It can nevertheless be considered that a device which consumes energy does so in the form of a pressure drop with the appearance of zones of intense hydraulic shear which will split the drops of oil into droplets so small that they will become inseparable. It can therefore be roughly estimated that the lower the pressure drop necessary to ensure the separation, the better the efficiency of the device.
  • More or less similar qualities are desirable for other operations such as the dehydration of crude oil and degassing of liquids, and, more generally in all industrial operations involving either hydrocyclones or centrifuges.
  • document DE-A-1 186 412 (Westfalia 7) describes a separator comprising injection channels which are rotated to apply to the input liquid the speed of rotation which will create the centrifugal force allowing the separation of the components of this liquid.
  • the side wall of the separation chamber of this separator is fixed.
  • the injection channels of this known separator give the inlet liquid, relative to this side wall, a high relative circumferential speed.
  • the object of the present invention is to obtain in a simple manner a improved separation efficiency compared to known separators.
  • the present invention leaves velocity gradients, especially in the vicinity of said axial region of the vortex.
  • the inevitable turbulence in this area has reduced drawbacks there because of the very high value that the centrifugal force takes there.
  • the speed gradients in particular the radial gradient of the circumferential speed.
  • FIG. 1 represents a general view in axial section of a separator according to the invention.
  • FIG. 2 represents a perspective view of the inlet accelerator guides and of the injection conduits, of this same separator with partial cutaway of its side wall.
  • the downstream end of the chamber 2 is occupied by a part 36 which in particular forms the aforementioned outlet diaphragm, the central opening of which constitutes the main outlet opening for the deoiled water. Downstream of this opening, the interior surface of this part is first conical to form a divergent 42, then it becomes cylindrical in its downstream part 46 to form a rotating outlet chamber 44 opening into a fixed outlet chamber. The latter communicates with a fixed main outlet pipe 45 through which the deoiled water is removed from the separator.
  • This downstream part 46 constitutes at the same time a rigid downstream extension of the wall 10 and externally carries two ball bearings 48 which constitute the downstream bearing previously mentioned and are mounted in a fixed hollow downstream body 47. This body forms said fixed outlet chamber from which the main outlet pipe 45 starts.
  • the secondary outlet opening for the oil consists of a fixed tube 28 which passes axially through the downstream body 47 and the outlet diaphragm 36.
  • the inlet duct had a diameter of 30mm.

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Claims (11)

  1. Rotierender Vortex-Separator für eine heterogene Flüssigkeit, zur Aufnahme einer heterogenen Einlaßflüssigkeitsmenge, bestehend aus einer Basisflüssigkeit und dispergierten Kügelchen eines zugesetzten Fluids mit einer gegenüber der Dichte der Basisflüssigkeit unterschiedlichen Dichte, wobei der Separator ausgangsseitig zum einen eine überwiegende Menge einer Hauptauslaßflüssigkeit, bestehend aus der zumindest teilweise vom zugesetzten Fluid befreiten Basisflüssigkeit, und zum anderen eine mindere Menge eines Sekundärauslaßfluids liefert, das einen erhöhten Anteil des zugesetzten Fluids enthält, wobei der Separator eine Längsachse (8) besitzt und folgende Komponenten aufweist:
    - eine langgestreckte Trennkammer (2), die ein stromaufwärts gelegenes Ende (4), ein stromabwärts gelegenes Ende (6) und eine rotationssymmetrisch um die Achse verlaufende Seitenwand (10) besitzt, wobei der Radius der Kammer am stromaufwärts gelegenen Ende ein Einlaßradius ist,
    - Antriebsmittel (12, 14, 16) zum Drehen dieser Wand um diese Achse,
    - eine Einlaßleitung (18, 19) zum Empfang der Einlaßflüssigkeit nahe beim stromaufwärts gelegenen Ende der Kammer,
    - eine koaxiale Hauptauslaßöffnung (26) am stromabwärts gelegenen Ende (6) der Kammer mit einem Außenradius, der kleiner als der Eiuntrittsradius ist, derart, daß die Hauptauslaßflüssigkeit durch diese Öffnung unter Erzeugung einer freien Vortexströmung austritt, in welcher die Umfangsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von der umlaufenden Wand (10) bis zu einer Axialzone ansteigt derart, daß eine erhöhte Zentrifugalkraft die Flüssigkeit mit der größeren Dichte zu Wand und das Fluid mit der kleineren Dichte zur Axialzone hin anreichert,
    - und mindestens eine Sekundärauslaßöffnung (28) für den Auslaß des Sekundärauslaßfluids in der Zone, wo die Zentrifugalkraft die Flüssigkeit anreichert, wobei der Separator dadurch gekennzeichnet ist, daß er weiter Flüssigkeitseinspeisekanäle (30) in der Trennkammer (2) aufweist, die rotationsmäßig mit der umlaufenden Wand (10) gekoppelt sind, eine koplanar zur Separatorachse (8) verlaufende Kanalachse besitzen und um die Separatorachse herum verteilt sind, wobei jeder der Kanäle einen Einlaß (32) zum Empfang der Einlaßflüssigkeit am Ausgang der Einlaßleitung (18, 19), einen Auslaß (34) zur Speisung des Einlaßendes (4) der Trennkammer, welcher in einem dem Einlaßradius im wesentlichen entsprechenden Abstand angeordnet ist und eine Länge besitzt, die mehr als viermal größer als die kleinste Querabmessung der Kanäle ist, derart, daß die relative Umfangsgeschwindigkeit dieser Einlaßflüssigkeit in Bezug auf die umlaufende Wand im wesentlichen aufgehoben wird, wenn die Flüssigkeit in die Trennkammer eintritt, so daß verhindert wird, daß die Reibung der Flüssigkeit auf der Wand einen Radialgradienten der Umfangsgeschwindigkeit erzeugt, der sich über die Länge der Kammer gegen die Wand fortsetzt, und daß dieser Gradient Turbulenzen erzeugt, die in der Nähe der Wand die Trennwirkung der Zentrifugalkraft auf die relativ kleinen Kügelchen des zugesetzten Fluids kompensiert.
  2. Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weiter Einlaßbeschleunigungsführungen (20) aufweist, die um die Separatorachse verteilt sind und mit der Wand umlaufen, wobei jede Führung eine Innenkante (22) zum Empfang der von der Einlaßleitung kommenden Flüssigkeit in einem Abstand zu dieser Achse besitzt, der kleiner als der Einlaßradius ist, und wobei sich jede Führung bis zu einer weiter von der Separatorachse abgelegenen Außenkante (24) erstreckt, um die Flüssigkeit bis auf einen Abstand von dieser Achse zu entfernen, der im wesentlichen dem Einlaßradius entspricht, unter gleichzeitiger Erteilung einer erhöhten Umfangsgeschwindigkeit an die Flüssigkeit vor deren Eintritt in die Einspeisekanäle (30).
  3. Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisekanäle (30) zylindrisch oder prismatisch sind.
  4. Separator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisekanäle (30) parallel zur Achse (8) verlaufen.
  5. Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Seitenwand (10) zylindrisch ist, wobei die Hauptauslaßöffnung (26) in einer Auslaßblende (36) angeordnet ist, die das stromabwärts gelegene Ende (6) der Trennkammer (2) besetzt, und wobei diese Öffnung einen Außenradius in der Größe zwischen 20% und 60% des Radius der Seitenwand besitzt.
  6. Separator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisekanäle (30) ihre Auslässe (34) in einer kreisförmigen Einspeisekrone haben, deren Außenkreis in Berührung mit der umlaufenden Wand (10) stehen,
    - wobei die Trennkammer (2) weiter einen zur Kammer koaxialen Einlaßkegel (38) aufweist, der eine mit dem Innenkreis dieser Krone zusammenfallende Basis besitzt und der von dieser Basis aus mit Kreisquerschnitten stetig abnehmender Radien in die Kammer hineinragt, wobei die Länge des Kegels unter einem Drittel derjenigen der Kammer liegt, derart, daß einerseits der Einlaßflüssigkeit ein ringförmiger Durchlaßquerschnitt mit an der Einspeisekrone beginnender und stetig anwachsender Querschnittsfläche geboten wird, um ihre Axialgeschwindigkeit schnell und ohne Turbulenzen zu verringern, und daß andererseits der freie Vortexwirbel zentriert und stabilisiert wird.
  7. Separator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkegel (38) konisch ist und an der Spitze einen Halbwinkel zwischen 10 und 40 Grad aufweist.
  8. Separator nach Anspruch 1 zur Verarbeitung einer Einlaßflüssigkeit, in welcher das dispergierte, zugesetzte Fluid eine geringere Dichte als diejenige der Basisflüssigkeit besitzt, so daß das zugesetzte Fluid eine axiale Säule in der Trennkammer bildet,
    - wobei der Separator dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sekundärauslaßöffnung aus einem Sekundärauslaßrohr (28) am stromabwärts gelegenen Ende (6) der Trennkammer (2) besteht und das Rohr koaxial durch die Hauptauslaßöffnung (26) in die Trennkammer hineinragt, wobei diese Öffnung (26) eine Ringöffnung um das Rohr bildet, und
    - wobei die Einlaßleitung (18, 19) ein koaxial zur Kammer ausgerichtetes feststehendes Einlaßrohr (18) aufweist, derart, daß die Innenkanten (22) der Einlaßbeschleunigungsführungen (20) in der Nähe der Separatorachse (8) liegen und die durch die Führungen verursachte Drehbewegung der Einlaßflüssigkeit in dieser Flüssigkeit keine schädlichen Scherkräfte erzeugt, welche die Kügelchen des zugesetzten Fluids zertrümmern und ihre Abtrennung unmöglich machen könnten.
  9. Separator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßleitung (18, 19) weiter zwischen dem Auslaß des feststehenden Einlaßrohrs (18) und den Einlaßbeschleunigungsführungen (20) ein mit den Führungen fest verbundenes drehendes Einlaßrohr (19) aufweist, so daß mit dem Drehen der Einlaßflüssigkeit begonnen wird, bevor diese auf die Innenkanten (22) der Führungen trifft, und somit die schädlichen Scherkräfte verringert werden.
  10. Separator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende koaxiale Einlaßrohr (18) ein steifes Halterohr ist und außen ein stromaufwärtiges Lager (39) trägt,
    - wobei die umlaufende zylindrische Seitenwand (10) mit einer stromaufwärtigen starren Verlängerung (40) ausgestattet ist, die koaxial verläuft und sich bis zu dem Lager erstreckt, um von diesem gehalten zu werden, und wobei ein Dichtring (60) zwischen dieser umlaufenden, stromaufwärtigen Verlängerung und dem feststehenden Halterohr angeordnet ist, und zwar zwischen dem Auslaßende dieses Rohrs und dem Lager, so daß der Zutritt der Flüssigkeit zum Lager verhindert wird.
  11. Separator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hauptauslaßöffnung (26) über eine trichterförmige Erweiterung (42) bis an eine Hauptauslaßkammer (44) mit erweitertem, ringförmigem Durchlaßquerschnitt verlängert, der um das Sekundärauslaßrohr (28) verläuft, so daß der Energieverbrauch des Separators verringert wird,
    - wobei die Seitenwand (46) dieser Auslaßkammer aus einer steifen, koaxialen stromabwärtigen Verlängerung der umlaufenden Seitenwand der Trennkammer besteht und die Verlängerung außen ein stromabwärtiges Lager (48) trägt, das sich auf einem feststehenden äußeren Träger (47) abstützt und das mit dem stromaufwärtigen Lager (39) zur Halterung der Trennkammer (2) zusammenwirkt, und
    - wobei ein Dichtring (62) zwischen dem feststehenden Träger (47) und der umlaufenden stromabwärtigen Verlängerung (46) angeordnet ist, und zwar zwischen dem Ausgang dieser Verlängerung und dem Lager, so daß der Zutritt der Flüssigkeit zu diesem Lager verhindert wird.
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EP0228097A2 EP0228097A2 (de) 1987-07-08
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DE (1) DE3682040D1 (de)
ES (1) ES2026846T3 (de)
FR (1) FR2592324B1 (de)
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