FR2588778A1 - Separateur a vortex liquide - Google Patents
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Abstract
UN MELANGE EAU-HUILE EST INTRODUIT TANGENTIELLEMENT DANS UNE CHAMBRE DE MISE EN ROTATION ANNULAIRE 24, 26 ALIMENTEE A PARTIR D'UNE CHAMBRE D'ALIMENTATION 3, DE MEME AXE A. LA VITESSE DE ROTATION ET LA VITESSE AXIALE DU LIQUIDE SONT AUGMENTEES DANS UN CONDUIT D'ACCELERATION ANNULAIRE A PAROIS TRONCONIQUES 42. UN ECOULEMENT STABLE DU TYPE VORTEX S'ETABLIT DANS UNE CHAMBRE DE SEPARATION CYLINDRIQUE LONGUE 5. L'HUILE, PLUS LEGERE EST PRELEVEE AXIALEMENT EN SORTIE DE CETTE CHAMBRE. APPLICATION AUX PLATES-FORMES PETROLIERES, AUX RAFFINERIES DE PETROLE ET AUX NAVIRES PETROLIERS.
Description
Séparateur à vortex liquide
La présente invention concerne les séparateurs à vortex liquide.
La présente invention concerne les séparateurs à vortex liquide.
De tels appareils peuvent par exemple être utilisés pour séparer des gouttes d'huile ou des bulles d'air dispersées dans de l'eau. Plus généralement on appelle ici séparateur un appareil qui reçoit sous pression un liquide d'entrée non homogène, ce liquide contenant une phase fluide légère dispersée en globules dans une phase liquide continue dense. Le débit de ce liquide est souvent imposé. Le séparateur fournit d'une part, sur une sortie principale, un liquide de sortie dense au moins partiellement débarrassé de la phase légère et d'autre part, sur une sortie secondaire, un fluide de sortie léger au moins partiellement débarrassé de la phase dense.
Un séparateur à vortex liquide peut comporter les éléments connus suivants
- Une chambre de mise en rotation (24, 26) formée par une paroi de révolution autour d'un axe (A), la zone axiale étant occupée par un noyau axial (8A) pour donner à cette chambre une forme annulaire, cette chambre présentant une sortie de révolution autour de cet axe.
- Une chambre de mise en rotation (24, 26) formée par une paroi de révolution autour d'un axe (A), la zone axiale étant occupée par un noyau axial (8A) pour donner à cette chambre une forme annulaire, cette chambre présentant une sortie de révolution autour de cet axe.
- Un moyen d'alimentation (3) recevant le liquide d'entrée sous pression et alimentant cette chambre de mise en rotation par un ou plusieurs orifices d'injection directifs (4) dirigés tangentiellement pour former un jet d'injection entratriant le liquide en rotation selon un écoulement hélicoïdal juqu'à la sortie de cette chambre.
- Une chambre de séparation (5) disposée en aval de la chambre de mise en rotation et formée par une paroi de révolution autour dudit axe (A), cette chambre présentant une longueur selon cet axe, une extrémité d'entrée alimentée par ladite sortie de la chambre de mise en rotation, et une extrémité de sortie, de manière à créer dans cette chambre un écoulement tourbillonnaire hélicoidal avec une vitesse axiale et avec une vitesse circonférentielle supérieure pour que la force centrifuge rassemble la phase légère dans une zone axiale de rassemblement.
- Une paroi de raccordement convergente coaxiale raccordant les parois de ces deux chambres, la chambre de mise en rotation présentant un diamètre plus grand que celui de la chambre de séparation, de manière d' obtenir, dans la chambre de séparation, une vitesse circonférentielle plus grande que celle que lesdits jets d'injection peuvent créer dans la chambre de mise en rotation sans émulsifier sensiblement le liquide d'entrée par cassure desdits globules de la phase légère.
- Une ouverture (13) de sortie de fluide léger disposée dans l'axe de la chambre de séparation (5) à une de ses extrémités pour recueillir dans ladite zone axiale de rassemblement un fluide enrichi en ladite phase légère.
- Et une ouverture de sortie de liquide dense (20) disposée coaxialement à l'extrémité de sortie de la chambre de séparation pour permettre la sortie d'un liquide dense enrichi en ladite phase dense.
Cette ouverture ne s'étend de préférence pas, à partir de l'axe, au-delà de la moitié du rayon d'entrée de cette chambre de manière que l'écoulement tourbillonnaire prenne la forme d'un écoulement stable du type vortex avec une vitesse circonférentielle qui croit lorsque la distance à l'axe décroît, ceci pour assurer une séparation efficace.
Les numéros de référence entre parenthèses se rapportent à simple titre d'exemple aux figures ci-jointes.
Un séparateur comportant certains de ces éléments connus est décrit dans la demande de brevet européen 0058 484 (Beloit
Corporation). Dans ce premier séparateur connu la chambre de rotation et la chambre de séparation sont constituées par une seule et même paroi tronconique à faible angle au sommet et il n'y a pas de paroi de raccordement distincte. La section de passage offerte au liquide d'entrée dans son déplacement axial est limitée, au niveau du moyen d'alimentation, par un noyau coaxial dont le diamètre décroît progressivement vers l'aval de sorte que cette section de passage axial croit constamment jusqu'à la chambre de séparation dépourvue de noyau.
Corporation). Dans ce premier séparateur connu la chambre de rotation et la chambre de séparation sont constituées par une seule et même paroi tronconique à faible angle au sommet et il n'y a pas de paroi de raccordement distincte. La section de passage offerte au liquide d'entrée dans son déplacement axial est limitée, au niveau du moyen d'alimentation, par un noyau coaxial dont le diamètre décroît progressivement vers l'aval de sorte que cette section de passage axial croit constamment jusqu'à la chambre de séparation dépourvue de noyau.
Un deuxième séparateur connu est décrit dans le brevet britannique 1583 730 (National Research Development Corporation). Il comporte une chambre de mise en rotation cylindrique qui est dépourvue de noyau et qui se raccorde à une chambre de séparation de diamètre nettement plus petit. Il en résulte que la section de passage axial est tantôt constante et tantôt décroissante quand on va de cette première à cette dernière chambre.
Ces séparateurs connus présentent l'inconvénient ' que la stabilité de ltécoulement n'est pas aussi bonne qu'on le souhaiterait pour assurer une séparation efficace de manière permanente, notamment en présence de variations du débit d'entrée, et/ou l'inconvénient que la vitesse de rotation du vortex n'est pas aussi grande qu'il conviendrait pour que les plus fines gouttelettes de la phase légère se rassemblent sur l'axe du vortex.
La présente invention a pour but d'améliorer l'efficacité d'un séparateur en obtenant à la fois une vitesse circonférentielle dans le vortex nettement plus grande que dans la chambre de mise en rotation et une bonne stabilité du vortex.
Et elle a pour objet un séparateur à vortex liquide comportant les éléments connus rappelés ci-dessus, ce séparateur étant caractérisé par le fait les parois des chambres de mise en rotation (24, 26) et de séparation (5) présentent chacune un diamètre sensiblement invariable longitudinalement, le diamètre de la paroi de la chambre de mise en rotation (24, 26) étant supérieur à 1,5 fois celui de la chambre de séparation pour obtenir une vitesse circonférentielle élevée dans la chambre de séparation, - ces deux chambres étant raccordées par un conduit d'accélération coaxial (42) à double paroi dont une paroi extérieure (28) constitue ladite paroi de raccordement tronconique, une paroi intérieure de ce conduit étant constituée par un prolongement convergent (8B) dudit noyau axial, de sorte que, dans chaque section par un plan perpendiculaire audit axe (A), ce conduit présente une section de passage annulaire avec un rayon extérieur et un rayon intérieur qui décroissent tous deux progressivement vers l'aval et avec une aire qui varie progressivement selon les variations de ces rayons, ces variations étant telles que cette aire décroisse vers l'aval et impose au liquide une vitesse axiale accrue en sortie de ce conduit, - ledit noyau comportant encore un prolongement (8C) à rayon décroissant vers l'aval dans un tronçon d'entrée de la chambre de séparation, de manière que ladite vitesse axiale accrue en sortie du conduit d'accélération (02) crée, à l'entrée de la chambre de séparation (5), une distribution de vitesse favorable à la formation d'un écoulement stable de type vortex.
Selon la présente invention on peut de plus adopter avec avantage les dispositions suivantes - Ladite chambre de mise en rotation comporte une chambre d'entraînement en rotation (24) dans la paroi de laquelle sont formés lesdits orifices d'injection (4), et une chambre d'uniformisation de rotation (26) disposée en aval de la précédente et présentant les mêmes rayons extérieur et intérieur.
- L'aire de la section de passage du liquide à la sortie dudit conduit d'accélération (42) est comprise entre 0,9 et 0,5 fois l'aire de la section de passage à l'entrée de ce conduit.
- Le rayon extérieur de ladite chambre de mise en rotation (24, 26) est compris entre 1,5 fois et 3 fois celui de ladite chambre de séparation.
- Lesdits éléments à rayon variable sont tronconiques ou coniques.
- Le demi angle au sommet du cône de ladite paroi extérieure (28) du conduit d'accélération (42) est compris entre 5 et 40 degrés.
- Le demi angle au sommet du cône du prolongement (8C) dudit noyau coaxial dans la chambre de séparation (5) est compris entre 5 et 30 degrés.
La présente invention s'applique notamment mais non exclusivement dans le cas où le débit du liquide d'entrée varie de manière sensible. On sait que de telles variations de débit sont imposées au séparateur dans beaucoup d'installations existantes. Ces variations résultent du fonctionnement d'une grande installation, pétrolière par exemple, et il n'est parfois pas souhaitable de les compenser par l'utilisation d'un nombre variable de séparateurs car cela augmenterait le coût de la séparation. Dans ces installations la puissance des pompes assurant la circulation du liquide est suffisante pour imposer le débit qui convient à chaque instant pour l'ensemble de l'installation, ce débit étant alors indépendant des réglages du séparateur.
Par ailleurs, lorsque la chambre de séparation est cylindrique, la stabilité de l'écoulement tourbillonnaire est d'autant plus difficile à maintenir ou à assurer que la longueur de cette chambre est grande par rapport à son diamètre. C'est pourquoi, dans les divers cyclones à vortex liquide connus à chambre de séparation cylindrique, la longueur de cette chambre est de l'ordre de deux fois seulement le diamètre, alors qu'il est souhaitable d'augmenter cette longueur pour obtenir une bonne efficacité de séparation.
Pour maintenir la stabilité de l'écoulement et l'efficacité de séparation même en présence de variations sensibles du débit et même dans une chambre de séparation longue, il est souhaitable que le séparateur comporte un dispositif de conservation de vitesse (30). C'est un dispositif obturateur pouvant obturer une fraction commandable de la section globale desdits orifices d'injection directifs (4). Lorsque le débit du liquide d'entrée décroît jusqu'à une valeur minimale, la commande de ce dispositif obturateur permet de supprimer une fraction des jets d'injection pour conserver la vitesse de la fraction subsistante de ces jets et empêcher ainsi la vitesse circonférentielle dudit écoulement tourbillonnaire de descendre à des valeurs telles que cet écoulement tourbillonnaire ne serait plus stable, et/ou n'assurerait plus une séparation suffisante.Lorsque le débit du liquide d'entrée croit jusqu'à sa valeur maximale, la commande de ce dispositif obturateur permet de former complétement ces jets d'injection pour empêcher la vitesse de ces jets de monter à des valeurs telles que la force de ces jets briserait les globules de ladite phase légère et rendrait le rassemblement ultérieur de ces globules plus difficile.
Et on peut adopter avec avantage la disposition suivante - Chacun desdits orifices d'injection directifs (4) présente la forme d'un conduit d'injection présentant une profondeur qui s'étend de ladite chambre d'alimentation (3) vers ladite chambre de mise en rotation (24), ce conduit comportant deux parois latérales (4B) prismatiques, planes ou cylindriques à génératrices disposées selon une direction longitudinale parallèle à l'axe (A) du séparateur, et au moins une paroi de base (4A) rejoignant ces deux parois latérales sur toute la profondeur du conduit.Le dispositif obturateur comporte, pour chacun de ces orifices, un bloc obturateur (30) présentant une face de guidage de liquide (30A) s'étendant de l'une à l'-autre desdites parois latérales (4B) du conduit d'injection sur la plus grande partie de la profondeur de celui-ci, ce bloc présentant encore au moins une face d'obturation (30B) obturant une fraction de la section du conduit, cette fraction étant celle qui est, par rapport à ladite face de guidage de liquide, du côté opposé à celui où se trouve ladite paroi de base du conduit, de manière à former un conduit d'injection partiel ne créant pas de turbulences, ce conduit partiel étant compris entre les deux dites parois latérales et en même temps entre ladite paroi de base et ladite face de guidage de liquide.Le dispositif obturateur comporte en outre des moyens pour faire coulisser ensemble lesdits blocs obturateurs selon ladite direction longitudinale, de manière à faire varier la distance entre ladite paroi de base et ladite face de guidage pour permettre de diminuer ou d'augmenter la section desdits conduits d'injection lorsque le débit du liquide d'entrée diminue ou augmente respectivement.
Indépendamment du fait que le débit d'entrée est variable ou constant on adopte avec avantage les dispositions suivantes : - La chambre de séparation (5) est cylindrique et longue, sa longueur étant au moins égale au triple de son diamètre de manière que l'action séparatrice de la force centrifuge s'exerce sur une grande distance longitudinale pour assurer une séparation efficace, cette longueur restant cependant inférieure à 25 fois le diamètre de manière à assurer la stabilité de l'écoulement.
- Lorsque ladite phase dispersée légère est un liquide, la longueur de la chambre de séparation (5) est au moins égale à cinq fois son diamètre.
- Lorsque ladite phase dense continue est l'eau et ladite phase dispersée légère une huile, la longueur de la chambre de séparation (5) est comprise entre 10 et 20 fois son diamètre.
Par ailleurs, encore dans le but de contribuer à la stabilité de l'écoulement et de minimiser la puissance consommée pour la séparation, on peut adopter avec avantage les dispositions suivantes - Ledit conduit de sortie (10, 11) est placé à l'extrémité aval de la chambre de séparation cylindrique (5) et comporte un guide de sortie (10) divergeant sensiblement en forme de cône coaxial à la chambre de séparation (5) à partir de ltouverture de sortie de liquide dense (20), le demi angle au sommet du cône étant choisi inférieur à 600 pour que l'inclinaison du guide convertisse la force centrifuge radiale en force longitudinale vers la sortie du séparateur et pour qu'une partie de l'énergie cinétique liée à la vitesse circonférentielle du liquide soit ainsi convertie en une augmentation de pression qui diminue la puissance consommée par le séparateur, ce demi angle étant en même temps choisi supérieur à 200 pour permettre aux filets liquides hélicoidaux de pénétrer facilement à l'intérieur de ce guide, - un noyau axial (11) étant disposé coaxialement dans ce guide divergent, occupant la majeure partie du volume intérieur de celui et s'étendant de la sortie de celui-ci jusqu'à une zone au centre de l'ouverture de sortie de liquide dense (20), qui est alors une ouverture annulaire, pour empêcher que le supplément de pression de l'aval de ce conduit par rapport à l'amont fasse retourner des filets liquides de l'aval de ce conduit vers la chambre de séparation le long et au voisinage de l'axe (A) de ce conduit, ce qui diminuerait ce supplément de pression et le débit de liquide dense et destabiliserait l'écoulement tourbillonnaire dans la chambre de séparation cylindrique, ce noyau axial (11) formant ledit conduit de sortie entre lui et le guide divergent (10), ce conduit étant alors annulaire et présentant une section de passage progressivement croissante de l'amont vers l'aval pour diminuer progressivement la vitesse longitudinale du liquide sans créer de turbulences, afin de faire apparaitre une augmentation supplémentaire et éventuellement majoritaire de pression, l'extension longitudinale de ce conduit de sortie étant supérieure au double du diamètre de ladite ouverture annulaire à son entrée pour que ledit supplément de pression soit important.
- Ledit guide de sortie (10) et ledit noyau axial (11) présentent au moins sur une partie amont de leur étendue longitudinale, la forme de deux troncs de côtes dssrévolution coaxiaux de même demi angle au sommet, de manière à constituer un conduit de sortie annulaire tronconique (10, 11) dont les sections présentent une largeur radiale constante et une longueur circonférentielle croissante.
- Un tuyau d'extraction de fluide léger (13) traverse axialement ledit noyau axial (11) et s'ouvre à l'intérieur de la chambre de séparation (5) au voisinage du centre de ladite ouverture annulaire (20) pour constituer ladite ouverture de sortie de fluide léger.
- Une chambre d'évacuation (12) entoure un prolongement aval dudit noyau axial (11), se raccorde au bord extrême aval dudit guide de sortie (10), et est raccordée à la sortie principale (14) du séparateur.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. 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 séparateur selon l'invention, en coupe par un plan I-I de la figure 2, perpendiculaire à l'axe du séparateur, pour montrer les chambres d'alimentation et de mise en rotation de ce séparateur.
La figure 2 représente une vue d'une zone d'entrée du même séparateur, en coupe par un plan axial.
La figure 3 représente une vue en perspective de la paroi de la chambre de mise en rotation du même séparateur, le noyau axial de cette chambre étant enlevé, pour montrer les conduits d'injection alimentant cette chambre.
La figure 4 représente une vue d'une zone de sortie du même séparateur, en coupe par un plan axial.
Le séparateur représenté comporte les dispositions précédemment mentionnées. Son axe A est vertical, la zone d'entrée étant en haut et celle de sortie en bas.
Conformément aux figures 1, 2 et 3 la zone d'entrée du séparateur est alimentée par un tube 1 transportant un mélange huile-eau sous pression, par exemple 3 à 6 bars. Ce tube introduit le liquide d'entrée tangentiellement dans une chambre d'alimentation annulaire 3 dont la paroi extérieure est représentée en 3A, de manière à faire tourner ce liquide dans le sens prévu pour le vortex qui doit assurer la séparation des phases dense et légère. L'espace central de cette chambre annulaire est occupé par une paroi épaisse 22 qui entoure une chambre d'entraînement en rotation 24. La partie centrale de la chambre 24 est occupée par ledit noyau axial 8.La paroi 22 est percée de deux conduits d'injection 4 diamétralement opposés qui assurent l'injection tangentielle du liquide d'entrée dans la chambre 24 de manière à l'y faire tourner dans le même sens prévu pour le vortex.
Les deux parois latérales telles que 4B de chaque conduit 4 convergent avec un angle de 23 degrés. Leur longueur est au moins égale à trois fois leur largeur minimale mesurée circonférentiellement qui est de 6,2 mm. Leur angle de convergence a été choisi pour empêcher un décollement du liquide lors de sa mise en vitesse.
Les vitesses d'injection sont typiquement de l'ordre de 4 m/s à 8 m/s suivant la taille des appareils et la nature du mélange à traiter. Le diamètre de la chambre 24 est de 70 mm.
La hauteur des deux conduits d'injection 4 mesurée parallèlement à l'axe A est réglable comme précédemment expliqué par coulissement longitudinal c'est-à-dire vertical desdits blocs obturateurs 30 qui sont pour cela portés par un disque 32 (figures 2 et 3) situé au-dessus de la chambre 24. Ce disque est déplacé par une molette 36 agissant sur un filetage formé sur une tige axiale 34 qui porte le disque. Cette molette permet donc, lorsque le débit varie, de faire varier la hauteur des conduits d'injection 4 entre la paroi de base fixe 4i et la face de guidage mobile 30A. On maintient ainsi une vitesse d'injection convenable dans la chambre 24.
La paroi 22 de la chambre de mise en rotation est formée dans un bloc inférieur 22A. La tige 34 est maintenue dans un bloc supérieur 38 sur lequel est monté la molette 36. Ces deux blocs sont réunis par une virole cylindrique 40 dont une partie intermédiaire constitue la paroi 3A de la chambre d'alimentation. La chambre de séparation 5 est fixée coaxialement au bas du bloc inférieur 22A.
Le noyau 8 comporte une zone d'appui 8D qui vient s'appuyer sur le bord supérieur de la paroi épaisse 22 et qui présente un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur de cette paroi, par exemple 110 mm, puis, sous cette zone d'appui, une zone de centrage 8E de diamètre égal au diamètre. intérieur de la paroi 22, par exemple 70 mm, puis une zone 8A avec un diamètre plus petit, par exemple 55 mm, dans la chambre d'entrainement en rotation 24 et la chambre d'uniformisation de rotation 26 située sous la précédente.
Le conduit d'accélération 42 est creusé dans le bloc inférieur 22A qui constitue sa paroi extérieure 28, sa paroi intérieure étant constituée par le prolongement 8B du noyau 8. En sortie de ce conduit les diamètres extérieur et intérieur sont de 40 mm et 23 mm, la hauteur de ce conduit étant de 50 mm, par exemple.
Le prolongement conique 8C s'étend sur une hauteur de 40 mm par exemple, dans la chambre de séparation 5 qui est constituée par un tube dont la hauteur est de 1 m par exemple. L'ensemble du noyau 8 avec ce prolongement permet d'éviter les instabilités qui pourraient être créées par des phénomènes de couche limite sur la paroi de la chambre de mise en rotation. Une telle instabilité empêcherait le barreau longitudinal formé par le rassemblement de la phase légère de se centrer sur l'axe du tube 5. Le risque qu'elle apparaisse est d'autant plus grand que les vitesses d'injection sont élevées et que le tube 5 est long.
Dans ces conditions, un écoulement tourbillonnaire est formé et provoque une séparation des deux phases en présence, la phase légère se rassemblant en un barreau axial.
Si, conformément à la figure 4, la chambre d'évacuation 12 qui sera décrite plus loin est équipée d'une ogive centrale 11, ce barreau n'a pas de vitesse axiale. On peut donc l'aspirer par un tube axial, soit par l'aval (tube 13), soit selon un mode de réalisation non représenté, par l'amont. Compte tenu de la bonne stabilité du barreau, le débit d'eau enrichie en huile qui doit être extrait pour assurer une bonne épuration de l'eau est très faible, le mélange extrait étant très concentré en huile.
L'extraction du barreau par l'aval permet des débits d'extraction secondaire plus faibles, que l'extraction par l'amont
Quoique ces deux modes d'extraction du liquide enrichi en huile soient mentionnés, il doit être compris qu'un seul d'entre eux est utilisé dans chaque cas particulier, au moins de préférence.
Quoique ces deux modes d'extraction du liquide enrichi en huile soient mentionnés, il doit être compris qu'un seul d'entre eux est utilisé dans chaque cas particulier, au moins de préférence.
Conformément à la figure 4, le séparateur comporte les éléments suivants à son extrémité de sortie - Guide divergent 10 pour l'évacuation du liquide épuré c'est-à-dire du liquide de sortie dense.
- Noyau axial de sortie 11 emboîté dans le guide 10. Leur rôle est la récupération d'énergie, essentiellement sur la vitesse axiale, et la stabilisation du barreau d'huile, tout en permettant l'extraction de ce dernier.
- Chambre d'évacuation 12.
- Tube d'extraction 13 dont l'entrée constitue ladite sortie axiale de fluide léger et dont la sortie constitue ladite sortie secondaire du dispositif.
- Tube de sortie d'eau épurée 14 constituant ladite sortie principale du dispositif.
Comme représenté l'extrémité de sortie de la chambre de séparation 5 présente la forme d'un cône convergent vers l'aval avec un demi angle au sommet de 600.
Le conduit de sortie formé entre le guide 10 et le noyau 11 présente une épaisseur de 3 mm environ et s'étend, en projection sur l'axe 1, sur une longueur de 10 mm.
Le tube d'extraction 13 présente un diamètre de 6 mm et pénètre axialement dans la chambre 5 sur une distance de 15 mm à partir de l'ouverture annulaire de sortie 20.
La sortie du liquide épuré est assurée par une ouverture de sortie 20 dont le diamètre extérieur, par exemple 18 mm, est #de préférence trois ou quatre fois inférieur au diamètre du tube de séparation 5. A la fin de la contraction de l'écoulement ainsi réalisée, le guide 10 établit une brusque divergence à 450. Si l'écou- lement était libre à l'intérieur de ce guide divergent, des phénomènes dits d'écoulement de retour axiaux viendraient destabiliser le barreau d'huile axial et rendrasntl t extraction d'huile moins efficace. Le noyau 11 supprime ces écoulements de retour et empêche ainsi la perte d'énergie non négligeable provoquée par des écoulements de retour.Il permet en outre - d'améliorer la récupération de pression sur la vitesse axiale du liquide, comme le ferait un guide divergent libre à angle plus faible mais de bien plus grande longueur.
- de maintenir sans vibrations le tube d'extraction 13 dans cette zone de l'écoulement, ce qui est important car les vitesses très rapides de l'ordre de 10 m/s exigent une parfaite disposition et un parfait maintien des éléments.
De plus le guide 10 permet de récupérer de la pression sur la vitesse circonférentielle du liquide.
Les caractéristiques de fonctionnement du séparateur qui vient d'être décrit sont les suivantes - Débit de liquide d'entrée traité :0,5 l/s à 2 I/s.
- Perte de charge entre l'entrée et la sortie principale : 0,8 bar - Longueur de la chambre de séparation : 0,9 m - Débit de liquide de sortie léger (enrichi en huile) : 3 à 8% du débit d'entrée si la teneur en huile du liquide d'entrée est de 1 à 2%, ce débit de liquide léger devant bien entendu être augmenté si cette teneur en huile augmente.
Claims (6)
1/ Séparateur à vortex liquide prévu pour recevoir un débit d'entrée, d'un liquide d'entrée sous pression contenant des globules d'une phase fluide dispersée légère dans une phase liquide continue dense, ce séparateur étant destiné à fournir d'une part un liquide de sortie dense au moins partiellement débarrassé de la phase légère et d'autre part un fluide de sortie léger au moins partiellement débarrassé de la phase dense, ce séparateur comportant - Une chambre de mise en rotation (24, 26) formée par une paroi de révolution autour d'un axe (A), la zone axiale étant occupée par un noyau axial (8A) pour donner à cette chambre une forme annulaire, cette chambre présentant une sortie de révolution autour de cet axe, - un moyen d'alimentation (3) recevant le liquide d'entrée sous pression et alimentant cette chambre de mise en rotation par un ou plusieurs orifices d'injection directifs (4) dirigés tangentiellement pour former un jet d'injection entraînant le liquide en rotation selon un écoulement hélicoïdal juqu'à la sortie de cette chambre, - une chambre de séparation (5) disposée en aval de la chambre de mise en rotation et formée par une paroi de révolution autour dudit axe (A), cette chambre présentant une longueur selon cet axe, une extrémité d'entrée alimentée par ladite sortie de la chambre de mise en rotation, et une extrémité de sortie, de manière à créer dans cette chambre un écoulement tourbillonnaire hélicoïdal avec une vitesse axiale et avec une vitesse circonférentielle supérieure pour que la force centrifuge rassemble la phase légère dans une zone axiale de rassemblement, - une paroi de raccordement convergente coaxiale raccordant les parois de ces deux chambres, la chambre de mise en rotation présentant un diamètre plus grand que celui de la chambre de séparation, de manière à obtenir, dans la chambre de séparation, une vitesse circonférentielle plus grande que celle que lesdits jets. d'injection peuvent créer dans la chambre de mise en rotation sans émulsifier sensiblement le liquide d'entrée par cassure desdits globules de la phase légère, - une ouverture (13) de sortie de fluide léger disposée dans l'axe de la chambre de séparation (5) à une de ses extrémités pour recueillir dans ladite zone axiale de rassemblement un fluide enrichi en ladite phase légère, - et une ouverture de sortie de liquide dense (20) disposée coaxialement à l'extrémité de sortie de la chambre de séparation pour permettre la sortie d'un liquide dense enrichi en ladite phase dense, de manière que l'écoulement tourbillonnaire prenne la forme d'un écoulement du type vortex stable avec une vitesse circonférentielle qui croit lorsque la distance à l'axe décroît, ceci pour assurer une séparation efficace, - ce séparateur étant caractérisé par le fait que les parois des chambres de mise en rotation (24, 26) et de séparation (5) présentent chacune un diamètre sensiblement invariable longitudinalement, le diamètre de la paroi de la chambre de mise en rotation (24, 26) étant supérieur à 1,5 fois celui de la chambre de séparation pour obtenir une vitesse circonférentielle élevée dans la chambre de séparation, - ces deux chambres étant raccordées par un conduit d'accélération coaxial à double paroi (42) dont une paroi extérieure (28) constitue ladite paroi de raccordement, une paroi intérieure de ce conduit étant constituée par un prolongement convergent (8B) dudit noyau axial, de sorte que, dans chaque section par un plan perpendiculaire audit axe (A), ce conduit présente une section de passage annulaire avec un rayon extérieur et un rayon intérieur qui décroissent tous deux progressivement vers l'aval et avec une aire qui varie progressivement selon les variations de ces rayons, ces variations étant telles que cette aire décroisse vers l'aval et impose au liquide une vitesse axiale accrue en sortie de ce conduit, - ledit noyau comportant encore un prolongement (8C) à rayon décroissant vers l'aval dans un tronçon d'entrée de la chambre de séparation, de manière que ladite vitesse axiale accrue en sortie du conduit d'accélération (42) crée, à l'entrée de la chambre de séparation (5) une distribution de vitesse favorable à la formation d'un écoulement stable de type vortex.
2/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite chambre de mise en rotation comporte une chambre d'entrainement en rotation (24) dans la paroi de laquelle sont formés lesdits orifices d'injection (4), - et une chambre d'uniformisation de rotation (26) disposée en aval de la précédente et présentant les mêmes rayons extérieur et intérieur.
3/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aire de la section de passage du liquide à la sortie dudit conduit d'accélération ( 42 ) est comprise entre 0,9 et 0,5 fois l'aire de la section de passage à l'entrée de ce conduit.
4/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rayon extérieur de ladite chambre de mise en -rotation (24, 26) est compris entre 1,5 fois et 3 fois celui de ladite chambre de séparation (5).
5/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le demi angle au sommet du cône de ladite paroi extérieure (28) du conduit d'accélération ( 42 ) est compris entre 5 et 40 degrés.
6/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le demi angle au sommet du cône du prolongement (8C) dudit noyau coaxial dans la chambre de séparation (5) est compris entre 5 et 30 degrés.
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