ITRM940661A1 - Separatore centrifugo a passaggio singolo e flusso migliorato - Google Patents

Abstract

Un separatore centrifugo ad una passata per miscele di due liquidi, che possono anche contenere gas. la centrifuga utilizza zone di separazione sulla parete interna di un rotore per migliorare l'efficienza della separazione e ridurre al minimo la miscelazione turbolenta. Le zone consistono di palette di superficie di interfaccia e piastre a deflettore per controllare il flusso sulla interfaccia del fluido. Le zone mantengono inoltre un concetto aperto per facilitare il lavaggio da parte di fluidi di pulitura che vengono forniti da ugelli installati su di un tubo di alimentazione stazionario montato lungo l'asse di rotazione della centrifuga. Un acceleratore di fluido accelera gradualmente il fluido dal tubo di alimentazione alla parete interna del rotore.

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione avente per titolo: "Separatore centrifugo a passaggio singolo e flusso migliorato"

La presente Invenzione si'riferisce ad un apparecchio per separare in componenti di una miscela di fluidi. Specificatamente, ma non a titolo di limitazione, l'invenzione si riferisce ad un apparecchio per migliorare l’efficienza e esemplificare il funzionamento di separatori centrifughi .

FONDAMENTO DELL’INVENZIONE

Separatori centrifughi vengono spesso utilizzati per separare miscele che contengono fluididi densità differenti. In operazione, le centrifughe generalmente comportano la alimentazione della miscela che deve essere separata in un rotore centrifugo in grado di essere fatto ruotare attorno al suo asse centrale a velocità elevata. La forza centrifuga fa si che i componenti si raccolgano in strati lungo la parete interna del rotore. Gli strati vengono quindi singolarmente rimossi dal rotore.

Vengono usati un numero di parametri differenti per caratterizzare l'efficienza operativa di separatori centrifughi. Un tale parametro è il volume della miscela di ingresso che può essere trattata in un dato periodo di tempo. Ad esempio, volumi di separazione nel campo petrolifero vengono indicati come un numero di barili al giorno della miscela di entrata che può essere separata.

Altri parametri caratterizzano l'efficienza in termini della qualità dei fluidi separati. Questi parametri vengono indicati come una percentuale, o come un numero di parti,per milione, di impurità in ciascun fluido separato. Nella separazione nel campo petrolifero, dove la miscela che deve essere separata contiene petrolio grezzo e acqua, i parametri di impurità tipicamente calcolati sono la quantità di acqua che rimane nel petrolio separato, e la quantità di petrolio che rimane nell'acqua separata. Di questi due parametri , il petrolio che rimane nell'acqua separata tipicamente è il parametro il cui valore bersaglio è più difficile( da ottenere. La maggior parte dei comuni separatori centrifughi ottengono acqua soddisfacente in livelli di impurità di petrolio .

La sfida nel settore delle centrifughe è sviluppare separatori che portino al massimo il volume di una miscela trattata in un dato periodo di tempo, riducendo nel contempo al minimo le impurità nei fluidi di uscita. Questa sfida è particolarmente pronunciata nella messa a punto della produzione nel campo petrolifero, dove elevati volumi giornalieri spesso debbono essere separati. Ad esempio, separatori di produzione nel campo petrolifero spesso debbono separare diverse migliaia di barili di liquidi al giorno. Nonostante questi volumi elevati, limitazioni di regolazioni, ambientali e di raffineria generalmente richiedono tutte che i fluidi separati abbiano impurità minime. Un requisito tipicamente quotato per la quantità di petrolio in acqua, è 40 parti per milione.

Il problema a cui si trova di fronte il progettista di centrifughe, è che i traguardi di volume massimo e di impurità minima in un certo grado comportano considerazioni tecniche conflittuali. Per esempio, l'aumento del volume di resa su progettazioni tipiche di centrifuga non è sempre possibile e, dove possibile, può creare indesiderabili caratteristiche di flusso nel rotore, della centrifuga. Queste risultano dal fatto che la miscela di entrata deve essere rapidamente accelerata alla velocità del rotore. Le caratteristiche dì flusso possono includere regimi di flusso irregolare o turbolento, separazione di vortice, zone di miscelazione o di flusso di taglio, instabilità interfacciali del fluido e simili. Nessuna di queste viene a ‘colpire il volume di resa, ma esse possono tutte colpire la qualità del fluido di uscita. Più specificatamente, è generalmente chiaro nel campo delle centrifughe che qualsiasi processo di flusso che tenda ad aumentare la miscelazione o la turbolenza del fluido, o provocare moti dissimili fra le particelle dei fluidi che debbono essere separati, fa aumentare il livello di impurità nei fluidi di uscita. Perciò, le esistenti centrifughe generalmente comportano un compromesso fra volume di resa ed efficienza di separazione.

Una complicazione aggiuntiva che tanvolta si trova di fronte alla apparecchiatura di separazione usata nella produzione del settore petrolifero, è materia dissolta nella miscela di entrata. Miscele di produzione possono contenere cera ed altri materiali che, quale risultato della temperatura generalmente elevata della miscela, è in forma di soluzione. Mano a mano che si manifesta il* processo di separazione, tuttavia, quella cera può formare depositi su porzioni interne del separatore, riducendo sia il volume e sia l'efficienza di impurità. Le centrifughe per il campo Letrolifero possono anche essere soggette alla accumulazione interna di sabbia o di solidi che riducono anch'essi l'efficienza della separazione. Il brevetto Statunitense 4.£46.780 a Galloway ed altri, ( "Galloway") è un esempio di un separatore centrifugo di tecnica precedente. Nella sua forma di realizzazione principale, Galloway utilizza un rivestimento interno lungo la parete interna del rotore per creare un processo di separazione a due passate. Il rivestimento interno crea un passaggio complesso in cui cera ed altra materia possono raccogliersi, riducendo infine l'efficienza del separatore. L'entrata allp centrifuga di Galloway avviene attraverso l'ugello che spruzza fluidi in una girante dell'accelerazione in uscita alla parete interna del rotore. Il flusso in uscita dall'ugello non è strettamente controllato, tuttavia, ed è un processo altamente turbolento. La centrifuga di Galloway può essere fabbricata come un separatore ad una passata senza il passaggio complesso, ma il livello di impurità dei fluidi separati viene di conseguenza aumentato

Da quanto anzidetto, si può esser visto cheè necessario un separatore centrifugo che non sarcrifichi l'efficienza della separazione per il volume di resa, che non comporti configurazioni di flusso di fluido complesse, che riduca al minimo miscelazione e turbolenza di fluido durante il processo di separazione e che comporti passaggi interni esemplificati che favoriscano la pulitura e riducano al minimo la deposizione di materiale solido. La presente invenzione soddisfa questa necessità.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un separatore centrifugo a flusso migliorato progettato per operazione ad una passata. I miglioramenti di flusso assicurano che avvenga separazione efficiente, mitigando nel contempo i problemi sopra discussi.

Una prima forma di realizzazione dell'invenzione è indirizzata a miscele di entrata consistenti di due componenti di fluido, che possono contenere gas, ma che non hanno una quantità significativa di materiale particellare. In conformità a questa forma di realizzazione, il fluido che deve essere separato esce dall'ugello di un tubo di alimentazione stazionario vicino all'asse di un rotore. Il fluido entra in un acceleratore avente canali elicoidali che accelerano gradualmente il fluido in uscita alla parate interna del rotore. Il fluido esce dai canali e fluisce attraverso un deflettore di alimentazione a fessure installato nel rotore .

All'interno del rotore, miscelazione e turbolenza vengono minimizzate a mezzo di palette a coalescenza. Deflettori di zonizzazione attaccati alle palette creano zone di separazione che sono di ausilio nella separazione e nel ridurre al minimo il flusso sulla interfaccia di fluido fra strati. Anelli a barriera, installati sui deflettori di zonizzazione e sulla ubicazione su cui gli strati separati vengono rimossi dal rotore, facilitano la rimozione degli strati, che viene eseguita mediante tecniche standard a sfioro.

Il tubo di alimentazione stazionario include ugelli ad alta pressione che consentono che fluidi detergenti vengano spruzzati nell'interno del rotore. Le palette a coalescenza sono progettate in modo che sostanzialmente tutte le porzioni delle zone di separazione siano accessibili ai fluidi di pulitura o detergenti.

Una seconda forma di realizzazione è indirizzata a miscele in cui cera, sabbia ed altra materia, nonché gas, si prevede,sismo presenti. Questa forma di realizazzione comporta un involucro di accelerazione conico con palette sulla parete interna dell'involucro per essere di ausilio nella accelerazione del fluido in uscita dalla parete interna del rotore. Materiali particellari si raccolto all interno dell 'involucro e vengono rimossi mediante forza di aspirazine da una tubazione per i detriti montata all interno del tubo di alimentazione stazionario ed estendentesi nell'involucro. Questa forma di realizzazione altrimenti è simile alla forma di realizzazione sopra discussa. In entrambe le forme di realizzazione, gas, se presente, può essere sfogato nel rotore e rimosso da una luce per il gas nel tubo di alimentazione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

I vantaggi della presente invenzione verranno compresi più facilmente facendo riferimento alla seguente descrizione dettagliata ed agli allegati disegni in cui:

la figura 1 è una vista in elevazione, in sezione parziale, della prima forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 1 ·è una vista in elevazione ingrandita in sezione parziale dell'ugello del tubo di alimentazione della prima forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 2A è l'ugello del tubo di alimentazione della figura 2 in una forma di realizzazione che consente la separazione di gas di soluzione in aggiunta alla separazione dei due componenti fluidi della miscela di entrata;

la figura 3 è una vista in pianta della prima forma di realizzazione, presa lungo la linea 3-3 della figura 2; ,

la figura 4 è tona vista in pianta della prima forma di realizzazione, presa lungo la linea 4-4 della figura 2;

la figura 5 è una vista in pianta della prima forma di realizzazione presa lungo la linea 5-5 della figura 1;

la figura 6 è una vista in elevazione dell'acceleratore conico*· per il fluido della prima forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 7 è una vista in elevazione ingrandita in sezione parziale del deflettore di alimentazione della presente invenzione;

la figura 8 è una vista in pianta parziale del deflettore di alimentazione, presa lungo la linea 8-8 della figura 7;

la figura 9 è una vista in pianta della prima forma di realizzazione, presa lungo la linea 9-9 della figura 1;

la figura 10 è una vista in elevazione parziale delle palette di superficie e di interfaccia della presente invenzione;

la figura 10A è una vista in elevazione parziale di una forma di realizzazione alternativa delle palette di superficie e di elevazione della presente invenzione;

la figura 11 è una vista in pianta parziale del deflettore zonizzatore della presente invenzione, centrata sulla linea 10-10 della figura 1;

la figura 12 è una vista in elevazione parziale delle camere sfioro per il petrolio e per l'acqua della presente invenzione;

la figura 13 ,è una vista in pianta della presente invenzione, presa lungo la linea 12-12 della figura 1; e

la figura 14 è una vista in elevazione, in sezione parziale, di una' seconda forma di realizzazione della presente invenzione.

Sebbene l invenzione verrà descritta in conformità alle sue forile di realizzazione preferite, tali descrizioni non debbono limitare l'invenzione. Di conseguenza, l'invenzione è destinata a comprendere tutte le alternative, modifiche ed equivalenze che possono essere incluse nel vero e proprio senso e nell'ambito dell'invenzione, come definito nelle allegate rivendicazioni.

DESCRIZIONE DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE

La presente invenzione è costituita da un separatore centrifugo ad una passata, a flusso migliorato. I miglioramenti di flusso consentono che separazione efficienti ’si manifesti, mitigando nel contempo i problemi sopra discussi. Sebbene l'invenzione verrà descritta con riferimento alla separazione di petrolio e di acqua nell'approntamento della produzione di un campo petrolifero, l'invenzione può comprendere altri usi. Nella misura in cui la descrizione è specifica ad un uso particolare, essa è destinata soltanto come illustrativa e non è destinata ad essere limitante.

In una prima forma di realizzazione, l'invenzione include: a) un rotore montato in modo da consentire la rotazione attorno ad un asse centrale, b) mezzi di azionamento per fornire energia per quella rotazione, c) un acceleratore che accelera gradualmente il fluido in uscita verso la parete interna del rotore, d) palette di separazione montate sulla parete interna del rotore, e e) mezzi per rimuovere i singoli strati separati dal rotore. Questa forma di realizzazione della presente invenzione è particolarmente idonea per miscele di entrata che hanno quantità minime di materiale dissolto e materiale particellare. La miscela può includere gas di soluzione.

In operazione,., la presente invenzione, ha un numero di perfezionamenti rispetto alla tecnica precedente. In una forma di realizzazione, il fluido che deve essere separato esce da un ugello di alimentazione del fluido in una configurazione di flusso controllata vicino all asse di rotazione del rotore. Fluido fatto entrare all'acceleratore in quel modo è un perfezionamento rispetto alla tecnica precedente, che riduce al minimo sia la creazione di zona di taglio e sia la,miscelazione di fluido che da come risultato brusca esposizione a forze di rotazione.

L'acceleratore ha canali elicoidali che accelerano gradualmente il fluido in uscita verso la parete interna del rotore attraverso forze di attrito impartite dalle pareti dei canali. Questo miglioramento rispetto alla tecnica, riduce al minimo la possibilità che grandi particelle di fluido nella miscela di entrata vengano assoggettate a forze che provocano frantumazione in particelle più piccole. La riduzione al minimo di' frantumazione di particelle grandi migliora la qualità del fluido di uscita.

I canali elicoidali consentono inoltre che venga mantenuto un flusso di fluido regolare nel rotore, e consentono che la velocità di rotazione del fluido che lascia l'acceleratore, si avvicini alla velocità di rotazione del rotore. Questo perfezionamento nella differenza relativa nella velocità di rotazione rispetto alla tecnica precedente, riduce la turbolenza nel rotore.

La miscelazione sulla uscita dei canali facoltativamente può essere ridotta al minimo da un deflettore di alimentazione installato nel rotore. Il deflettore di alimentazione ha una fessura sulla ubicazione approssimativa della interfaccia fra i due strati di liquido, riducendo al minimo il moto circonferenziale relativo di particelle di fluido.

Non vi è centrifuga di tecnica precedente che incorpori gli attributi di zona di separazione della presente invenzione. Flusso di fluido viene controllato da palette di separazione e da deflettori di zonizzazione, che creano zone di separazione nel rotore e aiutano la separazione riducendo al minimo il flusso di taglio sulla interfaccia fra strati. I deflettori di zonizzazione alimentano la attendibilità del sistema di rivelazione e di controllo del livello del fluido esemplificando le configurazioni di flusso attorno ai galleggianti per il livello del fluido. I deflettori di zonizzazione isolano inoltre il processo di separazione della massa che avviene vicino al deflettore di alimentazione dalla separazione di particelle fini che avviene vicino alla uscita del rotore .

Miscelazione di fluido traversalmente alle facce può anche essere ridotta al minimo mediante anelli a barriera installati sui deflettori di zonizzazione e inoltre sulla ubicazione dei loro sfiori su cui gli strati vengono rimossi dal rotore. In seguito al fatto che i deflettori di zonizzazione forzano il flusso ad avvenire soltanto vicino alla parete interna del rotore vicino alla superficie dellos strato di fluido più leggero, il flusso radiale viene minimizzato, eliminando così la miscelazione sugli sfiori. Non vi è separatore di tecnica precedente che incorpi questo miglioramento.

In una forma di realizzazione della presente invenzione, le palette di separazione si estendono longitudinalmente lungo la parete interna del rotore senza interruzione fatta eccezione per la ubicazione dei deflettori di zonizzazione, se presenti. In una forma di realizzazione alternativa, le palette sono installate longitudinalmente lungo la parete interna in sezioni sfalzate. Questa forma di realizzazione, che può anche includere deflettori di zonizzazione, fa aumentare la coalescenza del fluido creando punti di ristagno del flusso.

Con riferimento ora alla figura 1, la centrifuga 20 consiste di un rotore 22 di un tubo di alimentazione 24, montanti internamente ad un idoneo alloggiamento esterno (non mostrato). Mezzi di azionamento 19 consentono che il rotore 22 ruoti attorno all'asse centrale 23 del rotore 22. Il tubo di alimentazione 24 è rigidamente attaccato all'alloggiamento esterno (non mostrato) e non ruota con il rotore 22.

Come mostrato in modo migliore nella figura 2, miscela - che deve essere separata esce dall'alloggiamento 31 dell'ugello, che è fissato alla estremità del tubo di alimentazione 24 mediante filettature (non mostrate), daldatura o altri noti mezzi. Come mostrato nella figura 3, l'ugello 26 del tubo di alimentazione consiste di raggi 30 dell'ugello e alloggiamento 31 dell'ugello. La miscela esce dall'ugello attraverso aperture fra i raggi 30 e, come mostrato nella figura 2, viene diretta dal cono 33 contro la parete interna 39 del cappello 35 dell'alloggiamento dell'acceleratore. Il cono 33 è saldato ai raggi 30 dell’ugello, i quali sono saldati all'alloggiamento 31 dell'ugello. Come mostrato nelle figure 2 e 4, il cappello 35 dell'acceleratore contiene palette 40 dell'acceleratore che dirigono miscela in basso ed impediscono slittamento di fluido lungo la parete interna 39 del cappello 35. Le palette 40 sono più corte vicino all'alloggiamento 31 che vicino al connettore 37 a montante per ridurre al minimo la turbolenza nella miscela alla entrata nel cappello 35. Palette 40 hanno la altezza, vicino all'alloggiamento 31, che si avvicina all'altezza del livello 27 del liquido. Il cappello 35, il connettore a montante 37 e l'alloggiamento 38 sono collegati a mezzo di una pluralità di bulloni circonferenzialmente distanziati 29;

Come mostrato nella figura 2A, 1'alloggiamento 38 dell'acceleratore può anche essere modificato per consentire separazione di un componente di gas della miscela del fluido di entrata. Il gas si separerà dai fluidi mano a memo che la miscela fluisce lungo la parete interna 39 del cappello 35. Gas separato verrà sfogato nel rotore 22 da uno o più sfiati 206 per il gas che penetrano nell'alloggiamento 38 dell'acceleratore. La rimozione del gas dal rotore 22 avviene attraverso tuia luce 208 per il gas controllata a pressione, nella porzione superiore del tubo di alimentazione 24 (figura 1). La luce 208 del gas è collegata, attraverso una tubazione (non mostrata) all'interno del tubo di alimentazione 24, ad un dispositivo di regolazione della pressione e ad una valvola che lavorano congiuntamente per consentire al gas di uscire dal rotore 22. Tali luci per il gas controllate a pressione sono ben note nella industria.

Cuscinetti 34 consentono moto relativo fra il cono stazionario 33 e l'alloggiamento 32 di montaggio del cuscinetto. L'alloggiamento 32 di montaggio del cuscinetti è collegato al connettore a montante 37 a mezzo di montanti 36 dell'acceleratore. L'organo 15 che porta il.cuscinetto si avvita nel cono 33 e tiene in posizione cuscinetti 34 sulla porzione inferiore del cono 33. Una disposizione di tenuta impedisce il contatto della miscela con i cuscinetti 34. I cuscinetti 34 vengono lubrificati mediante una linea di lubrificazione 28 la quale è ubicata all'interno del tubo di alimentazione 24. Materiale lubrificante viene pompato dalla linea 28 nel passaggio 14 e nella cavita a forma di coppa formata dall'alloggiamento 32, e viene forzato in alto verso i cuscinetti 34 mantenendo idonea forza di pressione dalla linea 28.

Come mostrato nelle figure 1 e 6, l'alloggiamento 38 dell'acceleratore si accoppia strettamente sul complesso 44 dell'acceleratore, che consiste di una pluralità di canali elicoidali concentrici 43 avvolti attorno ad un nucleo 42 dell'acceleratore. Nella ' forma di realizzazione preferita, dodici canali elicoidali 43 sono montati sul nucleo 42. Come mostrato nelle figure 1, 5 e 6, miscela fluisce lungo la parete interna dell'alloggiamento 38 ed entra in ciascuno dei passaggi 41 fra i canali elicoidali 43. Miscela viene gradualmente accelerata mediante forza di attrito mano a mano che la miscela fluisce attraverso ì passaggi 41. L'alloggiamento 38 dell'acceleratore impedisce alla miscela di lasciare i passaggi 41 fino a che la miscela fluisce al fondo del complesso 44 di acceleratore.

Come mostrato nelle figure 1, 7 e 8, l'alloggiamento 38 dell'acceleratore è collegato al rotore 22 attraverso un supporto d'angolo 49 e una piastra 46 a deflettore di alimentazione. La piastra 46 è progettata in modo che aperture 48 si presentano alla distanza dalla parete interna 21 del rotore 22 su cui l'interfaccia 51 del fluido si svilupperà durante il funzionamento della centrifuga 20. La piastra 46 è collegata al rotore 22 mediante saldatura o altri idonei mezzi di connessione-, che possono anche consentire la rimozione della piastra 46 dalla centrifuga 20, se cosi desiderato.

Come è mostrato nella figura 1, miscela fluisce in uscita dai canali 43 nel complesso 44 nell' cingolo inferiore del rotore 22. Oltre a collegare 1 'alloggiamento 38 al rotore 22, il supporto d'angolo 49 impedisce slittamento della miscela lungo la parete interna 21 del rotore 22 ed è di ausilio al flusso attraverso le aperture 48 nella<* >porzione superiore del rotore 22.

Come mostrato nelle figure 1, 9, 10 e 11, la porzione superiore del Motore 22 è suddivisa in zone di separazione mediante palette di superficie 52 installate longitudinalmente e palette di interfaccia 54, e piastre a deflettore di zonizzazione 56 installate lateralmente. Preferibilmente, le palette di superficie 52 si alternano con le palette di interfaccia 54, con almeno una<' >paletta di interfaccia 54 fra ciascuna coppia di palette di superficie 52. In una forma di realizzazione preferita, quattro palette di interfaccia sono distanziate equidistantemente fra ciascuna coppia di palette di superficie.

Le palette 54 preferibilmente sono fabbricate sagomando la lastra di acciaio inossidabile in porzioni a forma di U ed installando le porzioni con la base della U disposta contro la parete interna 21. Le palette 52 sono lastre di acciaio inossidabile piatte montate fra porzioni ad D adiacenti. Questo metodo di costruzione delle palette 52 e delle palette 54 è vantaggioso poiché la lamiera di acciaio inossidabile ha resistenza strutturale sufficiente per resistere alla forza risultante dalla rotazione del rotore 22.

La altezza delle palette di superficie 52 viene scelta in modo che la superficie della miscela che viene separata sia leggermente al di sotto della punta delle palette 52. Questo attributo di progettazione -impedisce flusso ad onda nell'interno della centrifuga 20 e riduce al minimo la miscelazione del fluido. La altezza delle palette 54 di interfaccia viene scelta in modo che la posizione della interfaccia 51 fra i singoli componenti della miscela è leggermente al di sotto della punta delle palette 54. Questo attributo di progettazione favorisce la coalescenza del componente più pesante in uno strato adiacente alla parete interna 21 del rotore 22. In aggiunta, il volume fra palette adiacenti viene ridotta al minimo, riducendo perciò al minimo la manifestazione di flussi secondari che impediscono la coalescenza.

Come mostrato nella figura 10, le palette 52 e le palette 54 sono longitudinalmente continue lungo la parete interna 21 del rotore 22, eccetto che sulla ubicazione delle piastre 56 a deflettori di zonizzazione. In una ‘forma di realizzazione alternativa mostrata nella figura 10A, le palette 52 e le palette 54 sono installate longitudinalmente in porzioni sfalzate a pezzo. Questa forma di realizzazione, che può anche includere piastre 56, aumenta la coalescenza del fluido creando punti di ristagno del flusso.

Preferibilmente, una o più piastre a deflettore di-zonizzazione anulari 56 sono attaccate alle palette 52 e alle palette 54, come mostrato nelle figure 1, 10 e 11. Le piastre 56 possono essere o installate permanentemente oppure possono essere amovibili. Le piastre 56 sono posizionate in modo che lo strato più pesante, che si raccoglie vicino alla parete 21 del rotore 22, fluisca fra la parete 21 e la piastra 56. Lo strato più leggero, che si forma lontano dalla parete 21 sulla sommità dello strato più pesante, fluisce al di .sopra del bordo interno della piastra 56. In questo modo, la piastra a deflettore 56 riduce al minimo il flusso vicino alla interfaccia fra gli strati, riducendo perciò al minimo la miscelazione dei componenti fluidi durante ·ϋ funzionamento della centrifuga. Uno o più anelli a barriera 77 fissati alla piastra 56 possono anche essere utilizzati per ridurre al minimo la miscelazione sulla interfaccia dello strato di fluido.

La forma di -realizzazione mostrata nella figura 1 include un sistema rivelatore di livello di fluido che utilizza galleggianti per rivelare lo spessore degli strati. Tuttavia, come è ben noto nel ramo, può essere utilizzato qualsiasi sistema rivelatore in grado di rivelare lo spessore degli strati. Il sistema illustrato nella figura 1 utilizza un galleggiante 60 per · livello di liquido fissato a bulloni 58 per galleggiante di livello di liquido in un modo che consente al galleggiante 60 dì muoversi radialmente in relazione alla parete interna 21. Similmente, il sistema utilizza un galleggiante di interfaccia 64, anch'esso fissato in modo amovibile radialmente a bulloni 62 'per galleggiante di interfaccia. Il galleggiante 60 ha un peso specifico minore di quello del componente più leggero del fluido della miscela che viene separata e poggia perciò sulla superficie del fluido più leggero. Il galleggiante 64 ha un peso specifico fra i pesi specifici dei due componenti del fluido, e pertanto poggia sulla interfaccia fra i due strati. La scelta del peso specifico del galleggiante 60 e del galleggiante 64, come indicato, consente che il sensore di superficie 66 ed il sensore di inteirfaccia 68 determinino lo spessore di ciascuno dei due strati. Sistemi rivelatori di livello di fluido come illustrato nella figura 1, sono ben noti nel ramo e non richiedono ulteriore discussione. Un sensore di trabocco 70 assicura che il sistema rivelatore di livello di fluido stia lavorando correttamente ed è anch'esso ben noto nel ramo.

La rimozione di. fluido dai singoli strati nel rotore 22-comporta tecniche standard di sfioro per centrifuga, ben note nel ramo, che non richiedono una discussione dettagliata. Come mostrato nelle figure 1 e 12, la camera 74 dell'olio è formata dal braccio 80 della camera dell'olio, l'alloggiamento 86 della camera dell'olio e il braccio 82 della camera dell'acqua. Il braccio 80 è collegato all'alloggiamento 86 mediante bulloni 84 circonferenzialmente distanziati, i quali sono progettati per mantenere uno spazio di flusso di fluido fra il braccio 80 e l'alloggiamento 86. La camera 76 dell'acqua è formata<' >a mezzo del braccio 82 della camera dell'acqua e il cappello 83 del rotore. Il braccio 82 della camera dell'acqua è collegato all'alloggiamento 86 della camera del petrolio a mezzo di un·bullone 88. Fluido dallo strato più leggero del petrolio fluisce al di sopra dello sfioro 85 per il petrolio, fra il braccio 80 e l'alloggiamento 86, nella camera 74 per il petrolio. Fluido dallo strato dell'acqua più pesante fluisce fra la parete 100 dell'alloggiamento 86 e la parete interna 21 del rotore 22 nella camera 76 dell'acqua. Uno o più anelli a barriera 78 impediscono flusso trasversale e miscelazione sulla interfaccia fra strati sulla ubicazione dell'alloggiamento 86 della camera per il petrolio .

Come mostrato nella figura 3, passaggi per fluido fra la parete 100 e la parete interna 21 si presentano sulla circonferenza interna del rotore 22. Come mostrato nelle figure 1, 12 e 13, il braccio 82 della camera dell'acqua ha un orlo 90 inserito nel rotore 22. L'orlo 90 consente che il cappello 83 del rotore ed il rotore 22 tengano in posizione il braccio 82 della camera dell'acqua. Fluido viene rimosso dalla camera 74 e dalla camera 76 a mezzo di una paletta 94 di raccolta del petrolio e una paletta 96 di raccolta dell'acqua che vengono tenute in posizione a mezzo di morsetti 98 e che hanno aperture 95 e 97 attraverso le quali fluisce il fluido. Sia la camera 74 per il petrolio e sia la camera 76 per l'acqua hanno una pluralità di alette 102, alette 104 e alette 106 che scoraggiano lo slittamento di fluido all'intèrno delle camere 74 e 76.

In aggiunta agli attributi di coalescenza del fluido notati sopra, le palette di superficie 52 e le palette di interfaccia 54 rappresentano inoltre un perfezionamento rispetto al settore nella facilitazione della lavabilità della centrifuga. Specificatamente, come mostrato nella figura 1, il tubo di alimentazione stazionario 24 include ugelli 110 che consentono che fluidi vengano spruzzati nel rotore 22 per pulire la centrifuga 20. La spaziatura delle palette 52 e 54 e dei deflettori di zonizzazione 56 consente accesso sostanzialmente completo all'intero rotore da parte di fluidi detergenti spruzzati. Progettazioni di centrifuga di tecnica precedente non consentono accesso completo per pulitura senza usare palette di altezza costante relativamente largamente distanziate che non ottengono le efficienze di separazione della presente invenzione. Altri meccanismi di migli orcimento della separazione, come un retino, non sono lavabili.

La pulitura dei passaggi 41 nel complesso di acceleratore 44 viene compiuta pompando fluidi detergenti attraverso ‘l'ugello 26 del tubo di alimentazione nel complesso 44. Materiale dissolto, se presente, viene rimosso dal rotore 22 in soluzione attraverso le camere 74 e 76.

Una seconda forma di realizzazione della presente invenzione è mostrata nella figura 14. Questa forma di realizzazione è particolarmente idonea per applicazioni in cui quantità più grandi di cera o altra materia dissolta, o sabbia o altro materiale particellare è previsto sia presente nella miscela di entrata. Essa è inoltre adatta a consentire la separazione di un componente di gas di soluzione della miscela di entrata.

Il funzionamento di questa forma di realizzazione generalmente è simile al funzionamento della prima forma di realizzazione sopra discussa, con le seguenti alterazioni. Miscela che deve essere separata viene diretta dal cappello 33 dell'ugello contro la parete interna 200 della estensione 202 dell'alloggiamento dell'acceleratore. La estensione 202 è attaccata all'alloggiamento 38 a mezzo di bulloni 201. La parete interna 200 contiene palette 40 per dirigere miscela in basso ed impedire slittamento o scorrimento di fluido .lungo la parete 200. Lo schermo 204 a paletta dirige inoltre il flusso della miscela. La parete interna 199 dell'alloggiamento 38 può anche contenere palette (non mostrate) per impedire scorrimento di fluido.

Mano a mano che la miscela fluisce lungo la parete interna 200 della estensione 202 dell'alloggiamento sulla parete interna 199 dell'alloggiamento 38. .Il componente gassoso della miscela si separerà dai liquidi. Il gas si raccoglierà nello spazio al di sotto dell'alloggiamento 38 e verrà sfogato nel rotore 22 a mezzo di uno o più sfiati 206 installati nell 'alloggiamento 38. Gas sfogato verrà rimosso dal rotore 22 a mezzo della luce 208 per il gas. Miscela fluisce lungo la parete interna 199 dell'acceleratore 38 nell'angolo inferiore del rotore 22. Flusso di miscela attraverso la piastra a deflettore di alimenta zi/ine 46 avviene come descritto sopra. Palette di superficie 52, palette di interfaccia 54 e piastre a deflettore di zonizzazione 56, sono anch'esse come sopra descritto.

Il sistema di rivelazione di fluido è inoltre come sopra descritto, fatta eccezione che sia il galleggiante 60 del livello del liquido e sia il galleggiante 64 di interfaccia sono circondati da una parete 210 del galleggiante che impedisce accumulazione di cera e altra materia che può impedire il funzionamento del galleggiante 60 o del galleggiante 64. Lo sfiato 212 nella porzione a valle della parete 210 consente accesso al fluido all'interno della parete 210 per consentire percezione di livelli di interfaccia e di liquido.

Fluidi detergenti vengono fatti entrare al rotore a mezzo di ugelli 110. La tubazione 214 che fornisce fluido di alimentazione per gli ugelli 110 è esterna al tubo di alimentazione 24, contrariamente alla tubazione interna della forma di realizzazione sopra discussa. Gli ugelli 110 forniscono accesso del fluido detergente sostanzialmente a tutte le palette e deflettori. Fluido detergente e materiale dissolta si raccolgono sul fondo del rotore 22, passano di ritorno attraverso la piastra a deflettore di alimentazione 46 e vengono rimossi dal ^rotore mediante una tubazione 216 di rimozione dei detriti. Materia particellare che si accumulerà al di sotto dell'alloggiamento 38 senza passare attraverso il complesso 45, viene anch'essa rimossa dalla tubazione 216.

Sono state eseguite numerose serie di prove con un prototipo della centrifuga mostrata nella figura 1. Il prototipo aveva un diametro da 14,pollici (pari a cm 35,56) e altezza di 35 pollici (pari a cm 88,90). Le palette di superficie 52 avevano una altezza di 1,638 pollici (pari a cm 4,16) sono state installate sulla parete interna 21 del rotore 22 ad una spaziatura circonferenziale di 10 gradi, con quattro palette di interfaccia 54 alte 0,75 pollici (pari a cm 1,90) distanziate in modo equidistante fra ciascuna coppia di palette di superficie. Sono state eseguite prove comparative di questo prototipo rispetto ad una centrifuga avente palette alte 1,638 pollici (pari a cm 4,16) distanziate equidistantemente per 4,6 gradi. Il perfezionamento della prestazione di petrolio in acqua per la disposizione a palette di superficie di -interfaccia è stato del 28,6% ad una portata di 1400 barili al giorno (71,4% contenuto d'acqua) e 87,2% ad ui*a portata di 2000 barili al giorno (50% contenuto d'acqua).

Una serie separata di prove sono state eseguite per valutare la prestazione delle piastre a deflettore di zonizzazione 56. In queste prove, una singola piastra a deflettore 56 è stata installata circonferenzialmente nel rotore 22 ad una distanza approssimativamente di un diametro di rotore dal fondo del rotore 22. Palette di superficie di interfaccia sono state inoltre installate nel prototipo, e sono state fatte comparazioni relative a prestazione senza la piastra a deflettere.. Il perfezionamento di prestazione e di petrolio in acqua per la piastra a deflettore è stato del- 58% ad una portata di 2166 barili al giorno (55,6% acqua) e 53% ad una portata di 1805 barili al giorno (55,6% acqua).

Sarà chiaro che l invenzione non deve essere indebitamente limitata in quanto anzidetto che è stato esposto a scopi illustrativi. Numerose modifiche e alternative saranno chiare per coloro che sono esperti nel ramo senza allontanarsi dal vero e proprio ambito dell'invenzione, come definito nelle seguenti rivendicazioni.

Claims (14)

1. Apparecchio per separare i componenti di una miscela di due liquidi con pesi specifici differenti, detto apparecchio comprendendo: a) un rotore <' >cavo atto alla rotazione attorno ad un asse longitudinale e avente una parete interna suddivisa in ima pluralità di zone di separazione del fluido, dette zone di separazione formate da una pluralità di palette montate longitudinalmente di modo che almeno ima paletta relativamente più corta è montata fra ciascuna coppia di palette relativamente più alte; b) mezzi per introdurre detta miscela in detto rotore che accelerano gradualmente detta miscela alla velocità di rotazione di detto rotore; c) mezzi per far ruotare detto rotore attorno a detto asse longitudinale, separando perciò detti liquidi in uno strato sostanzialmente più pesante e in uno strato sostanzialmente più leggero; e d) mezzi per rimuovere detti strati separati da detto rotore.

2. Apparecchi^ secondo la rivendicazione 1 in cui detti mezzi di introduzione comprendono un acceleratore di fluido generamente conico collegato a detto rotore, detto acceleratore presentando una pluralità di canali elicoidali adatti a disperdere detta miscela in detto rotore.

3 . Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di introduzione comprendono un involucro dell'acceleratore di fluido generalmente conico collegato a detto rotore, detto involucro presentando una parete interna con palette che si estendono all'interno, dette palette agendo per guidare detta miscela lungo detta parete interna di detto involucro e disperdere detta miscela in detto rotore .

4 . Apparecchio secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3 comprendente inoltre un tubo di alimentazione stazionario avente un ugello per disperdere detta miscela in detti mezzi di introduzione vicino all'asse di rotazione di detto rotore.

5. Apparecchio secondo la rivendicazione 4 comprendente inoltre palette di acceleratore montate in modo da incanalare detta miscela da detto ugello in detti mezzi di introduzione.

6. Apparecchio secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5,. in cui detti mezzi di introduzione comprendono inoltre un deflettore di alimentazione montato su detta parete interna di detto rotore vicino al punto su cui detta miscela esce da detti mezzi di introduzione, detto deflettore di alimentazione presentando aperture attraverso le quali fluisce detta miscela.

7. Apparecchio secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui dette zone di separazione sono inoltre , suddivise da almeno un deflettore di zonizzazione perpendicolare a dette palette montate longitudinalmente, detto deflettore è collegato a dette palette montate longitudinalmente di modo che detto strato sostanzialmente più pesante fluisce fra il bordo esterno di detto deflettore e la parete interna di detto rotore e detto strato sostanzialmente più leggero fluisce al di sopra del bordo interno .di detto detflettore.

8. Apparecchio secondo la rivendicazione 7, comprendente inoltre almeno un anello a barriera montato su almeno uno di detti deflettori di zonizzazione, in cui detti anelli impediscono la miscelazione di fluido sulla interfaccia fra detti strati sulla ubicazione di detto deflettore di zonizzazione.

9. Apparecchio secondo la rivendicazione 4 o la rivendicazione 5 in cui detto tubo di alimentazione comprende inoltre almeno un ugello di lavaggio per spruzzare fluidi detergenti in detto rotore.

10. Apparecchio per separare i componenti di una miscela di due liquidi con pesi specifici differenti, detto apparecchio comprendente: a) un rotore cavo adatto alla rotazione « attorno ad un asse longitudinale e avente una parete interna suddivisa in zone di separazione di fluido a mezzo di una pluralità di palette montate longitudinalmente, di modo che quattro palette relativamente più corte sono montate fre ciascuna coppia di palette relativamente più alte e inoltre mediante almeno un deflettore di zonizzazione perpendicolare a dette palette; b) un acceleratore di fluido generalmente conico collegato a detto rotore, detto acceleratore presentando una pluralità di canali elicoidali adatti a disperdere detta miscela contro detta parete interna di . detto Motore e avente inoltre un deflettore di alimentazione montato sul punto in cui detta miscela esce da detti canali elicoidali, detto deflettore di alimentazione presentando aperture attraverso le quali fluisce detta miscela; c) un tubo di alimentazione stazionario avente un ugello per introdurre detta miscela in detto acceleratore vicino all'asse di rotazione di detto acceleratore, detto tubo di alimentazione presentando inoltre almeno un ugello di lavaggio per spruzzare fluidi detergenti in detto rotore; d) mezzi per far ruotare detto rotore attorno a detto asse, separando perciò detti liquidi in uno strato sostanzialmente più pesante e in uno strato sostanzialmente più leggero, detto strato più pesante fluendo fra il bordo esterno di detto deflettore di zonizzazione e la parete interna di detto rotore e detto strato più leggero fluendo al di sopra del bordo interno di detto deflettore di ionizzazione; e e) mezzi per rimuovere detti strati separati da detto rotore.

11. Apparecchio secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui detta miscela contiene inoltre gas, detto apparecchio comprendendo inoltre mezzi per rimuovere detto gas da detto rotore.

12. Apparecchioper separare in componenti di una miscela di due liquidi con pesi specifici differenti, e gas in soluzione, detto apparecchio comprendendo: a) un rotore cavo atto alla rotazione attorno ad un asse longitudinale e avente una parete interna suddivisa in zone di separazione di fluido mediante una pluralità di palette montate longitudinalmente di modo che quattro palette relativamente più corte sono montate fra ciascuna coppia di palette relativamente più alte e inoltre mediante almeno un deflettore di zonizzazione perpendicolare a dette palette; b) un involucro di acceleratore di fluido generalmente conico collegato a detto rotore, detto involucro presentando una pluralità di palette che si estendono all'interno e atte a disperdere detta miscela contro detta parete interna di detto rotori, detto involucro presentando inoltre un deflettore di alimentazione montato sul punto in cui detta miscela esce da detto involucro, detto deflettore di alimentazione presentando delle aperture attraverso le quali fluisce detta miscela, detto involucro presentando inoltre uno o più sfiati per il gas per sfogare gas in detto rotore; c) un tubo di alimentazione stazionario avente un ugello per introdurre detta miscela in detto acceleratore vicino all asse di rotazione di detto acceleratore, detto tubo di alimentazione presentando inoltre almeno un ugello di lavaggio per spruzzare fluidi detergenti in detto rotore, e avendo una o più luci per il gas per rimuovere detto gas da detto rotore; d) mezzi per far ruotare detto rotore attorno a -detto asse, separando perciò detti liquidi in uno strato sostanzialmente più pesante e in uno strato sostanzialmente più leggero, detto strato più pesante fluendo fra il bordo esterno di detto deflettore di zonizzazione e la parete interna di detto rotore e detto strato più leggero fluendo al di sopra del bordo interno di detto deflettore di zonizzazione; e e) mezzi per rimuovere detti strati separati da detto rotore.

13 . Apparecchio secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui detti mezzi di rimozione comprendono inoltre almeno un anello a barriera montato in modo da impedire miscelazione di fluido attraverso la interfaccia fra detti strati sulla ubicazione di detti mezzi di rimozione.

14. Apparecchio secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui detta miscela contiene in aggiunta cera, sabbia o altra materia, detto apparecchio comprendendo inoltre mezzi per rimuovere detta materia che si accumula nell'interno di detto rotore.