JP7142967B2 - Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システム - Google Patents

Description

本発明は、油ガス田の開発及び採掘工事の分野における効率的な気液分離方法に関し、特に、コンパクト型、Ｔ字形管路網、３段軸流脱気の管式気液分離装置及びそのリアルタイム制御システム、プロセスフローに関する。

石油ガス井から採掘された天然ガスを遠距離輸送するためには動力を提供する必要があり、天然ガス中の液相成分及び不純物は、タービン類動力装置に燃料を供給するときに機械の故障を引き起こし、程度が異なるが、下流設備へ汚染やダメージに与え、また、液相成分の存在により天然ガスの露点を低下させ、温度が下がると天然ガスが輸送中に液体を析出させ、このため、天然ガスを集中輸送する前に気液分離作業が必要とされる。

気液分離メカニズムに従って、現在、重力分離器、濾過分離器及び組み合わせ式旋回流コアレッサなど、さまざまなタイプの分離器が開発されている。そのうち、重力分離器は、構造がシンプルであり、加工製造コストが低く、さまざまな気液分離の作業状況を満たすという利点を有するが、明らかな欠点があり、つまり、十分な空間が必要とされ、重力により分離するため滞在時間が長く、分離効率が低く、天然ガスから分離し得る臨界液滴の粒径が１００μｍ以下であり、このため、分離気液二相流中の小粒径液滴を分離できず、地面での天然ガスの分離作業にしか適用できない。濾過分離器は、分離臨界液滴粒径が大きく、分離効率が低く、分離のために滞在時間が長いなど、重力分離器の問題を解決できるものの、濾過分離器の主要部材であるフィルタエレメントでは、分離工程中に詰まりなどの問題が発生しやすく、その結果、分離前後の気液二相流体の圧力降下を急速に増大させ、分離器のフィルタエレメントの定期的な交換が必要とされ、そして、分離器のフィルタエレメントが繰り返し使用される場合、洗浄や汚物排出の工程が複雑である。組み合わせ式旋回流コアレッサは、多管遠心式分離器とメッシュコアレッサとを有機的に組み合わせることで、気液二相の流量が大きい場合、二次携帯が深刻であるという問題を解決するが、この組み合わせ式分離器では、フラッディングが発生しやすく、汚染物の処理効果が劣り、詰まりが発生しやすく、かつ、排液方向が分離効率に直接影響し、気液二相の流動圧力降が大きい。なお、現在、中国国内では、コンパクト型の効率的な気液分離技術についての研究はまだ試験段階である。

このため、従来の実施可能な技術に基づいて、コンパクト化、効率化及び知能化を基本的な原則として、油ガス田の開発及び採掘工事の分野においてガス含有井戸液を高度脱気するために好適な３段軸流気液分離装置が開発され、それにより、設備の占有面積を減らし、分離効率を高め、ガス中の含液量を低下させ、遠隔スマート制御を実現する目的を達成させる。

従来の油ガス田の開発及び採掘工事における重力式、濾過式、及び組み合わせ式の気液分離方法に存在する欠陥及び欠点を解決し、中国国内では、コンパクト型の効率的な脱気技術はまだ初期及び試験の段階にあるという研究の現状を改善するために、本発明の目的は、油ガス田の開発及び採掘工事の分野においてガス含有井戸液を高度脱気するために好適なＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムを提供することである。該３段軸流気液分離装置は、３段軸流気液分離プロセス及びそのリアルタイム制御システムによって、各段の脱気作業を遠隔的かつ自動的に制御し、ガス含有井戸液及び各段の気流や液流の流量と流動圧力を自動的に制御し、気液が効率的に分離し、ガス中の含液量が低く、液中のガス含有量が低く、遠隔スマート制御が可能であるなどの特徴を有する。

本発明では、その技術的課題を解決するために使用される技術的解決手段は、Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムを開発しており、このＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置は、主に、第１段の軸流脱気器、第２段の旋回流脱気器、第３段の射流脱気器、１段軸流脱気制御システム、２段旋回流脱気制御システム、及び３段射流脱気制御システムからなる。第１段の軸流脱気器は水平に配置され、第２段の旋回流脱気器及び第３段の射流脱気器は、縦方向に配置され、第１段の軸流脱気器に同時に垂直に交差して配設され、第１段の軸流脱気器、第２段の旋回流脱気器、及び第３段の射流脱気器は、互いにフランジを介して接続されてＴ字形管路網に組み合わせられ、ガス含有井戸液の３段軸流気液分離を実現し、１段軸流脱気制御システム、２段旋回流脱気制御システム、及び３段射流脱気制御システムは、第１段の４つの軸流による高速脱気作業、第２段の単一旋回流による高速脱気作業、及び第３段の方向変更射流による高度脱気作業工程を遠隔的かつ自動的に制御する。

第１段の軸流脱気器は、横型柱状単管を用い、第１段の４つの軸流による高速脱気作業を実施し、ガス含有井戸液の大部分の液相を除去して１段気流及び１段液流にし、軸流紡錘形、Ｔ字形軸流管、円錐状軸流羽根、軸流集気管、及び気管接続スリーブを含む。

軸流紡錘形は、給液円錐部、軸流形成歯柱、及び出液円錐部を組み合わせたものであり、軸流紡錘形の給液円錐部と出液円錐部はいずれも円錐面を用い、軸流形成歯柱の４つの軸流形成歯が円周方向に均等に分布しており、各軸流形成歯の歯ラインが軸流脱気管の内側壁に沿って展開する螺旋ラインを用い、各軸流形成歯の歯ラインを含む螺旋ラインのピッチが軸方向に増大していき、各軸流形成歯の歯ラインを含む螺旋ラインの左側端点での接線は軸流脱気管の軸線と平行し、その右側端点での接線が軸流紡錘形の中心線と交錯する。軸流形成歯柱の各軸流形成歯間に４本の軸流形成歯スロットが形成され、各軸流形成歯スロットの断面が、内部が広く外部が狭い台形であり、各軸流形成歯の歯頂面が同一の柱面に位置し、且つ歯頂面が軸流脱気管の内側壁と締まり嵌めし、それにより、各軸流形成歯は、締まり嵌めにより軸流紡錘形を軸流脱気管の左側内腔の軸方向に固定する。

Ｔ字形軸流管は、軸流脱気管、軸流排液管、及び軸流排気管からなる３方向管を用い、軸流脱気管の左側端がフランジを介して１段送液マニホールドに一体に接続され、軸流脱気管と軸流排気管の内側壁はいずれも柱面を用い、２つの管段が垂直に交差して配設され、軸流排液管の内外側壁には異なるテーパの円錐面が使用され、軸流排液管の内側壁を含む円錐面の小径端の円面の直径が仰角給液管の内径に等しい。

軸流集気管は曲がり管を用い、円錐状軸流羽根は軸流集気管の水平段部位において周方向に均等に分布しており、円錐状軸流羽根と軸流集気管は円周溶接方式により一体に接続され、軸流集気管の縦方向段の部位の外側壁は、シール性管ねじが旋削され、ネジ接続により気管接続スリーブに接続される。

円錐状軸流羽根は、楔形板式羽根の構造を用い、各円錐状軸流羽根では、軸流脱気管の周方向の両側の羽根面が位置する平面間の夾角が鋭角であり、各円錐状軸流羽根では、軸流脱気管の軸方向における羽根の外形が台形である。

気管接続スリーブの本体部分が、軸流排気管の内腔にはめ込まれて、その上端がフランジを介してＴ字形軸流管及びＴ字形緩衝管に一体に接続され、気管接続スリーブの内側壁の下部が、ネジ接続により円錐状軸流羽根と軸流集気管を軸流脱気管の右側内腔に固定する。

第１段の４つの軸流による高速脱気作業工程としては、ガス含有井戸液が軸流紡錘形の給液円錐部を介して軸流形成歯柱に導入され、各軸流形成歯がガス含有井戸液を４つの軸流に分割し、軸流形成歯スロット内の４つの軸流が絶えずに増速して方向を変更し、軸方向に沿って左斜めにＴ字形軸流管に流入し、４つの軸流が高速で回転しながら進み、その間に、ガス含有井戸液の大部分の液相が徐々に軸流脱気管の管壁に徐々に投げ出され、回転しながら流動している１段液流となり、１段液流が、軸流集気管の水平段部位の外側壁を経て円錐状軸流羽根に導入され、軸方向の均等な流れに調整されて軸流排液管から排出され、それと同時に、ガス含有井戸液中の気相が絶えずに軸流脱気管の中央部位に移動して回転円錐芯のような１段気流を形成し、１段気流が、軸方向に沿って右向きに軸流集気管に入り、軸流排気管及び気管接続スリーブを介して排出される。

第２段の旋回流脱気器は、縦型円錐柱状単管を用い、第２段の単一旋回流による高速脱気作業を実施し、１段液流に残った液相を除去して２段気流及び２段液流にし、この第２段の旋回流脱気器は、仰角給液管、円錐柱状旋回流管、柱状旋回流羽根、及び旋回流集気管を含む。

仰角給液管は、長くストレートな丸管を持ち、傾斜して配置され、仰角給液管の一端がフランジを介してＴ字形軸流管に一体に接続され、他端が、円周溶接により円錐柱状旋回流管の管壁に固定される。

円錐柱状旋回流管は、先端がフランジで密閉された柱体と円錐体を組み合わせた管を用い、その底端がフランジを介して２段排液マニホールドに一体に接続され、円錐柱状旋回流管は、上部柱状旋回流管段、円錐状旋回流管段、及び下部柱状旋回流管段を組み合わせたものであり、上部柱状旋回流管段の管壁には、仰角給液管に連通している円形流路が開けられ、仰角給液管の内側壁が、上部柱状旋回流管段の内側壁との結合部位と相接し、それにより、１段液流が仰角給液管を経て上部柱状旋回流管段に順調に入り、円錐状旋回流管段の内側壁には逆円錐面が使用され、一方、上部柱状旋回流管段及び下部柱状旋回流管段の内側壁には円柱面が使用され、そして、三者の管段の軸方向の高さが順次小さくなる。

柱状旋回流羽根は、矩形平板式羽根の構造を用い、各柱状旋回流羽根は、下部柱状旋回流管段の周方向に均等に配設され、その径方向の外側面と下部柱状旋回流管段の内側壁とが円周溶接され、それにより、柱状旋回流羽根は、円周溶接により円錐柱状旋回流管の下部内腔に固定され、各柱状旋回流羽根は、径方向の内側に互いに間隙を維持し、細長い柱状旋回流通路を構成する。

旋回流集気管は、気流捕集円錐状ケースと気体輸送用長曲がり管とを溶接してなり、気流捕集円錐状ケースは、円錐状旋回流管段の最上部に位置し、その内外側ケースの表面が同じテーパの円錐面とされ、また、気流捕集円錐状ケースの内側ケースの表面を含む円錐面の小径端の円面の直径が、気体輸送用長曲がり管の内径に等しく、気体輸送用長曲がり管は、水平段がフランジを介して気流輸送管に一体に接続され、その縦方向段の中央部が、円錐柱状旋回流管の先端のフランジを貫通しており、円周溶接により固定される。

第２段の単一旋回流による高速脱気作業工程としては、１段液流が、仰角給液管を経て下向きに傾斜して上部柱状旋回流管段に入り、管壁に沿って高速で回転しながら単一旋回流を形成し、単一旋回流が円錐状旋回流管段に入ると、管壁のテーパが大きくなり、流路の断面が素早く縮小して角運動量が増大し、回転速度が絶えずに上昇し、次に、単一旋回流が下部柱状旋回流管段に入り、短い時間滞在し、その間に、１段液流の残りの液相が円錐柱状旋回流管の管壁に徐々に投げ出され、下向きに回転しながら流動している２段液流となり、２段液流が柱状旋回流羽根により縦方向の均等な流れに調整されて排出され、それと同時に、１段液流の残りの気相が、絶えずに柱状旋回流羽根の細長い柱状旋回流通路に移動して円錐柱状旋回流管の中央部位に沿って逆方向に上昇して合流して２段気流となり、２段気流が、旋回流集気管の気流捕集円錐状ケースにより捕捉され、気体輸送用長曲がり管を介して排出される。

第３段の射流脱気器は、縦型柱状二重管を用い、第３段の方向変更射流による高度脱気作業を実施し、１段気流及び２段気流に含まれる小粒径液滴を除去して３段気流及び３段液流にし、第３段の射流脱気器は、Ｔ字形緩衝管、射流曲がり管、Ｔ字形射流管、及び射流接続ディスクを含む。

Ｔ字形緩衝管は、気流緩衝管と気流輸送管からなる３方向管を用い、Ｔ字形緩衝管がフランジを介して射流接続ディスクにされ接続、Ｔ字形射流管が旋回流集気管に一体に接続され、気流緩衝管と射流集液管の管径が等しく、気流緩衝管の管壁の中央部には、円周溶接により気流輸送管に接続された円形孔が開けられ、気流輸送管が、水平に配置され、気流緩衝管に垂直に交差して配設され、気流輸送管の内径が、気体輸送用長曲がり管の内径に等しい。

Ｔ字形射流管は、射流集液管と射流排液管からなる３方向管を用い、射流集液管の先端がフランジを介して３段排気マニホールドに一体に接続され、射流集液管の管壁の下部には、円周溶接により射流排液管に接続された円形孔が開けられ、射流排液管が、水平に配置され、射流集液管に垂直に交差して配設され、射流排液管の端部が、フランジを介して３段排液マニホールドに一体に接続される。

射流接続ディスクは、フランジ構造を用い、中央部位にはシール性管ねじが旋削され、射流曲がり管は、曲げヘッド付き長管を用い、外管壁がネジ接続により射流接続ディスクと同軸心に配設され、軸方向に固定され、それにより、射流曲がり管と気流緩衝管との間に二重管緩衝環状室が形成され、射流曲がり管と射流集液管之との間に二重管射流環状室が形成され、射流曲がり管の先端の水平段は射流集液管の内腔の上部に位置し、１段気流と２段気流の方向を変更する。

第３段の方向変更射流による高度脱気作業工程としては、小粒径液滴を含む１段気流が、それぞれ軸流集気管及び気管接続スリーブを流れるとともに、２段気流が順次旋回流集気管及び気流輸送管を経てＴ字形緩衝管に入り、二重管緩衝環状室内の１段気流及び２段気流が、緩衝された後、射流曲がり管を介して二重管射流環状室に入射され、方向変更及び減速を受け、その後、１段気流及び２段気流に含まれる小粒径液滴が、高度に除去されて３段気流及び３段液流を形成し、３段気流が、射流集液管の先端から排出されながら、３段液流が射流排液管から排出される。

１段軸流脱気制御システム、２段旋回流脱気制御システム、及び３段射流脱気制御システムは、ガス含有井戸液及び各段の気流や各段液流の流量と流動圧力自動的に制御する。Ｔ字形軸流管、円錐柱状旋回流管、及びＴ字形射流管の管壁は、それぞれ圧力放出弁に設置され、圧力放出弁は、過圧の作業状況が発生した場合、各内腔内の圧力を自動的に放出する。

１段軸流脱気制御システムでは、１段送液マニホールドには電磁流量計及び緊急遮断弁が設置され、電磁流量計は、流量コンバータを介して測定されたガス含有井戸液の総流量信号を積算流量表示メータに伝送することで、ガス含有井戸液を正確に計測する。緊急遮断弁は、ノーマルオープン状態であり、超高圧信号や各段脱気システムの故障が生じた場合、自動的に閉じてガス含有井戸液の供給を停止する。

１段軸流脱気制御システムでは、１段送液マニホールド及び１段排気マニホールドのそれぞれには１セットの圧力空気圧制御弁が設けられ、軸流排液管及び軸流排気管のそれぞれには圧力コンバータが設けられ、各圧力コンバータは、軸流排液管及び軸流排気管内の圧力状況を監視し、圧力指示コントローラ及び圧力変換器により圧力信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、最後に、１段送液マニホールドの圧力空気圧制御弁によりガス含有井戸液の流量を自動的に制御し、１段排気マニホールドの圧力空気圧制御弁により１段気流の流量を自動的に制御する。１段排液マニホールドには液位空気圧制御弁が設置され、Ｔ字形軸流管には液位コンバータが設けられ、液位コンバータは、軸流脱気管内の液位状況を監視し、液位変換器により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、最後に、１段排液マニホールドの液位空気圧制御弁により１段液流の流量を自動的に制御する。

２段旋回流脱気制御システムでは、２段排気マニホールドには圧差空気圧制御弁が設置され、旋回流集気管及び２段排液マニホールドのそれぞれには１セットの圧力コンバータが設置され、２段送液マニホールドには２セットの圧差コンバータが設けられ、各圧差コンバータ及び圧力コンバータは、それぞれ仰角給液管と旋回流集気管、及び仰角給液管と下部柱状旋回流管段との間の圧差状況を監視し、圧差指示コントローラ及び圧差式ガス電気変換器により圧差信号とガス信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、２段排気マニホールドの圧差空気圧制御弁の空気圧量を移動的に自動的に制御し、さらに２段気流の流量を自動的に調整する。２段排液マニホールドには、超音波液体流量計及び液位空気圧制御弁が順次に設置され、超音波液体流量計は、流量コンバータを介して測定された２段液流の流量信号を瞬時流量表示メータと積算流量表示メータに伝送することで、２段液流を正確に計測する。下部柱状旋回流管段には液位コンバータが設けられ、液位コンバータは、円錐柱状旋回流管内の液位状況を監視し、液位変換器により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、最後に、２段排液マニホールドの液位空気圧制御弁により２段液流の流量を自動的に制御する。

３段射流脱気制御システムでは、３段排気マニホールドには、超音波ガス流量計及び圧力空気圧制御弁が順次設置され、超音波ガス流量計は、それぞれ流量コンバータ、圧力コンバータ及び温度コンバータを介して測定された３段気流の流量、圧力及び温度信号を瞬時流量表示メータと積算流量表示メータに伝送することで、３段気流を正確に計測する。１段気流マニホールド及び２段気流マニホールドのそれぞれには圧力コンバータが設けられ、各圧力コンバータは気流緩衝管及び気流輸送管内の圧力状況を監視し、圧力指示コントローラ及び圧力変換器により圧力信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、最後に、３段排気マニホールドの圧力空気圧制御弁により３段気流の流量を自動的に制御する。

３段射流脱気制御システムでは、３段排液マニホールドには超音波液体流量計及び液位空気圧制御弁が順次設置され、超音波液体流量計は、流量コンバータを介して測定された３段液流の流量信号を瞬時流量表示メータと積算流量表示メータに伝送することで、３段液流を正確に計測する。Ｔ字形射流管には液位コンバータが設けられ、液位コンバータは、射流集液管内の液位状況を監視し、液位変換器により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、最後に、３段排液マニホールドの液位空気圧制御弁により３段液流の流量を自動的に制御し、射流集液管内の液柱圧力と３段気流動圧力との和と、射流排液管内の３段液流の圧力との間の動的平衡を自動的に制御する。

本発明による技術的効果は以下のとおりであり、すなわち、該３段軸流気液分離装置は、気液が効率よく分離され、ガス中の含液量が低く、液中のガス含有量が低く、遠隔スマート制御が可能であるなどの特徴を有し、第１段の軸流脱気器は、横型柱状単管を用い、第１段の４つの軸流による高速脱気作業を実施し、ガス含有井戸液の大部分の液相を除去して１段気流と１段液流にし、第２段の旋回流脱気器は、縦型円錐柱状単管を用い、第２段の単一旋回流による高速脱気作業を実施し、１段液流に残った液相を除去して２段気流と２段液流にし、第３段の射流脱気器は、縦型柱状二重管を用い、第３段の方向変更射流による高度脱気作業を実施し、１段気流及び２段気流に含まれる小粒径液滴を除去して３段気流及び３段液流にし、１段軸流脱気制御システム、２段旋回流脱気制御システム、及び３段射流脱気制御システムは、各段の脱気作業を遠隔的かつ自動的に制御し、ガス含有井戸液及び各段の気流や各段液流の流量と流動圧力を自動的に制御する。

以下、図面を参照しながら本発明をさらに説明するが、本発明は以下の実施例に制限されない。

本発明に係るＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムの代表的なプロセスフロー図である。 Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置の代表的な構造概略図である。 Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムの第１段の軸流脱気器の構造概略図である。 第１段の軸流脱気器の軸流紡錘形の構造概略図である。 第１段の軸流脱気器の円錐状軸流羽根及び軸流集気管の構造概略図である。 Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムの第２段の旋回流脱気器の構造概略図である。 図６の下面図である。 Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムの第３段の射流脱気器の構造概略図である。 Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムの１段軸流脱気制御システムのパイプライン及びメータの制御図である。 Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムの２段旋回流脱気制御システムのパイプライン及びメータの制御図である。 Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムの３段射流脱気制御システムのパイプライン及びメータの制御図である。

図１及び図２に示すように、Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムは、第１段の軸流脱気器１、１段軸流脱気制御システム２、第２段の旋回流脱気器３、２段旋回流脱気制御システム４、第３段の射流脱気器５、及び３段射流脱気制御システム６を含み、第１段の軸流脱気器１、第２段の旋回流脱気器３及び第３段の射流脱気器５はフランジを介して接続されてＴ字形管路網に組み合わせられ、それにより、ガス含有井戸液の３段軸流気液分離が実現される。

図１及び図２に示すように、Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置及びリアルタイム制御システムは、第１段の軸流脱気器１により、第１段の４つの軸流による高速脱気作業を実施し、ガス含有井戸液の大部分の液相を除去して１段気流及び１段液流にし、第２段の旋回流脱気器３により、第２段の単一旋回流による高速脱気作業を実施し、１段液流に残った液相を除去して２段気流及び２段液流にし、第３段の射流脱気器５により、第３段の方向変更射流による高度脱気作業を実施し、１段気流及び２段気流に含まれる小粒径液滴を除去して３段気流及び３段液流にする。１段軸流脱気制御システム２、２段旋回流脱気制御システム４、及び３段射流脱気制御システム６は、各段脱気作業を遠隔的かつ自動的に制御し、ガス含有井戸液及び各段の気流や各段の液流の流量と流動圧力を自動的に制御することを実現する。

図３～図５に示すように、第１段の軸流脱気器１は、Ｔ字形軸流管８及びその内部の軸流紡錘形７、円錐状軸流羽根９、軸流集気管１０及び気管接続スリーブ１１を含み、軸流紡錘形７は、給液円錐部１５、軸流形成歯柱１６及び出液円錐部１７を組み合わせたものであり、軸流形成歯柱１６の各軸流形成歯１８の間に４本の軸流形成歯スロット１９が形成され、軸流形成歯１８は、締まり嵌めにより軸流紡錘形７を軸流脱気管１４内に固定し、気管接続スリーブ１１の本体部位は、軸流排気管１３に嵌め込まれてフランジを介してＴ字形軸流管８及びＴ字形緩衝管に一体に接続され、軸流排液管１２はフランジを介して仰角給液管に接続される。

図３～図５に示すように、第１段の４つの軸流による高速脱気作業工程としては、ガス含有井戸液が軸流脱気管１４に入り、給液円錐部１５を介して軸流形成歯柱１６に導入され、各軸流形成歯１８がガス含有井戸液を４つの軸流に分割し、軸流形成歯スロット１９内の４つの軸流が絶えず増速して方向を変更し、軸方向に沿って左斜めにＴ字形軸流管８に流入し、４つの軸流が高速で回転しながら進み、その間に、ガス含有井戸液の大部分の液相が軸流脱気管１４の管壁に徐々に投げ出され、回転しながら流動している１段液流を形成し、１段液流が、軸流集気管１０の水平段部位の外側壁を経て円錐状軸流羽根９に導入され、軸方向の均等な流れに調整されてから軸流排液管１２から排出され、それと同時に、ガス含有井戸液中の気相が絶えずに軸流脱気管１４の中央部位に移動して回転円錐芯のような１段気流を形成し、１段気流が軸方向に沿って右向きに軸流集気管１０に入り、軸流排気管１３及び気管接続スリーブ１１を介して排出される。

図６及び図７に示すように、第２段の旋回流脱気器３は、円錐柱状旋回流管２２、その内部の柱状旋回流羽根２３、及び１つの仰角給液管２１と１つの旋回流集気管２０を含み、仰角給液管２１は溶接により上部柱状旋回流管段２７の管壁に固定され、下部柱状旋回流管段２４は、フランジを介して２段排液マニホールドに一体に接続され、気流捕集円錐状ケース２６は、円錐状旋回流管段２５の最上部に位置し、気体輸送用長曲がり管２８は溶接により円錐柱状旋回流管２２のフランジに固定され、柱状旋回流羽根２３は、円周溶接により下部柱状旋回流管段２４の内腔に固定され、各柱状旋回流羽根２３では、径方向に沿う内側に細長い柱状旋回流通路２９が形成されている。

図６及び図７に示すように、第２段の単一旋回流による高速脱気作業工程としては、１段液流が、軸流排液管１２を介して仰角給液管２１を経て下向きに傾斜して上部柱状旋回流管段２７に入り、管壁に沿って高速で回転しながら単一旋回流を形成し、単一旋回流が円錐状旋回流管段２５に入ると、管壁のテーパが大きくなり、流路の断面が素早く縮小して角運動量が増大し、回転速度が絶えずに上昇し、次に、単一旋回流が下部柱状旋回流管段２４に入り、短い時間滞在し、その間に、１段液流の残りの液相が円錐柱状旋回流管２２の管壁に徐々に投げ出され、下向きに回転しながら流動している２段液流となり、２段液流が柱状旋回流羽根２３により縦方向の均等な流れに調整されて排出され、それと同時に、１段液流の残りの気相が、絶えずに細長い柱状旋回流通路２９に移動して円錐柱状旋回流管２２の中央部位に沿って逆方向に上昇して合流して段気流となり、２段気流が気流捕集円錐状ケース２６により捕捉され、気体輸送用長曲がり管２８を介して排出される。

図８に示すように、第３段の射流脱気器５は、Ｔ字形射流管３０、Ｔ字形緩衝管３３及びその内部の射流曲がり管３１、並びに射流接続ディスク３２を含み、Ｔ字形緩衝管３３の気流緩衝管３４はフランジを介して射流接続ディスク３２及びＴ字形射流管３０に接続され、気流輸送管３５はフランジを介して気体輸送用長曲がり管２８に一体に接続され、射流曲がり管３１と気流緩衝管３４との間に二重管緩衝環状室３６が形成され、射流曲がり管３１と射流集液管３８との間に二重管射流環状室３９が形成され、射流集液管３８は、フランジを介して３段排気マニホールドに接続され、射流排液管３７は、フランジを介して３段排液マニホールドに一体に接続される。

図８に示すように、第３段の方向変更射流による高度脱気作業工程としては、小粒径液滴を含む１段気流が、それぞれ軸流集気管１０及び気管接続スリーブ１１を流れるとともに、２段気流が順次気流捕集円錐状ケース２６、気体輸送用長曲がり管２８及び気流輸送管３５を経てＴ字形緩衝管３３に入り、二重管緩衝環状室３６内の１段気流及び２段気流が緩衝された後、射流曲がり管３１を介して二重管射流環状室３９に入射され、方向変更及び減速を受け、その後、１段気流及び２段気流に含まれる小粒径液滴が、高度に除去され、３段気流と３段液流を形成し、３段気流が射流集液管３８の先端から排出されながら、３段液流が射流排液管３７から排出される。

図９に示すように、１段軸流脱気制御システム２のパイプライン及びメータについての制御方法はとしては、１段送液マニホールド４３の流量コンバータ（ＦＩＴ）が、電磁流量計４０により監視されたガス含有井戸液の総流量信号を中央制御室の積算流量表示メータ（ＦＱＩ）に伝送し、緊急遮断弁４１が自動的に閉じられることによりガス含有井戸液の供給を停止し、Ｔ字形軸流管８の管壁には、圧力放出弁４５が設置され、軸流脱気管１４の圧力が自動的に放出される。圧力コンバータ（ＰＩＴ）が軸流排液管１２及び軸流排気管１３内の圧力を監視することにより、圧力指示コントローラ（ＰＩＣ）及び圧力変換器（ＰＹ）により圧力信号と電気信号との間の変換及びデータ処理を順次行い、１段送液マニホールド４３の圧力空気圧制御弁４２はガス含有井戸液の流量を自動的に制御し、１段排気マニホールド４４の圧力空気圧制御弁４２により１段気流の流量を自動的に制御する。液位コンバータ（ＬＩＴ）が軸流脱気管１４の液位を監視することにより、液位変換器（ＬＹ）により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、１段排液マニホールド４６の液位空気圧制御弁４７により１段液流の流量を自動的に制御する。

図１０に示すように、２段旋回流脱気制御システム４のパイプライン及びメータについての制御方法としては、２段排液マニホールド５１の流量コンバータ（ＦＩＴ）が、超音波液体流量計５２により監視された２段液流の流量信号を中央制御室の瞬時流量表示メータ（ＦＩ）と積算流量表示メータ（ＦＱＩ）に伝送し、上部柱状旋回流管段２７の管壁には、圧力放出弁４５が設置され、円錐柱状旋回流管２２内の圧力が自動的に放出される。各圧差コンバータ（ＰＤＩＴ）及び圧力コンバータ（ＰＩＴ）が仰角給液管２１と旋回流集気管２０、及び仰角給液管２１と下部柱状旋回流管段２４の間の圧差を監視することにより、圧差指示コントローラ（ＰＤＩＣ）及び圧差式ガス電気変換器（ＰＤＹ）により圧差信号とガス信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、２段排気マニホールド４８の圧差空気圧制御弁４９の空気圧量が自動的に制御され、さらに２段気流の流量を自動的に調整する。液位コンバータ（ＬＩＴ）が円錐柱状旋回流管２２内の液位を監視することにより、液位変換器（ＬＹ）により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、２段排液マニホールド５１の液位空気圧制御弁４７により２段液流の流量を自動的に制御する。

図１１に示すように、３段射流脱気制御システム６のパイプライン及びメータについての制御方法としては、３段排液マニホールド５５の流量コンバータ（ＦＩＴ）が、超音波液体流量計５２により監視された３段液流の流量信号を中央制御室の瞬時流量表示メータ（ＦＩ）と積算流量表示メータ（ＦＱＩ）に伝送し、３段排気マニホールド５４の流量コンバータ（ＦＩＴ）、圧力コンバータ（ＰＩＴ）及び温度コンバータ（ＴＩＴ）が、超音波ガス流量計５３により監視された３段気流の流量信号、圧力信号及び温度信号を中央制御室の瞬時流量表示メータ（ＦＩ）と積算流量表示メータ（ＦＱＩ）に伝送し、Ｔ字形射流管３０の管壁には、圧力放出弁４５が設置され、射流集液管３８内の圧力が自動的に放出される。圧力コンバータ（ＰＩＴ）が気流緩衝管３４及び気流輸送管３５内の圧力を監視することにより、圧力指示コントローラ（ＰＩＣ）及び圧力変換器（ＰＹ）により圧力信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、３段排気マニホールド５４の圧力空気圧制御弁４２により３段気流の流量を自動的に制御する。液位コンバータ（ＬＩＴ）が射流集液管３８の液位を監視することにより、液位変換器（ＬＹ）により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、３段排液マニホールド５５の液位空気圧制御弁４７により３段液流の流量を自動的に制御し、射流集液管３８内の液柱圧力と３段气流動圧力の力の和と射流排液管３７内の３段液流の圧力との動的平衡を実現する。

上述各実施例は、本発明を説明するために過ぎず、各部材の構造、接続方式、システム制御方法などはすべて変化可能であり、本発明の技術的解決手段に基づいて行った等価変換及び改良はすべて本発明の特許範囲に含まれるものとする。

１－第１段の軸流脱気器、２－１段軸流脱気制御システム、３－第２段の旋回流脱気器、４－２段旋回流脱気制御システム、５－第３段の射流脱気器、６－３段射流脱気制御システム、７－軸流紡錘形、８－Ｔ字形軸流管、９－円錐状軸流羽根、１０－軸流集気管、１１－気管接続スリーブ、１２－軸流排液管、１３－軸流排気管、１４－軸流脱気管、１５－給液円錐部、１６－軸流形成歯柱、１７－出液円錐部、１８－軸流形成歯、１９－軸流形成歯スロット、２０－旋回流集気管、２１－仰角給液管、２２－円錐柱状旋回流管、２３－柱状旋回流羽根、２４－下部柱状旋回流管段、２５－円錐状旋回流管段、２６－気流捕集円錐状ケース、２７－上部柱状旋回流管段、２８－気体輸送用長曲がり管、２９－細長い柱状旋回流通路、３０－Ｔ字形射流管、３１－射流曲がり管、３２－射流接続ディスク、３３－Ｔ字形緩衝管、３４－気流緩衝管、３５－気流輸送管、３６－二重管緩衝環状室、３７－射流排液管、３８－射流集液管、３９－二重管射流環状室、４０－電磁流量計、４１－緊急遮断弁、４２－圧力空気圧制御弁、４３－１段送液マニホールド、４４－１段排気マニホールド、４５－圧力放出弁、４６－１段排液マニホールド、４７－液位空気圧制御弁、４８－２段排気マニホールド、４９－圧差空気圧制御弁、５０－２段送液マニホールド、５１－２段排液マニホールド、５２－超音波液体流量計、５３－超音波ガス流量計、５４－３段排気マニホールド、５５－３段排液マニホールド、５６－２段気流マニホールド、５７－１段気流マニホールド。

Claims (10)

1. Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置であって、
   第１段の軸流脱気器、第２段の旋回流脱気器、及び第３段の射流脱気器を含み、三者がフランジを介して接続されてＴ字形管路網に組み合わせられ、
   前記第１段の軸流脱気器は、Ｔ字形軸流管、軸流紡錘形、軸流集気管、軸流集気管の水平段部位において周方向に均等に分布している円錐状軸流羽根、及び気管接続スリーブを含み、前記Ｔ字形軸流管は、軸流脱気管、軸流排液管、及び軸流排気管からなる３方向管であり、前記軸流紡錘形は軸流脱気管内に固定され、気管接続スリーブはネジ接続により円錐状軸流羽根と軸流集気管を軸流脱気管の右側の内腔に固定し、
   前記第２段の旋回流脱気器は、円錐柱状旋回流管、柱状旋回流羽根、仰角給液管、及び旋回流集気管を含み、前記円錐柱状旋回流管は、先端がフランジで密閉された柱体と円錐体を組み合わせた管を用い、上部柱状旋回流管段、円錐状旋回流管段及び下部柱状旋回流管段を組み合わせたものであり、旋回流集気管は、気流捕集円錐状ケースと気体輸送用長曲がり管を溶接してなり、仰角給液管は上部柱状旋回流管段の外側壁に固定され、前記軸流排液管に接続され、気流捕集円錐状ケースは、円錐状旋回流管段の最上部に位置し、気体輸送用長曲がり管は円錐柱状旋回流管のフランジに固定され、柱状旋回流羽根は円錐柱状旋回流管の下部内腔に固定され、各柱状旋回流羽根の内側には互いの間に細長い柱状旋回流通路が形成され、
   前記第３段の射流脱気器は、Ｔ字形射流管、Ｔ字形緩衝管及びその内部の射流曲がり管、射流接続ディスクを含み、Ｔ字形緩衝管は、気流緩衝管と気流輸送管とからなる３方向管を用い、Ｔ字形緩衝管はフランジを通じて射流接続ディスクに接続され、Ｔ字形射流管と旋回流集気管は一体に接続され、気管接続スリーブの本体部分は軸流排気管に嵌め込まれて、フランジを介してＴ字形緩衝管に一体に接続され、Ｔ字形射流管は、射流集液管と射流排液管とからなる３方向管を用い、射流曲がり管と気流緩衝管との間には二重管緩衝環状室が形成され、射流曲がり管と射流集液管との間には二重管射流環状室が形成される、ことを特徴とするＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置。
2. 前記第１段の軸流脱気器は水平に配置され、第２段の旋回流脱気器及び第３段の射流脱気器は縦方向に配置され、第１段の軸流脱気器と同時に垂直に交差して配設される、ことを特徴とする請求項１に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置。
3. 前記軸流紡錘形は、給液円錐部、軸流形成歯柱及び出液円錐部を組み合わせたものであり、軸流形成歯柱の４つの軸流形成歯が円周方向に均等に分布し、各軸流形成歯間には４本の軸流形成歯スロットが形成され、軸流紡錘形が締まり嵌めにより軸流脱気管の左側内腔に軸方向に固定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置。
4. 前記第１段の軸流脱気器は、横型柱状単管を用い、軸流紡錘形の給液円錐部と出液円錐部はいずれも円錐面を用い、軸流形成歯柱の各軸流形成歯の歯ラインが軸流脱気管の内側壁に沿って展開する螺旋ラインを用い、各軸流形成歯の歯ラインを含む螺旋ラインのピッチは軸方向に増大していき、各軸流形成歯の歯ラインを含む螺旋ラインの左側端点での接線は、軸流脱気管の軸線と平行し、その右側端点での接線が軸流紡錘形の中心線と交錯し、軸流形成歯柱の各軸流形成歯スロットの断面は内部が広く外部が狭い台形であり、各軸流形成歯の歯頂面は同一の柱面に位置し、且つ歯頂面が軸流脱気管の内側壁と締まり嵌めする、ことを特徴とする請求項３に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置。
5. 前記Ｔ字形軸流管の軸流脱気管の左側端はフランジを介して１段送液管に一体に接続され、軸流脱気管と軸流排気管の内側壁はいずれも柱面を用い、２つの管段が垂直に交差して配設され、軸流排液管の内外側壁には異なるテーパの円錐面が使用され、
   前記軸流集気管は曲がり管を用い、円錐状軸流羽根と軸流集気管は円周溶接方式により一体に接続され、円錐状軸流羽根のうち軸流脱気管の軸方向における羽根の外形は台形となり、気管接続スリーブの本体部分は軸流排気管の内腔に嵌め込まれて、その上端がフランジを介してＴ字形軸流管とＴ字形緩衝管に一体に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置。
6. Ｔ字形管路網型の３段軸流気液分離装置のリアルタイム制御システムであって、
   １段軸流脱気制御システム、２段旋回流脱気制御システム、及び３段射流脱気制御システムは、第１段の４つの軸流による高速脱気作業、第２段の単一旋回流による高速脱気作業、及び第３段の方向変更射流による高度脱気作業工程を遠隔的かつ自動的に制御し、
   前記１段軸流脱気制御システムの１段送液マニホールドには電磁流量計と緊急遮断弁が設置され、１段送液マニホールド及び１段排気マニホールドのそれぞれには１セットの圧力空気圧制御弁が設けられ、軸流排液管及び軸流排気管のそれぞれには圧力コンバータが設けられ、１段排液マニホールドには液位空気圧制御弁が設置され、Ｔ字形軸流管には液位コンバータが設けられ、
   前記２段旋回流脱気制御システムの２段排気マニホールドには圧差空気圧制御弁が設置され、旋回流集気管及び２段排液マニホールドのそれぞれには１セットの圧力コンバータが設けられ、２段送液マニホールドには２セットの圧差コンバータが設けられ、２段排液マニホールドには超音波液体流量計及び液位空気圧制御弁が設置され、下部柱状旋回流管段には液位コンバータが設けられ、
   前記３段射流脱気制御システムの３段排気マニホールドには、超音波ガス流量計及び圧力空気圧制御弁が順次設置され、１段気流マニホールド及び２段気流マニホールドのそれぞれには圧力コンバータが設けられ、３段排液マニホールドには超音波液体流量計及び液位空気圧制御弁が順次設置され、Ｔ字形射流管には液位コンバータが設けられる、ことを特徴とするＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置のリアルタイム制御システム。
7. 前記１段軸流脱気制御システム、２段旋回流脱気制御システム、及び３段射流脱気制御システムは、ガス含有井戸液並びに各段の気流及び各段の液流の流量と流動圧力を自動的に制御する、ことを特徴とする請求項６に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置のリアルタイム制御システム。
8. 前記１段軸流脱気制御システムの電磁流量計は、流量コンバータを介して測定されたガス含有井戸液の総流量信号を積算流量表示メータに伝送することで、ガス含有井戸液を正確に計測し、緊急遮断弁は、ノーマルオープン状態であり、超高圧信号が生じた場合、自動的に閉じてガス含有井戸液の供給を停止し、各圧力コンバータは、軸流排液管及び軸流排気管内の圧力状況を監視し、圧力指示コントローラ及び圧力変換器により圧力信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、最後に、１段送液マニホールドの圧力空気圧制御弁によりガス含有井戸液の流量を自動的に制御し、１段排気マニホールドの圧力空気圧制御弁により１段気流の流量を自動的に制御し、液位コンバータは、軸流脱気管内の液位状況を監視し、液位変換器により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、最後に、１段排液マニホールドの液位空気圧制御弁により１段液流の流量を自動的に制御する、ことを特徴とする請求項６に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置のリアルタイム制御システム。
9. 前記２段旋回流脱気制御システムの各圧差コンバータ及び圧力コンバータは、それぞれ、仰角給液管と旋回流集気管、及び仰角給液管と下部柱状旋回流管段との間の圧差状況を監視し、圧差指示コントローラ及び圧差式ガス電気変換器により圧差信号とガス信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、２段排気マニホールドの圧差空気圧制御弁の空気圧量を自動的に制御し、さらに２段気流の流量を自動的に調整し、超音波液体流量計は、流量コンバータにより測定された２段液流の流量信号を瞬時流量表示メータと積算流量表示メータに伝送することで、２段液流を正確に計測し、液位コンバータは、円錐柱状旋回流管内の液位状況を監視し、液位変換器により液位信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を行い、最後に、２段排液マニホールドの液位空気圧制御弁により２段液流の流量を自動的に制御する、ことを特徴とする請求項６に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置のリアルタイム制御システム。
10. 前記３段射流脱気制御システムの超音波ガス流量計は、それぞれ、流量コンバータ、圧力コンバータ及び温度コンバータによって測定された３段気流の流量、圧力及び温度信号を瞬時流量表示メータと積算流量表示メータに伝送することで、３段気流を正確に計測し、各圧力コンバータは、気流緩衝管及び気流輸送管内の圧力状況を監視し、圧力指示コントローラ及び圧力変換器により圧力信号と電気信号の間の変換及びデータ処理を順次行い、最後に、３段排気マニホールドの圧力空気圧制御弁により３段気流の流量を自動的に制御する、ことを特徴とする請求項６に記載のＴ字形管路網型の３段軸流気液分離装置のリアルタイム制御システム。

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