JPH02504120A - 流体分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体分離装置 （技術分野） 本発明は流体分離装置、特に浮遊あるいは移動する船若しくは他の乗り物上に搭 載される流体分離装置内の油あるいは水のような流体のサージ圧の制御に関する 。

本発明は主として、原油を地下の油層から油井を経てくみ出し、これにより得た 原油から油分とガス分及び水分を分離する浮動油生産プラットホームに関する。

ガス分は通常燃料として分離され使用され、残りは燃焼させる、あるいは流動さ れて再び油層に戻される。分離した水分はこれに含まれる油分を除去して放出さ れる。ガス分と水分を除去した原油は海中のパイプラインを介しタン力又は海岸 に移送される。

地下の油層から取り出した原油は通常２相に分離（２成分に分離）される。これ は、液体とガスの混合流体はパイプラインを移動するに応じ圧力が大きく低下す るので、多相流体をパイプラインを介して海岸に移送することが困難となるため である。従って多相流体の移送はパイプラインあるいは海中ラインの長さが比較 的短い場合可能であるが長いと不経済となる。

（背景技術） 、浮動船の船上に搭載され原油からガス分、油分、水分を分離する既存の流体分 離装置には円筒状のタンクが含まれ、タンクの長手方向に沿って油／ガス境界面 が延びる。悪天候の場合波あるいは風により船が揺動すると、タンクは水平面に 対し種々の角度で傾斜され、このため波によりタンク内の流体が揺れ流体面レベ ルが変化する。このような流体の揺れを押さえ、これによりガス／油及び油／水 分の分離効率の低下を最小限に押さえるため、既存のタンクにはそらせ板及び逆 流止め装置が具備される。このように、既存の流体分離装置はこのような分離効 率低下を克服するように構成されている。

（発明の開示） 本発明の目的は流体の移動を制限し所望の分離効率を維持することにより上記の 問題を解決することにある。

本発明によれば、ガス分及び流体分からなる混合物を受容する容器を備え、この 容器には少なくとも２個のタンクが包有され、２個のタンクは複数の管を介して 連結され、容管は第１のタンクの土壁に配置され、第１のタンクは第２のタンク より低い位置に配置されてなる、ガス分と流体分とを分離する流体分離装置を提 供することにより上記目的が達成される。

管には第１の管と第１の管の各側部に離間されて配置される少なくとも１個の第 ２の管とが包有されることが好ましい。

第２の管が第１の管の各側部から等距離離間されており、この場合第２の管には 互いに等しい断面あるいは直径を持たせることが好ましい。

少なくとも第１の管内には、内部の液体のレベルを所望の一定レベルに維持する レベル維持装置が具備されることが望ましい。レベル維持装置には第１の管の中 央部に配置され流体レベル制御パイプ部を有する直立パイプが包有され、この直 立パイプを有することによって流体分離装置がいかなる角度の揺れを受けても流 体レベルが確実に一定に維持され得る。

第２のタンクが第１のタンクに対し水平に且つ上位に配置される、又は第２のタ ンクが第１のタンクの上方に垂直方向に延出してなる。

第１の下部タンクは２個のタンクの大きい方のタンクであることが望ましいが、 第２のタンクより大にされ得、同じあるいは小さくされる。

好ましい構成の場合、管がタンク内に延出し、その内部に端部が配置される。こ の構成により、タンク間の距離が最小にされ、流体分離装置の全高が低減され、 流体分離装置が水平に対し最大角度に揺れても十分に流体レベルを制御し流体レ ベルの変化に対し、これを保持時間が十分にとられ得る。

（図面の簡単な説明） 第１図は水平位置にある従来の分離タンクの説明図、第２図は傾斜位置にある第 １図のタンクの説明図、第３図は本発明による流体分離装置の第１の実施例の簡 略側面図、第４図は本発明による流体分離装置の第２の実施例の簡略側面図、第 ５図はＭ４図の装置の中央パイプ部の部分拡大図、第６図は本発明による流体分 離装置の第３の実施例の簡略側面図、第７図は本発明による流体分離装置の第４ の実施例の簡略側面図、第８図は第３図の実施例の変更例の簡略側面図である。

（発明を実施するための最良の形態） まず図面の第１図及び第２図を参照するに、最今使用されている従来の流体分離 装置が示されており、この場合流体分離装置は単一の円筒状水平タンク１で構成 されていて、このタンク内部のガス／液体境界面りはタンクの長手金体に亙って 延びる。分離タンク１が第２図に示すようにタンクを搭載する浮動船の縦揺れ若 しくは横揺れにより傾斜すると、流体レベルが変化されガス／液体境界面りがタ ンクの全長に沿い前後に波動されて流体が撹乱され、流体の各相が分離される。

この問題を解決するために、そらせ板及び逆止め装置（図示せず）を用いて、流 体の移動を拘束し、分離効率の損失を最小限に押さえるようにする。このそらせ 板及び逆止め装置の効率は実際良好な結果の求めも良いが、固定される同じタン クと比べ大型のタンクが必要になる。

第３図に示す本発明の流体分離装置の第１の実施例によれば、本流体分離装置に は２個の円筒状の水平タンク、即ち上部分離タンク１と、下部分離タンク２とが 包有される。上部分離タンクｌと下部分離タンク２とは３個の垂直管、即ち中央 垂直管３及び２個の外側垂直管４．５を介して連通され、外側垂直管４．５は中 央垂直管３から等距離離間されている。

下部分離タンク２の底部にはブート部材６及び水導出ロアが具備される。

２相又は３相（２成分又は３成分）の混合物、即ち油、ガス及び水からなる混合 物が上部分離タンク１に導入口８から供給され、このタンクに導入された混合物 はそらせ板９により減速されてガスと流体とに分離される。流体滴を含むガスは ガス成分分離体１０を通過せしめて流体分が所定の規定値まで分離される。次に 分離されたガスは出力分離体】ｌを通過させ、導出口１２から放出される。

上部分離タンクを通過するガスの速度は、規定サイズの流体滴が分離され上部分 離タンク１の底部に落下し３個の垂直管を経て下部分離タンク２へ流動するよう 構成される。

上部分離タンク１の入口端部において分離された流体は自重により下部分離タン ク２の底部へ流下する。堰部材２０が中央垂直管３と外側垂直管４との間に配設 され、導入流体が急速に流入されること、上部分離タンク１に沿い流体が溢れる ことが軽減される。下部分離タンク２に流入した流体は低速度でタンク内を移動 するので、水と油が分離され、分離された水は下部分離タンク２の底部に集めら れて、ブート部材６へ送られる。

更に詳述するに、流体は液体分離体１３を通過することにより油と水とに分離さ れる。分離された油は第２の堰１４を越えて流動する。第２の堰１４自体は水が 油導出部である油導出口１５へと流動することを阻止する。

３相流体は通常一定速度で流体分離装置の導入口８へ供給され、導入された流体 レベルが３個の垂直管内に位置し、船の通常の縦揺れ（ｐｉｔｃｈ）状態下では 、流体が上部分離タンク１内には流出せずガスが下部分離タンク２内に流出しな いように制御される。通常流体レベルの高さが中央垂直管３の全高の３０〜７０ ％間の位置となるよう制御される。流体分離装置を搭載した船が水平位置にある 場合、３個の垂直管内における流体レベルは総て同レベルである。船の縦揺れに より流体分離装置が傾斜したとき、外側垂直管４．５内の流体レベルはこれに応 じて上下に位置し、中央垂直管３の流体レベルは外側垂直管４．５内における流 体レベルの高位置と低位置との間に位置して外側垂直管４．５における流体レベ ルの変位より僅かに変化する。従って、従来の流体分離装置では流体の大なる水 平方向の変動が生ずるが、本発明の流体分離装置では流体の小さな垂直方向の変 動にとどまる。このため、液体とガスとの間及び油と水との間の境界面の撹乱が 少なくなり、各相の分離が損なわれることがない。

流体分離装置の流体の揺れは垂直管内のみに生じ揺れにより生じた波を押さえる 手段が不要となる。流体レベルが確実に垂直管内に置かれるため、垂直管内の流 体レベルを通常レベルＮＬＬ５高レベルＨＬＬ及ヒ低レベルＩ、ＬＬとすると、 レベル１（ＬＬとＬＬＬの間に流体が保持される時間は通常１５秒〜３０秒であ り、油導出制御弁が船の突然の速度変化により流体に突然の変動があっても応答 し得る。従って、３本の垂直管の全容量は１５〜３０秒の流体の流動に対応する よう構成される。３本の垂直管の高さは、通常の船の縦揺れ状態では上部分離タ ンク１に流体が残らずガスが下部分離タンク２には残らないように設定される。

外側垂直管４．５は下部分離タンク２内に突出部１９が延出され、上部分離タン ク１と下部分離タンク２との間の距離を短縮可能である。

流体の流出が阻１ヒされて流体レベルがＲ１’（ＬＬになると、流体がレベルＨ ＬＬとＨＨＩルとの間に保持される時間は通常８０〜６０秒の間となるが、本実 施例においてレベルＨＩＬＬは上部分離タンク１の底部に設定される。そらせ板 ２０ａが上部分離タンク１の底部に配設されており、これにより上部分離タンク １に沿う流体の揺れが抑制される。３本の垂直管の内中央垂直管３により、垂直 管を経て流体が下部分離タンク２内へ流入することが容易になる。

レベルＬＬＬより低い極めて低いレベルＬＬＬＬは流入する流体が止められたり あるいは出力制御弁が故障した時になる。このレベルの保持時間は１分間である 。レベルＬＬＬＬとなっている場合縦揺れすれば、下部分離タンク２内の揺れが 分離効率を大きく低下させ勝ちになるが本発明による下部分離タンク２内ではこ の揺れが制限される。

上記のレベルＢＩＩＬより高いレベル、レベルＬＬＬより低いレベルは正常では なく、レベルＩＩＢＬとＦＩＨＬＬとの間の保持時間及びレベルＬＬＬとＬＬＬ Ｉ、との間の保持時間内に、流体分離装置の機能全体が停止する前に補正動作が 取られる。このような状態の生じる回数は極めて少なく、流体分離装置のサイズ 、重量、コストを勘案して設定される。

流体レベルの制御は第４図及び第５図に示す実施例によっても実施される。この 場合中央垂直管３内の平均流体レベルは常に同一にされ外側垂直管４．５の各レ ベルの平均値に相応させられる。また中央垂直管３の沿って延びる直立パイプ１ ６がガス／液体境界面のレベル制御装置として動作する。直立バイブ１６には上 部液体レベル制御パイプ部１７及び下部液体レベル制御パイプ部１８が具備され る。

第４図及び第５図に示す他の実施例の場合、垂直管内の流体レベルは高レベルＥ ＬＬ　、　ａｔレベルＮＬＬ　及び低レベルＬＬＬがとられる。第５図の点線は 流体分離装置が６度の縦揺れで傾斜されるときのレベル変化を示している。

分離された水の量が少ない場合には水はブート部材６で業められ、水導出ロアか ら放出される。ブート部材６（第４図参照）の流体レベルは水の流速の制御を考 慮して設定可能である。これは、上部液体レベル制御パイプ部２２と下部液体レ ベル制御パイプ部２３とを有する直立バイブ２１を用いて実現される。分離した 水は下部分離タンク２の底部に沿いブート部材６へ流入する。液体／水境界面は 小さな周波数の波として振動するが、この周波数はガス／液体境界面に生じる波 の周波数に比べて小さく、また液体と水の密度差は比較的小さい。

従って極めて軽い混合が生じることになる。

混合物流体に相当の量の水が含まれる場合、第６図に示されるように第３のタン ク２４が下部分離タンク２の下位に配設される。この第３のタンク２４は３本の 直立管２５．２６．２７を介して下部分離タンク２に連通され、船が縦揺れし、 流体がレベルＬＬで揺れるときの状態はガス／液体境界面に関して上明した構成 と同様である。この場合、ガスは上部分離タンク１内で集められ、油は下部分離 タンク２内で、また水は第３のタンク２４内で集められる。

各タンク及び垂直管の寸法は３相の流体を高効率に分離できるよう選択される。

上部分離タンク１は液体とガスとを分離するよう構成される。上部分離タンク】 を流動するガスの速度は液体を除去する滴サイズを選定し、ガスと共に液体が流 動することを制限する点に立脚して決定される。液体とガスとを分離する際市販 の各種分離装置を使用できる。

下部分離タンク２へ流れる大半の流体は第１の垂直管を経て流動され、第１の垂 直管は流体が自重により確実に最大流速で流動されて上部分離タンク１内に逆流 しないような寸法に設けられる。

下部分離タンク２に流入する流体の速度は、十分な時間で流動し得、所定サイズ の水滴が流体から分離され、タンクの底部に集められるよう決定され、これに応 じ液体相の水分量も定まる。

船の縦揺れにより垂直管の流体が垂直方向に揺れ、揺れた流体が２本の外側垂直 管間において下部分離タンク２内で流動し、縦揺れあるいは流体速度の程度によ りタンク内を流動する流体の速度は増減する。一方、このときの速度変化が小さ いので、分離効率は僅かしか低下されない。

大量の流体は同一の位置に留どまるので、船の横揺れは円筒状タンク内の流体に は殆ど影響を与えない。タンク壁に隣接する流体のみが流体とタンク壁との間の 摩擦により移動される。流体内に制動プレートを配置した場合、制動プレート間 において流体が物理的に流動はするものの、それらのプレート間のみに限られる 。プレート間部分を流入・流出する流体の撹乱は僅かであり、分離効率への影響 も小さい。垂直管の流体とタンク内の大量の流体とは相対移動するが、これが分 離効率に与える影響は小さいものと考えられる。

２個の分離タンクを垂直管を介し連通することにより、２個のタンクの寸法を別 個のものにすることができる。このとき２個のタンクを水平にすることは重要な 事ではない。第７図には本発明の流体分離装置の他の実施例が示されており、こ の場合ガス／液体分離は上部垂直タンク２８内でガスの分離が行われ、液体／水 分離は下部水平タンク２９内で水の分離が行われる。２個のタンクは３本の垂直 管３０．３１．３２を介し連通されており、垂直管３１及び垂直管３２と上部タ ンクとは垂直管３１及び垂直管３２の各頂部に設けれた透穴を介し連通され、流 体レベルＴＩＬＬ　、　Ｎ１．、Ｌ　、　ＬＬＬを自在に変えて液体の移動が最 小限に押さえられ、また液体レベルを充分に制御可能である。

同時に、垂直管間の距離が最小限にされ、このため垂直管の全長も最小限に押さ えられ得、船の縦揺れの影響が最小限に抑止される。

本発明の流体分離装置は、同一の環境及び同一の負荷条件下で既存の流体分離装 置に比べ寸法及び重量を小さくできる等多くの利点を有している。

本発明の流体分離装置の重量は既存の流体分離装置の７０％〜８０％と考えられ 、製造コストもこれに応じて低減される。

全高は既存の流体分離装置に比べ大になるが、取付面積は小さくなり得る。概し て本発明の流体分離装置はコンパクトで効率的である。

既存の流体分離装置の各タンクは移動する船あるいは他の乗り物の重心のできる 限り近傍に配置して、船の変動が分離効率に及ぼす影響を最小限にする必要があ るが、本発明の流体分離装置は移動する船あるいは他の乗り物に実質的に垂直に 配置でき、分離効率への影響を最小限に押さえることができる。本明細書で用い る用語「船」はあらゆる方向に変位し得る装置若しくは設備を指し、客船、油井 用プラットホーム、ボート、荷船等の浮動船、更に路上タン力のような移動装置 あるいは乗り物をも含む。

本明細書で使用する用語「タンク」とは加圧された流体やガスを流入させるため に好適な形状と構成を有する任意の容器を指す。

本発明は上述の実施例に限定されるものではなく本発明の特許請求の範囲の技術 範囲に含まれる各種設計変更を包有する。例えば、垂直管の断面積は各々同一で ある必要はなく必要に応じ異なるようにすることができる。また外側垂直管は中 央垂直管から等距離に離間することが好ましいが、必須用件ではない。更に必要 に応じ上部分離タンク及び下部分離タンク間に５本またはそれ以上の垂直管を設 けることができる。

更に別の実施例として、水流出ロアが下部分離タンクの底部に配置される場合に はブート部材６を除去してもよい。

第８図には更に別の実施例が示され、この実施例においては外側垂直管４．５の 下端部が夫々互いに逆方向に直角に湾曲され、下部分離タンク２の各側面と対向 するような湾曲部３４．３５として形成される。この構成により、液体が水平方 向に流動され、垂直管内の流体が上下にピストンの如く変動されることが最小限 に押さえられ得る。この実施例の構成は上述の第３図、第４図、第６図又は第７ 図の実施例にも採用できる。更に垂直管内の流体変位を押さえるため、各垂直管 内に透穴を有するプレートあるいはそらせ板のような制限部材を配設することが できる 本発明はまた上記の流体分離装置を搭載する浮動または移動する船あるいは乗り 物にも採用できる。

Ｆ／６．６゜ Ｆｏｃｉ、５゜ 間際調査報告 国際調査報告 Ｇ巳ε９００２１ｎｌ ＳＡ　　２７７０３

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス分及び流体分からなる混合物を受容する容器を備え、この容器に少な くとも２個のタンクが包有され、２個のタンクは複数の管を介して連通され、各 管は互いに離間され、第１のタンクの上部に配置され、第１のタンク自体は第２ のタンクより下位に配設されてなる、ガス分と液体分とを分離する流体分離装置 。
2. （２）管には第１の管と少なくとも１個の第２の管とが包有され、第２の管は第 １の管の各側部に離間して配置されてなる特許請求の範囲第１項記載の流体分離 装置。
3. （３）第２の管が複数であり、複数の第２の管が第１の管の各側部から等距離、 離間されてなる特許請求の範囲第２項記載の流体分離装置。
4. （４）第２の管が互いに等しい断面、直径を持たせられてなる特許請求の範囲第 ３項記載の流体分離装置。
5. （５）更に、少なくとも第１の管内に設けられ内部の液体レベルを所望の一定レ ベルに維持するレベル維持装置が備えられてなる特許請求の範囲第１項〜第４項 のいずれか記載の流体分離装置。
6. （６）レベル維持装置には第１の管の中央部に配置され、流体レベル制御バイブ 部を有し流体分離装置の揺動角度に係わらず流体レベルを確実に一定に維持する 直立バイブが包有されてなる特許請求の範囲第５項記載の流体分離装置。
7. （７）第２のタンクが第１のタンクに対し水平に且っ上位に配置されてなる特許 請求の範囲第１項〜第６項のいずれか一項記載の流体分離装置。
8. （８）第２のタンクが第１のタンクの上方に垂直に延出されてなる特許請求の範 囲第１項〜第６項のいずれか一項記載の流体分離装置。
9. （９）第１のタンクが第２のタンクより大にされてなる特許請求の範囲第第１項 〜第８項のいずれか一項記載の流体分離装置。
10. （１０）管がタンク内に延び、内部に端部が位置せしめられてなる特許請求の範 囲第１項〜第９項のいずれか一項記載の流体分離装置。
11. （１１）第１のタンクの下部に複数の別の管を介して連通される第３のタンクが 設けられ、別の管の第１の管は第３のタンクの上部に配置され、別の管の少なく とも１本の管が別の菅の第１の管の各側部に離間されて配置され且つ第３のタン クの上部に配置されてなる特許請求の範囲第１項〜第１０項のいずれか一項記載 の流体分離装置。
12. （１２）特許請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか一項記載の流体分離装置を 搭載した浮動又は移動する船あるいは乗り物。