JPH0618617B2 - 管路で輸送する流体の均質化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一方の相が他方の連続相に分散し得るような２
つの互に混合し得ない相を有する輸送管内の流体を均質
化するための装置に係る。この種の装置は例えば、水平
輸送管内を流れる石油と水との混合物を、この混合物中
の水含量を正確に測定すべく均質化する場合などに用い
られる。

この種の測定は実際、輸送管から定期的且つ自動的に採
取される試料を用いて一般的に実施されている。これら
試料について行なわれる測定から流体バツチ（積荷）全
体の組成を得るためには、先ずそのバツチがＩＳＯ基準
3171に準じる均質性を有していなければならない。しか
るにこのような混合物の成分は、少なくとも流動速度が
例えば１ｍ／秒以下の如く小さい場合には、自然に分離
し合う傾向を示す。従つて均質化装置を試料採取点より
多少上流に配置する必要がある。また、分散相の小滴の
大きさも測定にとつて重要である。少量の水も一緒に輸
送する石油輸送管の場合は、測定装置に導入される混合
物が、0.5mmから最高２mmまでの直径を有する水の小滴
を該混合物１cm³当り数滴含むような石油でなければな
らない。

均質化は下記のような場合にも有用であり得る。

−（例えば重力などによつて）互に分離し易い複数の相
からなり、この分離が操作上の困難、導管の異常な損耗
又は腐食を生起するような流体を管路で輸送する場合。

−２つの相が適切な割合で含まれる製品をユーザーに供
給し得るように、輸送流体をユーザーに供給するための
二次的管路の接続点の上流で用いる。

−製品を製造すべく２種の液体成分を連続的に混合した
い場合。

管路で輸送される流体を均質化するための種々の装置
は、例えば英国特許第2,030,963号（ジスクート・オー
トコントロール社(JISKOOT Autocontrol Ltd)及び欧州
特許第0060634号（ムーア．バレツト及びレツドウツド
社(Moore,Barrett and Redwood Ltd)などで既に知られ
ている。

欧州特許第0060634号に記載の装置は下記の機械要素か
らなる。これらの機械要素は、或る種の機能に関して
は、この公知装置と本発明の装置とに共通のものであ
る。

−均質化すべき流体の流量の一部分を吸引すべく、輸送
管２内に採取口を有する採取管４。

前記採取口は分散し得る相を重力に起因して多量に含む
領域に配置され、この領域は分散し得る相の密度が連続
相より大きいか小さいかによつて夫々輸送管の下方又は
上方に位置する。

−吸引された流体を循環させ且つ加圧すべく採取管の出
口に配置される循環ポンプ６。

−このようにして加圧された流体を受容する注入管８，
１０，１２，１４，１６，１８。

−前記注入管から流体を受給する注入ノズル２０，２
２，２４，２６。これらノズルは輸送管内に横断方向ジ
エツトを発生せしめ、これらジエツトが輸送流体の均質
化を実現する渦を形成せしめる。各ノズルはそのノズル
によって発生するジエツトと共通の軸線を有する。

（ここで用いた数字又は文字による符号は添付図面の非
限定的具体例で使用しているものである。） この公知装置は特に水が混入した石油を輸送する場合に
使用し得る。この場合は水が前記分散し得る相を構成す
る。この装置を用いれば或る程度の均質化は達成し得る
が、 −十分な攪拌を誘発するためには合計流量の比較的大き
い部分に該当する流量を噴出させる必要があるという主
な理由から、循環ポンプの出力を大きくしなければなら
ない上に、 −この装置では分散すべき相を十分小さい大きさの小滴
に分離させることができず、そのため分散相の小滴が後
で急速にデカンテーシヨン又は併合現象を生起し、従つ
て試料採取による測定が不正確になるのを回避し得な
い。

これは恐らくこの装置が混合物の攪拌による均質化を実
現すべく設計されたことに起因すると思われる。

本発明の目的は下記の特性を有する十分な均質化を実現
せしめるような簡単な装置を提供することにある。

−分散相の小滴の大きさがより小さく、 −このようにして形成されたより小さい小滴が十分に分
散され、混合物１cm³当りの小滴数が比較的均等であ
り、 −この状態を得るのに循環ポンプの出力を公知装置の作
動に必要な出力よりかなり大きくする必要はなく、装置
の長手方向の大きさが大きくなつて困ることもない。

本発明の装置は前出の共通機械要素を含む。この装置
は、前記注入ノズルの少なくとも一部分、例えば２０，
２２，２４が霧化用ノズルであり、輸送管を切断する方
向の噴霧面上に配置されて霧化ジエツトを発生させ、こ
れらジエツトが、前記噴霧面に到達する分散可能相分全
体をこの噴霧面上で輸送管の障壁を構成する一種の格子
の格子棒の１つから輸送管の直径の1/4より小さい距離
をおいて通過せしめるべく、各ジエツトの軸線の長さの
少なくとも一部により前記格子の棒の１つが構成される
ように前記噴霧面上に配向され、前記ノズルの１つによ
つて形成される前記各格子棒の当該ノズルからの長さ
が、その格子棒全長に亘る前記霧化ジエツトの速度を前
記小距離をおいて通過する分散可能相分を霧化するのに
十分な値に保持すべく、輸送管の直径より明らかに短い
長さに限定されることを特徴とする。前記霧化用ノズル
20，２２，２４の口径は、輸送管が円形断面を有すれば
その直径の0.5％〜６％にし、又は水力直径の0.5％〜６
％にするのが好ましい。これらジエツトの初速度は５〜
６０ｍ／秒が好ましい。これは各ジエツトが当該ジエツ
トからなる格子棒の前記長さに亘つて前記分散可能相分
を効果的に霧化できるようにするためである。これらジ
エツトの数と前記噴霧面上での配分とは、この噴霧面の
各点が格子棒のうちの少なくとも１つからその棒を発生
させるノズルの直径の約１５倍より小さい距離をおいて
位置するように決定される。棒の長さは前記ノズルの直
径の２０倍より小さい。

より特定的には且つ好ましくは、石油中に水が分散され
る場合は前記霧化用ノズルの口径を輸送管の直径の１％
〜３％にし、霧化ジエツトの初速度を１０〜３０ｍ／秒
にし、これらジエツトの数を約１０〜５０にする。

より有利には下記の如き構成も採用し得る。

−前記注入ノズルのうち少なくとも１つの別のノズル、
例えば２６を前記霧化用ノズル２０，22，２４より少数
の予混合用ノズルとし、これをこれら霧化用ノズルの上
流であり且つ前記分散し得る相に富んだ領域内の前記採
取口４ａの下流である地点に配置して輸送管内部方向の
予混合ジエツトを発生させ、それによつて、採取口に吸
引されていない分散可能相分があればこれを懸濁させる
ようにする。

−前記予混合ノズル２６の個数を注入ノズル20，２２，
２４の個数の約１０％〜２０％とし、これら注入ノズル
を前記霧化用ノズルから上流側へ輸送管の直径の約１０
０％〜５０％に当たる距離をおいて配置する。

−霧化ジエツトのうち少なくとも一部分を互に阻止し合
うように合流させ、その結果これらジエツトの存続力に
よつてこれらジエツトに含まれる分散相の小滴が破砕さ
れるようにする。

−前記ノズル２０，２２，２４及び霧化ジエツトがノズ
ル対及び対応ジエツト対を構成し、各対の２つのジエツ
トが互に対向し、対応ノズル対の２つのノズル２０，２
２の間の距離がこれらノズルの口径の約１０倍〜２０倍
であるようにする。

−前記霧化用ノズル２０，２２，２４が前記注入管８，
１０，１２，１４，１６，１８の一部をなす少なくとも
１つの管状注入輪１０，１２によつて支持され且つ供給
も受けるようにし、この注入輪を輸送管２内にこれと同
軸的に配置する。

前述の如き注入輪の数は通常輸送管の直径に応じて１，
２又は３個である。その全体的形状は輸送管が円形断面
を有する場合には環形にすると有利であるが、他の形状
でもよい。

特に、輸送管が石油と水との混合物を輸送する場合に
は、更に下記の如き構成を用いても有利と思われる。

−前記２つの注入輪を輸送管の長さ方向で互にずらして
配置し、一方が輸送管の直径とほぼ同じ直径の外輪１０
を構成し、他方が輸送管の直径の1/2より小さい直径を
有する内輪１２を構成するようにし、前記ノズル対のう
ちの一部分が外側対であつて各々が前記外輪に支持され
る外側ノズル20と前記内輪に支持される内側ノズル２２
とで構成され、他の数組の対が内側対であつて各々が内
輪に支持される２つの対向ノズル２４で構成され、前記
噴射面が前記内輪で規定される平面と、前記２つの輪の
間に延在する環状円錐面とからなり、そのため輸送管が
これら２つの注入輪で妨害されるにも拘らず十分な流通
断面が輸送流体のために設けられることになるようにす
る。

−前記外側対のノズル２０，２２の軸線が、輸送管と同
軸で前記２つの注入輪１０，１２を通過する円錐体の母
線に沿つて配置され、前記内側対のノズル２４の軸線
が、輸送管２の長さと直交する共通方向と平行であり、
そのため限定数のノズルと噴射ジエツトとで前記格子が
形成されるようにする。

より一般的には下記の如き別の構成も多くの場合有利で
あると思われる。

−前記噴霧面上の一点から最も近い霧化ジエツトまでの
最大距離が前記分散可能相に富む領域内でより小さくな
り且つこれらジエツトにより散逸される単位体積当りエ
ネルギがこの領域内でより大きくなるように、前記領域
における霧化用ノズル２０，２２の個数をより多くす
る。

−前記注入管８，１０，１２，１４，１６，１８が前記
注入ノズル２０，２２，２４，２６を支持し、且つ輸送
管２内でこの輸送管と直交する２つの平面の間に配置さ
れる機械的耐性を持つアセンブリを構成し、前記２つの
平面の間の距離が最大で輸送管の直径に等しく、前記ア
センブリがこれを保守のために輸送管から取出し次いで
再び作動位置に戻す操作が容易であるように、輸送管の
壁面に設けられた出入口２８を閉鎖し且つこの出入口の
縁に固定されるような蓋２７を備えるようにする。

これら構成の選択は主に次の点を考慮して行なう。

公知の大きさを持つ小滴からなる相を分散させるために
は製品単位体積当りエネルギＥを散逸させなければなら
ない。また小滴の直径ｄはＥの直接関数である。しかる
に、液体中に注がれるジエツトはこのジエツトによつて
導入される単位体積につき、当該ジエツトの速度Ｖと直
径Ｄとの関数たるエネルギを散逸する。従つて、循環ポ
ンプの出力と導管及びノズルの特性とは、分散相と共に
形成される小滴に所望の直径又はより小さい直径を与え
るようなジエツトのＶ及びＤの値が得られるように選択
しなければならない。

また、単位体積当り散逸エネルギとこれに基づく分散効
果とは、一点に集中する複数のジエツト又は固定障害物
により乱暴に阻止される複数のジエツトを使用すると増
加する。

霧化ジエツトの近傍のエネルギ散逸は確実に２つの相に
係ることが肝要である。ジエツトが１つの相しか含んで
いないと、導管に再注入する時点で、該ジエツトのエネ
ルギの一部分が小滴分散効果をもたらさずに１つの相中
に散逸し得る。従つてジエツトの注入前に分散可能相に
富む領域での吸引による内部混合を行なうことは、分散
し得る相を予め分散しておくことと同様に有用である。

以下添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明を
説明する。尚、図面中同一機械要素には同一符号を付し
た。

ここで説明する本発明の均質化装置は石油及び水の混合
物を輸送する場合に使用し得る。この装置は既述の機械
要素を含む。採取管４は水平方向軸線１を持つ円筒形の
輸送管２から均質化すべき流体の流量の一部分を吸引す
る。循環ポンプ６はこのようにして吸引された流体を加
圧すべくモータ（図示せず）により作動する。注入管は
このように加圧された流体を輸送管に再導入する。この
注入管はポンプ６の出口の部分８と、輸送管２内にこれ
と同軸的に配置される２つの環状の注入輪１０及び１２
と、これら注入輪の上流の注入マニホルド１４と、外側
注入輪１０から内側注入輪12及びマニホルド１４への供
給を行なうための管16及び１８とで構成される。外側注
入輪１０は部分８から直接受給する。この注入輪は内側
注入輪より大きくて輸送管２内に容易に収容できるよう
な値の直径を有する。内側注入輪１２は外側注入輪より
やや下流に配置され、外側注入輪の約1/2の直径を有す
る。これら２つの輪は前述の如く噴霧ノズル２０，２
２，２４を支持する。マニホルド14は輸送管２の底の同
軸円弧に沿つて延在し、予混合ノズル２６を支持する。

採取管４の入口４ａは輸送管の底部で注入輪10，１２及
びマニホルド１４の上流に位置し、入口ガイド４ｂを備
える。

少量の水、例えば１０％前後の水が混入された平均粘度
約0.1ポアズの石油を輸送する直径７６cmの輸送管２の
場合には、各ノズルが例えば１５〜２０ｍ／秒のノズル
出力速度を得るべく９mmの直径を有し且つ輸送管内の圧
力を越える十分大きい圧力下で受給するようにし得る。

外側注入輪のノズル２０の個数は１２であり、これらノ
ズルに対向する内側注入輪のノズル２２の個数も１２で
あつて、これらノズルが前記外側ノズル対を構成する。
内側注入輪は更に３組の内側ノズル対２４を有し、これ
らノズルは互に対向し且つ輸送管２と直交するジエツト
の共通水平方向に配置される。

外側注入輪は直径６０mmの管を曲げて形成する。内側注
入輪は外径が４０cmであり、直径８０mmの管を湾曲した
ものからなる。

予混合ノズルの個数は５である。

前述の如く、注入輪及びマニホルドを含む注入管からな
るアセンブリの取出し及び再設置を容易にするために、
この注入管は出入口２８を閉鎖する蓋２７に固定され
る。出入口２８は輸送管の軸線１と直交する軸線を持
ち、輸送管と同じ直径を有する円筒管からなる。この円
筒管は輸送管と同様に鋼板で形成され、両者は交点線３
０に沿つて溶着される。管８は脱着式継手３２を介して
ポンプ６の出口に連結される。

【図面の簡単な説明】

第１図は輸送管の軸線を通る平面により切断した本発明
の装置の一具体例の説明図、第２図は輸送管の軸線と直
交する第１図の平面II−IIによる前記装置の断面図であ
る。 ２……輸送管、４……採取管、 ６……循環ポンプ、10，12……注入輪、 20，22，24……霧化用ノズル、26……予混合用ノズル、 27……蓋。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の相が他方の連続相中に分散し得るよ
   うな２つの密度の異なる混合し得ない相からなる流体を
   ほぼ水平の管路で輸送する場合に、この流体を均質化す
   る装置であって、 −均質化すべき流体の流量の少部分を吸引すべく輸送管
   内に採取口を有する採取管と、 このようにして吸引された流体を循環させ且つ加圧すべ
   く前記採取管の出口に配置される循環ポンプと、 このようにして加圧された流体を受容する注入管と、 前記注入管から受給する複数の注入ノズルとを備え、前
   記採取口は重力に起因して前記分散可能相を多量に含む
   ゾーンの中に配置され、このゾーンは分散し得る相の密
   度が連続相の密度より大きいか又は小さいかに応じてそ
   れぞれ輸送管の下方ゾーン又は上方ゾーンを構成し、前
   記注入ノズルは輸送管内で横断方向のジェットを発生さ
   せ、これらジェットが輸送流体の均質化につながる渦を
   形成させ、各ノズルがそのノズルによって生じるジェッ
   トと同じ軸線を有し、前記注入ノズルのうち少なくとも
   数個が霧化用ノズルであって輸送管を切断する方向の噴
   霧面上に配置され、これら霧化用ノズルは前記噴霧面に
   到達する分散可能相分全体を、この噴霧面上で輸送管の
   障壁を構成する格子の格子棒の１つから輸送管の直径の
   1/4より短い小距離をおいて通過させるべく、各ジェッ
   トの軸線の長さの少なくとも一部分により前記格子の格
   子棒の１つが構成されるように前記噴霧面上に配向され
   る霧化ジェットを発生せしめ、これらノズルの１つによ
   って形成される各格子棒の当該ノズルからの長さが、前
   記小距離をおいて通過する分散相分を確実に霧化せしめ
   る十分な速度をその格子棒の全長に亘って霧化ジェット
   に保持させるように、輸送管の直径よりかなり小さい値
   に限定されることを特徴とする均質化装置。
2. 【請求項２】前記霧化用ノズルの口径は円形断面を持つ
   輸送管の場合はその直径の0.5％〜６％、さもなければ
   水力直径の0.5％〜６％であり、ジェットの初速度は各
   ジェットが分散可能相分を当該ジェットからなる格子棒
   の前記長さに亘って効果的に霧化し得るように５〜60ｍ
   ／秒であり、これらジェットの数と噴霧面上での配分と
   はこの噴霧面の各点が格子棒の少なくとも１つからその
   棒を発生せしめるノズルの直径の約15倍より小さい距離
   をおいて配置されるように決定され、この棒の長さは当
   該ノズルの直径の20倍より小さいことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】分散し得る相が水、連続相が油の場合に使
   用し得、霧化用ノズルの口径が輸送管の直径の１％〜３
   ％であり、霧化ジェットの初速度が10〜30ｍ／秒であ
   り、これらジェットの数が約10〜50であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の装置。
4. 【請求項４】前記注入ノズルのうち１つ又は複数の別の
   ノズルが前記霧化用ノズルより少数の予混合用ノズルで
   あって、霧化用ノズルの上流且つ分散相に富むゾーン内
   の前記採取口の下流に配置され、この採取口に吸引され
   ない分散可能相部分があればこれを懸濁させるべく、こ
   の予混合ノズルが輸送管内部方向の予混合ジェットを発
   生させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の装置。
5. 【請求項５】前記予混合用ノズルの数が前記注入ノズル
   の約10％〜20％であり、これら注入ノズルが前記霧化用
   ノズルから上流へ輸送管の直径の約100％〜50％の距離
   をおいて配置されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の装置。
6. 【請求項６】霧化ジェットのうち少なくとも数個が互に
   阻止し合うように合流し、その結果これらジェット中に
   含まれる分散相の小滴がこれらジェットの存続力により
   粉砕されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。
7. 【請求項７】霧化用ノズル及び霧化ジェットがノズル対
   及び対応ジェット対を構成し、各対の２つのジェットが
   互に対向し、対応対の２つのノズルの相互間距離がこれ
   らノズルの口径の約10倍〜20倍であることを特徴とする
   特許請求の範囲第６項に記載の装置。
8. 【請求項８】霧化用ノズルが少なくとも１つの管状注入
   輪により支持され且つ供給され、この注入輪が前記注入
   管の一部分をなし且つ輸送管と同軸的に配置されること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の装置。
9. 【請求項９】前記注入輪を２つ有し、これら注入輪が輸
   送管の長さ方向で互にずらして配置され、一方が輸送管
   とほぼ同一の直径を持つ外側注入輪、他方が輸送管の直
   径の1/2より小さい直径を持つ内側注入輪であり、前記
   ノズル対の一部が外側対であって各々前記外側注入輪に
   支持される外側ノズル１つと前記内側注入輪に支持され
   る内側ノズル１つとからなり、別の一部のノズル対が内
   側対であって各々前記内側注入輪に支持される２つのノ
   ズルからなり、従って前記噴霧面が内側注入輪で規定さ
   れる平面と前記２つの注入輪の間に延在する環状円錐面
   とを含み、そのため輸送管が前記２つの注入輪により妨
   害されるにも拘らず十分な流通断面が輸送流体に与えら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の装
   置。
10. 【請求項１０】前記外側対のノズルの軸線が、前記２つ
    の注入輪を通過する、輸送管と同軸な円錐体の母線に沿
    って配置され、内側対のノズルの軸線が輸送管の長さと
    直交する共通方向に平行であり、そのため限定数の霧化
    ノズル及び霧化ジェットで前記格子が実現されることを
    特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の装置。
11. 【請求項１１】前記噴霧面の一点から最近傍霧化ジェッ
    トまでの最大距離が前記分散可能相に富むゾーン内でよ
    り小さくなり且つこれらジェットにより散逸される単位
    体積当りエネルギがこのゾーン内でより大きくなるよう
    に、前記霧化ノズルの数が前記ゾーンでより多いことを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
12. 【請求項１２】前記注入管が前記注入ノズルを支持し、
    且つ輸送管内でこの管と直交する２つの平面の間に配置
    される機械耐性のあるアセンブリを構成し、前記２つの
    平面相互間の距離が最大で輸送管の直径に等しく、前記
    アセンブリが輸送管壁面の出入口を閉鎖し且つこの開口
    の縁に固定される蓋を備え、そのためこのアセンブリを
    保守の目的で輸送管から取出し次いで作動位置に再設置
    する操作が容易になることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項に記載の装置。