KR101671958B1 - 모래 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치는, 중공의 원통형으로 형성되고, 하측과 상측에 각각 유입부와 배출부를 구비하는 본체; 상기 본체의 외측에 회전가능하도록 결합되고, 유체가 유입되는 유입구와 분사 노즐을 구비하여 상기 유입구에서 유입된 유체를 상기 분사 노즐로 배출하도록 내부에 유로가 형성되는, 회전체; 및 상기 회전체의 유입구로 상기 유체를 공급하는 유체 공급부를 포함하여 모래의 유동화 영역을 넓히고 배출을 수행하여 보다 효과적으로 분리기 내부의 모래를 배출시키는 효과가 있다.

Description

모래 제거장치{Apparatus for removing sand}

본 발명은 모래 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리기에 유입된 모래를 부유화(fluidization)하여 모래의 배출을 용이하도록 한 모래 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 유정으로부터 추출된 유정 유체는 오일, 가스, 물로 분리되는 과정을 거친다. 이러한 분리를 위하여 유정 유체는 분리기(separator)로 이송된다.

유정에서 유정 유체를 추출할 때 1차적으로 스크린(screen)을 설치하여 모래를 걸러내지만, 스크린 사이즈보다 작은 모래는 유정 유체에 포함되어 분리기로 유입된다.

그러나, 분리기로 유입된 모래는 분리기 하부에 퇴적되어 분리기의 효율을 저하시키고 고장의 원인이 되기 때문에 퇴적된 모래를 지속적으로 또는 주기적으로 제거할 필요가 있다.

종래에는 모래 제거를 위해 분리기 하단에 분사 노즐을 설치하여 물을 분사함으로써 모래와 물의 혼합물이 슬러리(slurry) 상태로 드레인을 통해 배출되도록 하였다.

그러나, 노즐에서 분사된 물에 의해 모래가 부유(fluidization) 또는 유동될 때 유동 영역이 분리기 내의 물 구역(water phase) 전체를 순환하게 되면 모래와 물의 혼합물이 배출되는 시간이 길어지는 문제점이 있다.

일본공개특허 특표평10-511892(1998.11.17. 공개)

본 발명의 실시예들은 분리기의 하부에 퇴적된 모래를 제거하기 위해 넓은 영역을 유동화시킴으로써 보다 효과적으로 퇴적 모래를 제거하도록 한 모래 제거장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치는, 중공의 원통형으로 형성되고, 하측과 상측에 각각 유입부와 배출부를 구비하는 본체; 상기 본체의 외측에 회전가능하도록 결합되고, 유체가 유입되는 유입구와 분사 노즐을 구비하여 상기 유입구에서 유입된 유체를 상기 분사 노즐로 배출하도록 내부에 유로가 형성되는, 회전체; 및 상기 회전체의 유입구로 상기 유체를 공급하는 유체 공급부를 포함한다.

여기서, 모래 제거장치는 본체와 회전체 사이에 삽입되는 베어링부를 포함할 수 있다.

또한, 분사 노즐은, 상기 회전체의 하측단에서 접선 방향으로 설치될 수 있다.

상기 회전체의 유입구에는, 상기 유체 공급부에서 공급되는 유체의 압력에 의해 개폐되는 개폐부가 설치될 수 있는데, 개폐부는, 힌지축과, 상기 힌지축과 결합되는 개폐판과, 상기 힌지축과 상기 개폐판 사이에 설치되는 탄성부재와, 상기 개폐판이 회동 범위를 제한하는 스토퍼를 포함할 수 있다.

상기 회전체는, 상측면에 상기 회전체 유입구가 복수개가 형성되고, 상기 유체 공급부는, 상기 회전체가 회전될 때 상기 회전체 유입구의 회전경로상 한 곳에 고정되어 비연속적으로 유체를 공급하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 회전체의 상측면에는, 상기 회전체 유입구가 회전하는 경로를 따라 링형상의 유동 안내홈이 형성이 형성될 수 있으며, 상기 회전체와 상기 유체 공급부 중 적어도 하나는 서로 접하는 부분에 베어링이 설치될 수도 있다.

이상과 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 회전형의 분사 노즐을 채택함으로써 분사 노즐이 360도 회전을 하며 모래를 유동화시키기 때문에 넓은 영역을 유동하시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 회전형의 분사 노즐이 회전되어 내측으로 흡입력이 발생시킴으로써 모래를 유동화시킬 뿐만 아니라 유동화된 모래를 흡입하여 배출할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 분리기의 내부 구성도이고,
도 2는 일반적인 분리기의 분사장치에 공급되는 물의 경로를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치의 사시도이고,
도 4는 도 3의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치의 저면도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1은 일반적인 분리기의 내부 구성도이다.

분리기(10)는 유입부(13)를 통해 유정에서 생산되는 유정 유체(가스, 물, 오일이 혼합된 3상의 물질)가 유입되고, 유입된 유정 유체가 가스, 물, 오일로 각각 분리되어 배출되도록 하우징(11)에 가스 배출부(15), 물 배출부(17), 오일 배출부(18)가 각각 형성된다.

이와 같은 분리기(10)는, 먼저 유입된 3상의 유정 유체가 인렛 장치(23)을 통해 액체(a)와 가스-미스트(mist) 혼합물로 분리된 다음, 가스-미스트 혼합물은 미스트 제거기(25)를 거쳐 가스(c)가 분리되어 가스 배출부(125)로 배출되고, 액체(a)와 미스트 제거기(25)에서 수집된 미스트(b)는 유수분리장치(24) 및 위어(Weir, 22)를 통과하면서 물과 오일로 분리되어 각각 물 배출부(17)와 오일 배출부(18)로 배출된다.

분리기(10)에는 3상의 유정 유체와 함께 모래도 같이 유입되어 분리기(10) 하단에 퇴적되는 바, 이를 제거하기 위해서 분리기(10)의 하단에 샌드젯(sand jet)을 설치한다.

도 2는 일반적인 분리기의 분사장치에 공급되는 물의 경로를 도시한 것으로, 이를 참조하면, 물 공급부(30)를 통해 공급되는 물이 유량조절 밸브(31)를 통과하여 유입 배관(33)으로 유입된 다음, 분사장치(34)로 물을 분배하도록 구성된다. 분사장치(34)를 통과한 물은 배출 배관(35)를 통해 배출 밸브(36)를 지나 배출되도록 구성된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치의 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치의 저면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치(120)는, 본체(121)와, 본체(121)의 외측에 결합되고 분사 노즐(124)이 하측에 형성되는 회전체(123)를 포함한다.

본체(121)는 중공의 원통형으로 형성되고, 하측에는 유체가 유입되는 유입부(121b)가 마련되고, 상측에는 유입된 유체가 배출되는 배출부(121a)가 마련된다.

여기서, 본체(121)의 배출부(121a)는 도면에는 도시되지 않았지만 드레인 배관과 연결되어 흡입한 모래를 배출할 수 있게 된다.

회전체(123)는 원통형 본체(121)의 외측에 회전가능하도록 끼워진다.

여기서, 회전체(123)의 상측면은 원판형이며 4개의 유입구가 일정 간격으로 형성되고, 각 유입구에는 개폐판(123a)이 설치된다.

또한, 회전체(123)는 유입구에서 유입되는 유체가 하측단에 위치한 분사 노즐(124)로 이동될 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같이 화살표 방향의 유로가 내부에 형성된다.

회전체(123)의 하측면에는 단턱(123e)이 형성되어 회전체(123)가 회전이 본체(121)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

상기 회전체(123)의 유입구는 도 4에 도시된 바와 같이, 유체 공급부(127)와 맞닿아 유체를 공급받게 된다.

유체 공급부(127)는 회전체 유입구의 회전경로상 한 곳에 고정 설치된다. 이에 따라 회전체(123)가 회전될 때 비연속적으로 유체를 공급하게 된다.

본 발명의 일실시예에서 회전체(123)의 유입구는 총 4개가 형성되어 회전체(123)이 1회전시에 총 4번 유체 공급부(127)와 만나게 되고 그 결과 4번의 유체공급을 받게 된다.

회전체(123)의 상측면에는 도면에 도시되지는 않았지만, 회전체 유입구가 회전하는 경로를 따라 링형상의 유동 안내홈이 형성이 형성되어 유체 공급부(127)가 회전체(123)가 회전할 때 안내될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 회전체(123)의 유입구에는 유체 공급부(127)에서 공급되는 유체의 압력에 의해 개폐되는 개폐부가 설치될 수 있다. 이와 같은 개폐부가 없으면 유체를 공급받지 않는 회전체 유입구를 통한 유체의 유출이 발생하기 때문에 하측에 위치한 분사노즐(124)로 유체가 고압으로 분사될 수 없게 된다.

이러한 개폐부는, 힌지축과 결합되는 개폐판(123a)과, 힌지축과 개폐판(123a) 사이에 설치되는 스프링 부재(123b)를 포함한다.

상기 스프링 부재(123b)에 의해 유체 공급부(127)의 공급이 없을 때에는 회전체(123) 유입구가 폐쇄된 상태를 유지할 수 있게 되고, 유체 공급부(127)의 공급이 발생하면 공급 유체의 압력에 의해 개폐판(123a)이 회동되면서 회전체 유입구가 개방된다.

또한, 개폐부는, 개폐판(123a)이 회동 범위를 제한하는 스토퍼(123d)를 포함할 수 있다. 이를 통해 패쇄상태에서 스프링 부재(123b)의 복원력에 의한 개폐판(123a)의 이탈을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 본체(121)와 회전체(123) 간의 회전이 원활하도록 본체(121)와 회전체(123) 사이에 베어링(125)이 삽입될 수 있다.

또한, 도면에 개시되지는 않았지만, 회전체(123)의 상측면과 유체 공급부(127)도 서로 맞닿아 회전되기 때문에 서로 접하는 부위에 베어링이 설치되어 회전이 원활하게 진행되도록 구성할 수도 있다.

회전체(123)의 분사 노즐(124)은 회전체(123)의 하측면에 'ㄴ'형태로 절곡되어 복수개가 등간격으로 설치된다.

여기서, 분사 노즐(124)은 원형인 회전체(123)의 하측면에 접선 방향으로 노즐(124)이 분사되도록 설치된다.

이하, 본 실시예에 따른 모래 제거장치의 동작을 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 유체 공급부(127)을 통해 유체가 유입되면 회전체(123)의 상측면에 형성된 유입구로 전달된다.

이때, 유입되는 유체의 압력에 의해 개폐부가 먼저 개방된 다음, 회전체(123) 내부로 유체가 유입된다.

유입된 유체는 회전체(123) 내부에 형성된 유로를 따라 하강하다가 유로의 끝단에 형성된 분사 노즐(124)을 통해 분사하게 된다.

분사 노즐(124)을 통해 유체가 분사되면, 회전체(123)는 반작용에 의해 회전하게 된다. 회전체(123)의 회전중에도 상부의 유체 공급부(127)를 통해 지속적으로 유체를 공급받기 때문에 회전체(123)은 회전을 계속할 수 있게 된다.

이와 같이 회전체(123)가 360도 회전을 하며 유체를 분사하기 때문에 모래 제거장치 주변의 넓은 영역으로 모래의 유동화가 발행하게 된다.

본체(121)의 중심부인 중공부는 본체(121) 상측의 배출부(121a)와 연결되고,배출부(121a)는 분리기(미도시)의 외측과 연통되도록 구성되어 있어, 분리기(미도시) 외측과 내측간의 압력차에 의해 본체(121) 중심부인 중공부에는 흡입력이 발생하게 된다.

이에 따라 유동화된 모래는 본체(121) 하측의 유입부(121b)를 통해 흡입(suction)되고, 상측으로 이동되어 배출부(121a)를 통해 모래가 배출된다.

본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치(120)는, 회전형 분사 노즐(124)을 구비함으로써, 퇴적된 모래를 넓은 범위에서 유동화하는 동시에 본체(121)의 내부로 유동화된 모래를 흡입하게 된다.

흡입된 유체는 배출배관(미도시)을 통해 배출됨으로써 분리기 바닥에 퇴적된 모래를 제거할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 모래 제거장치(120)는, 회전체(123)에 의해 넓은 유동 영역에서 모래를 유동화시키는 동시에 회전체(123)의 회전에 의해 발생된 내부의 흡입력으로 유동화된 모래를 배출되도록 함으로써 넓게 퇴적된 모래를 효과적이며 신속하게 배출할 뿐만 아니라 단일 장치를 설치하여 유동화 및 배출을 동시에 수행할 수 있도록 함으로써 분리기의 제작 과정을 단순화하여 단가를 낮출 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

120: 모래 제거장치 121: 본체
121a: 배출부 121b: 유입부
123: 회전체 123a: 개폐판
123b: 스프링 부재 123d: 스토퍼
124: 분사 노즐 125: 베어링
127: 유체 공급부

Claims (8)

1. 중공의 원통형으로 형성되고, 하측과 상측에 각각 유입부와 배출부를 구비하는 본체;
   상기 본체의 외측에 회전가능하도록 결합되고, 유체가 유입되는 유입구와 분사 노즐을 구비하여 상기 유입구에서 유입된 유체를 상기 분사 노즐로 배출하도록 내부에 유로가 형성되는, 회전체; 및
   상기 회전체의 유입구로 상기 유체를 공급하는 유체 공급부를 포함하는, 모래 제거장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 모래 제거장치는,
   상기 본체와 상기 회전체 사이에 삽입되는 베어링부를 포함하는, 모래 제거장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분사 노즐은 상기 회전체의 하측단에서 접선 방향으로 설치되는, 모래 제거장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전체의 유입구에는 상기 유체 공급부에서 공급되는 유체의 압력에 의해 개폐되는 개폐부가 설치되는, 모래 제거장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 개폐부는 힌지축과, 상기 힌지축과 결합되는 개폐판과, 상기 힌지축과 상기 개폐판 사이에 설치되는 탄성부재와, 상기 개폐판이 회동 범위를 제한하는 스토퍼를 포함하는, 모래 제거장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전체는 상측면에 상기 회전체 유입구가 복수개가 형성되고,
   상기 유체 공급부는 상기 회전체가 회전될 때 상기 회전체 유입구의 회전경로상 한 곳에 고정되어 비연속적으로 유체를 공급하도록 구성되는, 모래 제거장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 회전체의 상측면에는 상기 회전체 유입구가 회전하는 경로를 따라 링형상의 유동 안내홈이 형성이 형성되는, 모래 제거장치.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 회전체와 상기 유체 공급부 중 적어도 하나는 서로 접하는 부분에 베어링이 설치되는, 모래 제거장치.

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