KR101824064B1 - 가스 부유 탱크 - Google Patents

Abstract

인접하는 챔버들 내에서 회전 흐름이 일어나게 하는 그러한 일련의 인접하는 챔버들을 포함하는 가스 부유 탱크가 제공된다. 각각의 챔버는 스키밍 위어에 의해 스킴 오일 통으로부터 분리된다. 각각의 챔버는 하나 걸러 인접 챔버들 사이에 유체 소통 장치를 포함하며, 여기서 유체 소통 장치는 인접 챔버들 사이의 분할 벽에서 소통 포트의 형태로 인접 챔버들 간의 유체 소통이 가능하게 하고, 다공성 판과 결합된 챔버 유출부가 포함되며, 유출부는 마지막 챔버와 유체 소통을 행하도록 위치하고 있다.

Description

가스 부유 탱크{GAS FLOTATION TANK}

본 발명은 생산수(produced water)로부터 탄화수소(hydrocarbons)를 분리하기 위한 가스 부유 탱크(gas flotation tanks)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 구조적 내부 파이핑(piping)이 감소된 가스 부유 탱크로서 단락(short circuiting)을 방지, 감소 혹은 적어도 경감시키는 가스 부유 탱크에 관한 것이다.

가스 부유 탱크는 생산수로부터 탄화수소와 같은 원치않는 상(phases) 혹은 오염물(contaminants)을 분리하기 위해 사용되는바, 이는 일반적으로 그 원치않는 상 혹은 오염물을 생산수의 표면으로 상승시키거나 상승을 용이하게 함으로써 이루어진다. 그 다음에, 생산수의 표면을 스키밍(skimming)함으로써 탄화수소는 제거될 수 있다.

하나의 전형적인 가스 부유 탱크는 분할 벽(dividing wall)에 의해 분리된, 하지만 서로 유체 소통(fluid communication)을 행하는 다수의 챔버(chamber)들로 이루어져 있다. 동작 동안, 생산수는 탱크에 유입되고, 회전 흐름(rotational current)이 발생되어, 탄화수소가 탱크 내에서 생산수의 표면으로 상승하는 것이 촉진되는 반면 더 깨끗하고 더 정화된 물은 탱크의 밑바닥(bottom)으로 가도록 하는 힘이 발생된다. 하부의 물을 유체 소통 포트(fluid communication port)를 통해 인접 챔버로 가도록 함으로써, 각각의 연속하는 챔버는 탄화수소가 더 적게 함유된 생산수를 포함하게 되는데, 이것은 원하는 순도(purity level)에 도달할 때까지 행해지고, 생산수는 가스 부유 탱크로부터 유출된다. 이러한 설계가 갖는 한 가지 문제는 가스 부유 탱크의 각각의 챔버 사이에 있는 분할체 벽(divider wall)들이 두텁게 보강될 필요가 있다는 것인데, 왜냐하면 각각의 챔버 내의 유체 레벨(fluid levels)은 균등하지 않을 수 있고, 유체 레벨에서의 이러한 차이는 분할체 벽 및 탱크에 손상을 주기에 충분할 정도로 큰 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 추가적으로, 탱크의 각각의 분할체 벽 간의 유체 소통 포트의 위치에 따라, 생산수는 챔버들에 걸쳐 단락될 수 있으며, 이러한 단락은 결과적으로 마지막 챔버에서의 생산수가 탄화수소의 원하던 함유량보다 탄화수소가 더 많이 함유된 상태에서 유출되게 한다.

이러한 단락을 피하기 위해, 하나의 가스 부유 탱크는 유입부(inlet)로부터 유출부(outlet)까지 단락을 생성함이 없이 챔버들을 연속적으로 연결시키기 위해 상호연결 파이프(interconnecting pipe)를 포함한다. 상호연결 파이프는, 최상으로 깨끗해지게 하려는 생산수가 하나의 챔버로부터 그 다음 챔버로 취해지도록, 그리고 표면 가까이로 방출되어 (워터 위어(water weir)와 결합되어) 오일 스키밍 통(oil skimming trough)을 향해 표면 탄화수소의 스키밍을 용이하게 하는 흐름 패턴 및 속도를 생성시키는 방식으로 분산되도록 하는 그러한 곳에 위치한다. 상호연결 파이프는 또한, 각각의 챔버 내로 들어가는 흐름과의 균일한 혼합을 보장하기 위해 후속 챔버들에 들어가기 전에 "미소-기포(micro-bubbles)"가 도입될 수 있는 영역으로서 동작한다.

그러나, 이러한 상호연결 파이프는 고장 상태(upset condition)에서 유입부 흐름의 증가 혹은 감소가 제어될 수 없게 하며, 이로 인해 결과적으로 챔버들 간의 레벨 차이는 커지게 되는데, 이것은 내부 벽들을 붕괴시킬 수 있는바, 이에 따라 탱크를 두텁게 보강할 필요성이 있다. 레벨 차이가 커지는 위험을 최소화시키기 위해 상호연결 파이프 크기는 증가될 수 있다. 하지만, 이와 같은 증가는 탱크 내에서의 흐름 패턴을 방해할 수 있고, 뿐만 아니라 챔버의 작업량을 감소시킬 수 있는바, 이에 따라 탱크의 효율은 떨어지게 된다. 추가적으로, 이와 같은 상호연결 파이프는 표준 파이프 및 압연판 크기 그리고 그 관련 비용에 의해 제한을 받게 된다. 더욱이, 탱크를 채우고 배수시키는 것은 정교한 공정으로, 이는 각각의 챔버 내에서의 레벨을 주위 깊게 모니터링할 것을 요구한다.

또 하나의 다른 타입의 부유 탱크는 굴곡형 탱크(serpentine tank)로서 지칭되며, 다수의 챔버들을 포함하고, 각각의 챔버는 파티션(partition)에 의해 분리되는바, 여기서 파티션의 일부는 챔버들의 발란싱(balancing)을 가능하게 하는 다공성 판(perforated plate) 혹은 개구(opening)이다. 그러나, 굴곡형 탱크는 탱크를 통한 수평적 흐름만을 가능하게 하고, 이 경우 원치않는 상을 분리하기 위해서 중력 및 시간이 사용된다. 굴곡형 탱크에서의 유체는 챔버 내부에서 실질적으로 하나의 방향(길이방향)으로 흐르고 다공성 판 혹은 개방 부분을 통해 챔버를 빠져나와 인접 챔버로 들어가는데, 여기서 유체는 챔버의 길이를 따라 수평으로 흐르는바, 이것은 주어진 탱크 내에서 제공되는 수만큼의 다수의 챔버들에 대해 반복되고, 따라서 "굴곡형"으로 지칭된다. 이와 같은 끝에서 끝으로 진행하는 패턴은 또한, 각각의 챔버 내에 개별 스키밍 지점들을 요구하게 되고, 이것은 또한, 원치않는 상을 제거하기 위해 탱크 상의 추가적인 노즐(nozzles), 외부 파이핑, 및 밸브(valves)를 요구한다.

따라서, 상호연결 파이핑에 대한 의존성을 감소 혹은 제거하면서 단락을 방지, 감소 혹은 경감시키는 가스 부유 탱크에 대한 필요성이 존재한다.

유체로부터 오염물을 분리하기 위한 가스 부유 탱크가 제공된다. 이러한 탱크는 각각의 챔버 내에서 경사진 위어(sloped weir)를 사용함으로써 챔버 내에서 회전 흐름이 일어나게 하는 그러한 일련의 인접하는 챔버들을 포함한다. 각각의 챔버는 오염물이 지나가는 스키밍 위어(skimming weir)에 의해 스킴 오일 통(skim oil trough)으로부터 분리된다. 각각의 인접하는 챔버는 상호연결 통로(interconnecting passage)를 통해 유체가 이동가능하게 연결되어 있고, 여기서 상호연결 통로는 오염물이 감소된 유체를 오염물이 더 감소되도록 인접 챔버에 전달할 수 있다. 인접하는 챔버들 간에 유체 통로들(fluid passages) 및 연결기 포트들(connector ports)이 하나 걸러 있는 구성은 인접 챔버들 간의 유체 레벨을 적어도 부분적으로 균등화(equalization)시킬 수 있으며, 또한, 챔버에서 챔버로 유체가 진행함에 따른 유체의 단락을 경감, 감소 혹은 방지한다.

일 실시예에서, 부유 탱크가 제공되며, 이러한 부유 탱크는 부유 탱크 안으로 유입되는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 것이고, 여기서 부유 탱크는,

탱크의 밑바닥을 정의하는 바닥(floor) 및 탱크의 측면(sides)을 정의하는 부속 벽(depending wall)과;

탱크 내에서 분할 벽들에 의해 서로 분리되어 있는 일련의 인접하는 챔버들과, 여기서 각각의 챔버는 챔버 내에서 회전 흐름을 유발시키기 위한 경사진 위어를 포함하며;

각각의 챔버에 걸쳐 있으며 각각의 챔버로부터 스키밍 위어에 의해 분리되어 있는 스킴 오일 통과, 여기서 스키밍 위어는 경사진 위어의 맞은편(opposite)에 있으며;

오염물을 포함하는 유체를 유입시키기 위해 일련의 인접하는 챔버들 중 임의의 챔버와 유체 소통을 행하는 유입부와, 여기서 유입부는 챔버에 유입되는 유체에 대해 회전 흐름을 유발시키기 위해 일련의 인접하는 챔버들의 경사진 위어에 근접하여 위치하고 있으며;

실질적으로 각각의 챔버의 분할 벽의 밑바닥을 향해 위치하고 있음과 아울러 실질적으로 스킴 오일 통의 맞은편에 위치하고 있는 상호연결 통로를 통해 각각의 챔버는 인접 챔버들과 유체 소통을 행하고, 여기서 상호연결 통로는 임의의 챔버로부터 나온 유체가 인접 챔버의 경사진 위어의 후면(backside)으로 갈 수 있게 하며;

두 개의 인접하는 챔버들 사이의 분할 벽에 위치하여 두 개의 인접하는 챔버들 간에 유체 소통이 일어나게 하는 연결기 포트와;

일련의 인접하는 챔버들에서의 챔버들 중 적어도 하나의 챔버의 경사진 위어에 위치하여 적어도 하나의 챔버의 경사진 위어를 통해 인접 챔버들 간의 유체 전달을 가능하게 하는 유체 통로와; 그리고

일련의 인접하는 챔버들에서의 챔버들 중 하나의 챔버와 유체 소통을 행하여 생산수를 유출시키는 유출부를 포함하고,

여기서, 연결기 포트 및 유체 통로는 인접 챔버들에 하나 걸러 위치하고 있다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 연결기 포트는 스키밍 위어에 근접하여 분할 벽의 기저부(base)에 위치하고 있다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 상호연결 통로의 하나의 말단부(end)는 경사진 위어의 기저부에 근접하여 위치하고 있고 다른 말단부는 인접 챔버의 경사진 위어의 후면에 근접하여 위치하고 있다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 유체 통로는 경사진 위어의 기저부에 근접하여 위치하고 있다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 유체 통로는 경사진 위어에서의 다공성 판이다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 유출부는 마지막 챔버의 벽의 기저부에 근접하여 위치하고 있다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 유입부는 첫 번째 챔버에 위치하고 있다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 인접하는 챔버들의 각각의 세트는 하나 걸러 연결기 포트 혹은 유체 통로를 포함하여 인접 챔버들에서의 유체 레벨을 균등화시킬 수 있음과 아울러 마지막 챔버까지 탱크에 걸쳐 유체의 단락을 방지할 수 있다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 탱크는 또한, 탱크로부터의 유체의 인출(withdrawing) 혹은 유입을 위해 각각의 챔버와 유체 소통을 행하는 매니폴드(manifold)를 포함한다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 탱크의 경사진 위어들은 인접하는 챔버들에서 서로 나란히 맞추어 정렬된다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 탱크의 경사진 위어들은 인접하는 챔버들 중 적어도 두 개의 챔버에서 서로 간에 오프셋(offset)을 갖는다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 스키밍 위어의 위쪽 가장자리는 스킴 오일 통으로의 원치않는 상의 전달을 촉진시키기 위해 적어도 하나의 노치(notch)를 포함한다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 탱크는 또한, 챔버 내에 임의의 가스를 선택에 따라서는 미소 기포의 형태로 주입시키기 위해 각각의 챔버와 유체 소통을 행하는 유입부를 포함한다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 오염물은 탄화수소, 유화유(emulsified oils), 혹은 중유(heavy oils)를 포함한다.

앞서 설명된 바와 같은 부유 탱크의 다른 실시예에서, 유체는 생산수이다.

도 1은 5개의 챔버들을 포함하는 가스 부유 탱크의 하나의 예시적인 실시예의 등각투영도(isometric view)이다.
도 2는 도 1에서 제시된 가스 부유 탱크의 상부 평면도이다.
도 3은 도 1에서 제시된 가스 부유 탱크의 등각투영 측면도이다.
도 4는 도 1에서 제시된 가스 부유 탱크에서 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이의 분할 벽을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 1에서 제시된 가스 부유 탱크에서 제 3 챔버를 따라 절단한 단면도로서, 제 2 챔버로부터 제 3 챔버로 유체가 진입할 수 있게 하는 다공성 판을 보여주고 있다.
도 6은 도 1에서 제시된 가스 부유 탱크에서 경사진 위어와 스킴 오일 통 사이를 절단한 단면도로서, 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이 그리고 제 3 챔버와 제 4 챔버 사이에 있는 연결 포트(connecting port)들을 보여주고 있고, 여기서 연결 포트들은 이들 챔버들 간에 유체 소통이 일어날 수 있게 하는바, 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로의 유체의 진입 및 제 3 챔버로부터 제 4 챔버로의 유체의 진입이 일어날 수 있게 한다.
도 7은 순차적 챔버들의 수가 증가함에 따라 제거 효율이 증가함을 보여주고 있는 챔버 체류 시간(chamber residence time) 대 누적 제거 효율(cumulative removal efficiency)을 나타낸 챠트이다.
도 8은 5개의 챔버들을 포함하는 가스 부유 탱크의 다른 예시적 실시예의 등각투영도로서, 여기서 챔버들의 경사진 위어들은 다양한 위치에서 정렬되어 있다.
도 9는 도 8에서 제시된 가스 부유 탱크에서 제 1 챔버를 분할하는 분할선을 따라 절단한 등각투영 단면도이다.
도 10은 도 8에서 제시된 가스 부유 탱크에서 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이의 분할 벽을 따라 절단한 등각투영 단면도이다.
도 11은 도 8에서 제시된 가스 부유 탱크에서 제 2 챔버를 분할하는 분할선을 따라 절단한 등각투영 단면도이다.
도 12는 도 8에서 제시된 가스 부유 탱크에서 제 3 챔버를 분할하는 분할선을 따라 절단한 등각투영 단면도이다.
도 13은 도 8에서 제시된 가스 부유 탱크에서 제 5 챔버를 분할하는 분할선을 따라 절단한 등각투영 단면도이다.

본 명세서에서 설명되는 것은, 생산수와 같은 유체로부터 오염물 혹은 원치않는 상을 적어도 부분적으로 제거 또는 포획하는데 적합한 가스 부유 탱크에 관한 시스템, 장치, 기법 및 실시예, 그리고 동일한 것을 행하는 방법이다. 본 명세서에서 설명되는 이러한 방법, 시스템, 장치, 기법 및 실시예는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에 대해 예시적 목적으로 의도된 것이며 어떠한 경우에도 한정의 의미를 갖고 있지 않음이 이해될 것이다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 언급되는 모든 실시예들 및 예들은 예시적이고 비-한정적인 실시예 혹은 예시적이고 비-한정적인 예를 언급하는 것으로 고려돼야한다.

오염물 혹은 원치않는 상으로 언급되는 것에는 탄화수소가 포함되거나 또는 적어도 부분적으로 탄화수소를 포함하는 오염물 혹은 상이 포함되지만, 탄화수소로만 한정되는 것은 아니며, 유체로부터 제거함에 있어 가스 부유 탱크가 유용하게 사용될 수 있는 그러한 방식으로 행동하는 다른 오염물 혹은 어떤 다른 오염물이 포함될 수 있음이 이해될 것이다.

도 1 및 도 3은 생산수와 같은 유체로부터 원치않는 상, 물보다 가벼운 탄화수소, 및/또는 오일, 원유 혹은 정제유, 혹은 에멀젼(emulsions)과 같은 오염물을 제거하기 위한 부유 탱크(예컨대, 가스 부유 탱크)의 실시예를 나타낸 등각투영도이다. 가스 부유 탱크는 도면번호 10에 의해 전체적으로 제시되어 있고, 탱크(10)의 밑바닥을 정의하는 탱크 바닥(50), 그리고 탱크(10)의 주변부를 정의하는 부속 탱크 벽(45)으로 이루어져 있다. 가스 부유 탱크(10)는 복수의 순차적 챔버들로 분할되어 있고, 이들 챔버들은 전체적으로 챔버의 길이 방향으로 각각의 개별 챔버 내의 생산수에 전체적으로 회전 혹은 원형 흐름이 일어나게 하고 유지되게 하기 위한 것이며, 이에 따라 유체의 표면은 탄화수소 혹은 오일과 같은 오염물을 포획하기 위한 스킴 오일 통(15)을 향해 이동하게 되어 유체의 표면으로부터 유체의 상부에서 스키밍이 이루어지게 된다.

일련의 분할 벽들(65)이 각각의 챔버를 정의하기 위해 사용된다. 비록 도면 전체에 걸쳐 제시되는 탱크(10)가 5개의 챔버들을 포함하고 있지만, 정화될 생산수의 성질 및 유동학적 특성, 유체의 속도, 정화율(rate of purification) 등에 따라 탱크가 더 적은 챔버들 혹은 추가적인 챔버들을 가질 수 있음이 이해될 것이다. 탱크의 각각의 챔버는 하나의 챔버로부터 그 다음 챔버로의 유체의 전달을 가능하게 하는 상호연결 통로(75)(도 9 및 도 10에서 보여짐)를 통해 인접 챔버에 연결된다.

일반적으로 벽(45)의 위쪽 영역을 향해 위치하고 있는 유입부(20)는 생산수와 같은 오염물 함유 유체를 탱크(10) 안으로 그리고 탱크(10)의 제 1 챔버 안으로 유입시키기 위해 사용된다. 경사진 위어(40)는 각각의 개별 챔버에서 회전 혹은 원형 흐름을 유발시키기 위해 탱크(10)의 챔버들 각각을 양분한다. 생산수와 같은 유체는 제 1 챔버 내에서 회전 혹은 원형 흐름을 유발시키기 위한 경사진 위어(40)에 충분히 근접하여 유입부(20)로부터 제 1 챔버 내로 유입된다. 챔버의 길이 방향에서의 회전 흐름은 경사진 위어(40)에 의해 유발되는 것임이 이해될 것이며, 경사진 위어(40)는 물보다 가벼운 탄화수소와 같은 오염물이 제 1 챔버에서 생산수의 표면으로 상승하도록 촉진시키며, 반면 더 깨끗한 물 따라서 더 무거운 물은 탱크(10)의 바닥(50)을 향해 아래쪽 방향으로 밀리게 된다. 스키밍 위어(35)는 스킴 오일 통(15)으로부터 탱크(10)의 챔버들을 분리시키며, 오일과 같은 오염물은 챔버들 각각으로부터 위어를 거쳐 스키밍됨에 따라 수집되게 된다. 일 실시예에서, 스키밍 위어(35)는 오일이 위어를 거쳐 스킴 오일 통(15) 안으로 스키밍될 수 있도록 위어(35)의 위쪽 단에 한 개 혹은 복수 개의 V자-형상의 노치들(미도시)을 포함한다. 대안적 실시예에서, 스키밍 위어의 위쪽 단은 원치않는 상을 스킴 오일 통(15) 안으로 스키밍하는 것을 촉진시키기 위해 다른 형상의 노치를 포함할 수 있으며, 혹은 스키밍 위어의 위쪽 단에 간단히 어떠한 노치도 포함하지 않을 수 있다. 생산수로부터 스키밍이 이루어지면, 오일은 임의의 적절한 수단을 사용하여 수집될 수 있다.

스키밍 위어(35)를 통해 스킴 오일 통(15)으로 오염물의 더 효과적인 제거가 가능하도록 하기 위해, 유체가 인접 챔버로 전달되기 전에, 상호연결 통로(75)는 제 1 챔버의 경사진 위어의 실질적으로 기저부 혹은 아래쪽 영역으로부터 유체를 수집할 수 있고, 이렇게 함으로써 그 회전하는 유체의 흐름 경로는 증가할 수 있게 된다. 그 다음에, 상호연결 통로(75)는 인접 챔버 안으로 인접 챔버의 경사진 위어(40)의 후면 상에 유체를 유출시킬 수 있다. 인접 챔버 안으로의 유입된 유체는 경사진 위어에 의해 일어나게 되는 회전 흐름을 갖게 되고, 다음 인접 챔버로의 유체 전달은 유사한 방식으로 수행될 수 있다. 상호연결 통로(75)는 배플(baffle)과 결합되어 경사 위어(45)와 함께 형성될 수 있다.

제 1 챔버 및 인접하는 챔버(이것은 챔버 2 혹은 제 2 챔버로서 지칭됨)는 또한, 챔버들의 분할 벽(65)의 아래쪽 영역에 위치하는 연결 포트(60)를 통해 유체가 이동가능하게 연결될 수 있다. 연결 포트(60)를 분할 벽의 아래쪽 영역에 위치시킴으로써, 더 깨끗한 물이 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 전달되고, 이들 인접하는 챔버들에서 유체 레벨을 균등화시킬 수 있게 된다. 더 깨끗한 물은 제 1 챔버에 유입된 물보다 더 적은 오염물 함유량을 갖는 물임이 이해될 것이다.

제 2 챔버 내에 있게 되는 경우, 경사진 위어(40)에 의해 회전 흐름이 다시 유발되어 오염물은 제 2 챔버에서 유체의 표면으로 상승하도록 촉진되며, 반면 더 깨끗한 물은 탱크의 바닥(50)을 향해 아래쪽 방향으로 밀리게 된다. 또다시, 오염물은 제 2 챔버로부터 스킴 오일 통(15)으로 스키밍 위어(35)를 거쳐 스키밍되고, 제 2 챔버 내의 유체는 제 1 챔버 내의 유체와 비교해 상대적으로 더 정화된다.

오염물 함유량에서의 큰 감소 없이 제 1 챔버로부터 제 3 챔버로의 유체의 단락을 피하기 위해 제 2 챔버와 제 3 챔버 사이에는 연결 포트가 없음에 유의해야 할 것이다. 탱크를 통한 유체의 단락을 피함으로써 탱크 내의 보유 시간(retention time)은 증가하고, 이에 따라 일반적으로 각각의 챔버 내의 유체의 상부로부터 스키밍 위어(35)를 거쳐 스킴 오일 통(15)으로의 스키밍을 통한 오염물 감소는 더 커질 수 있게 된다.

연결 포트(60)로부터 적절한 거리에 상호연결 통로(75)를 위치시킴으로써, 유체는 충분한 회전 흐름을 거쳐야만 하고, 이에 따라 유체가 제 2 챔버로부터 그 인접하는 제 3 챔버로 전달되기 전에 표면으로의 오염물의 상승은 촉진되게 되어, 인접하는 제 3 챔버에 오염물 함유량이 더 낮은 유체가 제공되게 됨과 아울러 단락을 경감시키게 된다.

연결 포트가 없는 챔버들 간의 유체 레벨을 균등화시키기 위해 혹은 실질적으로 균등화시키기 위해, 유체가 이들 챔버들(예컨대, 챔버 3) 내의 경사진 위어(40)를 통과할 수 있도록 유체 통로(70)가 사용된다. 이러한 방식으로, 유체는 제 3 챔버의 회전 흐름에 쌍방으로 전달되며, 하지만 제 2 챔버와 제 3 챔버 간의 유체 레벨에서의 차이가 사실상 상이한 경우 유체 통로(70)를 통해 흐를 수 있다. 오염물이 챔버의 상부로 상승함에 따라, 오염물은 그 상부에서 스키밍 위어(35)를 거쳐 스킴 오일 통(15)으로 스키밍되고, 이에 따라 제 2 챔버와 비교해 상대적으로 제 3 챔버에서의 오염물 함유량은 감소하게 된다.

이것은 상호연결 통로 및 유체 통로와 함께 제 1 챔버와 제 2 챔버 간의 연결 포트의 결합이고, 이는 챔버로부터 인접 챔버로의 쌍방 유체 전달을 가능하게 함과 아울러 단락을 경감시키게 된다. 이러한 구성은 또한, 인접하는 챔버들에서의 유체 레벨의 균등화 혹은 실질적 균등화를 가능하게 하여, 분할기 벽의 붕괴 위험을 감소시킨다. 연결 포트들 및 유체 통로들이 하나 걸러 있는 이러한 구성이 확립되면, 임의의 적절한 수의 챔버들이 부유 탱크(10) 내에서 사용될 수 있다.

일 실시예의 경우, 도면에 걸쳐 제시되는 바와 같이, 유체 통로(70)는 다공성 판의 형태일 수 있다.

더욱이, 경사진 위어(40)는 챔버들 내의 다양한 지점들에 위치할 수 있음이 이해될 것이고, 경사진 위어들(40)이 도 1 내지 도 6에서 제시되는 바와 같이 반드시 일렬로 정렬돼야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 경사진 위어들(40)은 도 8 내지 도 13에서 예시되는 비-한정적 실시예에서 예로서 제시되는 바와 같이 서로로부터 오프셋될 수 있다. 경사진 위어들(40)의 위치를 조정함으로써, 각각의 챔버에서의 흐름율은 원하는 바에 따라 혹은 필요에 따라 제어 및 조절될 수 있다.

경사진 위어들은 각각의 챔버 내에서 회전 흐름을 유발시킨다. 회전 흐름은 동일 직경의 전형적인 탱크와 비교하여 상대적으로 탱크 전체에 걸쳐 흐름 경로를 연장시킬 수 있다. 이와 같이 연장된 흐름 경로는, AEOR 폴리머 플러딩(AEOR polymer flooding)에서 사용되는 것들과 같은 점성 유체 및 유화유와 같은 물의 비중(Specific Gravity, SG)에 접근하는 비중(SG)을 갖는 상을 분리할 수 있게 한다. 추가적으로, 흐름 경로에서의 증가는 기포 혹은 미소-기포가 유체 내의 오염물과 접촉하여 실질적으로 부착될 수 있는 기회를 더 많이 제공할 수 있고, 이에 따라 오염물은 점진적으로 표면으로 부유 혹은 이동되어 궁극적으로 오일 통(15)으로 스키밍될 수 있게 된다.

탱크(10)의 챔버들과 유체 소통을 행하는 매니폴드(25)가, 필요에 따라 동작 이전에, 혹은 탱크(10)의 유지관리를 위해, 탱크(10)를 채우거나 비우는데 사용될 수 있다.

유출부(55)는 유입부 챔버의 맞은편에 있는 탱크(10)의 마지막 챔버에 위치할 수 있고, 이에 따라 유체는 모든 챔버들을 통해 지나갈 수 있게 되며, 따라서 각각의 챔버 내에서 오염물의 스키밍이 이루어질 수 있게 되는바, 이것은 결과적으로 탱크로부터 유출되는 유체로부터 오염물의 감소가 최고치에 이르게 한다.

도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 탱크(10)의 다양한 도면들을 보여주고, 그리고 유체 통로들(70) 및 하나 걸러 있는 연결 포트들(60)을 보여주는데, 이들은 인접하는 챔버들 간의 유체 소통을 가능하게 함과 아울러 단락을 경감시키고 적어도 부분적 균등화를 가능하게 한다. 이러한 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 탱크(10)로부터 상호연결 파이프는 누락되어 있다. 이러한 누락은 또한, 관련된 우회 배관(bypass lines) 및 밸브가 누락될 수 있게 하며, 이에 따라 설계의 복잡도 및 관련 비용이 감소하게 되고 유지관리비가 줄어든다. 더욱이, 설계의 확장성(scalability)이 용이하게 된다.

본 명세서에서 설명되는 설계는 고장 상태를 더 잘 처리할 수 있는데, 왜냐하면 챔버로부터 챔버로의 흐름은 상호연결 통로(75), 연결 포트들(60), 뿐만 아니라 유체 통로(70 및 85)를 각각 사용함으로써 제약을 더 적게 받기 때문인바, 여기서 연결 포트들(60) 및 유체 통로(70 및 85)는 각각의 챔버 간에 하나 걸러 위치하여 단락을 피하게 되고 아울러 챔버들의 유체 레벨의 발란싱을 돕게 되며, 단락을 피할 수 있기 때문에 오염물 제거를 촉진시킨다.

상호연결 파이프를 피함으로써 더 큰 흐름이 가능한 탱크를 만들 수 있는 능력을 증가시킬 수 있는데, 왜냐하면 이러한 설계는 더 큰 확장성을 제공하기 때문이다. 추가적으로, 흐름은 유사하지만 더 긴 보유 시간을 요구하는 응용물들이 또한 만들어질 수 있다.

추가적으로, 유체 통로들(70 및/또는 85)을 경사진 위어들에 위치시켜 다양한 챔버들 간의 상호연결이 생성되게 하고, 뿐만 아니라 상호연결 통로들(75)은 또한 탱크를 보강하도록 동작할 수 있음에 반해, 상호연결 파이프는 거의 어떠한 구조적 혜택도 제공하지 못하며 또한, 탱크 자체에 의해 요구되는 것에 대해 증가하는 자기 자신의 구조적 지지를 요구한다.

탱크(10)의 동작과 관련된 혜택들에 추가하여, 연결 포트들(60) 및 유체 통로들(70 및 85)이 하나 걸러 있는 구성을 포함하는 탱크(10)는 탱크를 채우고 배수하는데 덜 민감하게 되는데, 왜냐하면 상호연결 포트들 및 유체 통로들이 챔버로부터 챔버로의 흐름을 덜 제약할 수 있기 때문이다. 유체 통로들 및 연결 포트들 간에 하나 걸러 위치하는 것은 채움 및 배수 동안 인접 챔버들에서의 유체 레벨의 발란싱을 돕는다. 인접하는 챔버들의 유체 레벨이 실질적으로 균등화되기 때문에, 상호연결 파이프 구성에 기반을 둔 부유 탱크와 비교해 상대적으로 구조적 요건에서의 감소가 관측된다.

연결기 포트들(60) 및 유체 통로들(70 및 85)은, 단락이 감소 혹은 방지되도록 보장하기 위해서 아울러 또한 인접 챔버들 간의 유체 레벨의 적어도 부분적 균등화를 가능하게 하기 위해서, 챔버에서 챔버로 하나 걸러 위치해야 함이 이해될 것이다.

더욱이, 외부 파이핑 및 밸브의 감소가 요구된다. 상호연결 파이프를 포함하는 구성에서는 채움 및 배수 동안 발란싱을 위해 전형적으로 수 개의 외부 파이프들이 사용된다. 본 명세서에서 개시되는 탱크를 사용하면 이러한 것들은 요구되지 않는다.

본 명세서에 윤곽이 제시되고 있는 하나 걸러 위치하는 구성을 사용함으로써, 마지막 챔버에 있는 유출부(55)에 도달하기 전에, 그 유입된 유체로부터 오염물의 제거를 가능하게 하는 더 긴 흐름 경로가 확립된다. 추가적으로, 이러한 흐름 경로의 중요 부분은 전형적인 설계에서 수직적인 것과는 반대로 수평적이다. 이러한 수평적 흐름 경로는 기포들 혹은 미소-기포들이 오염물들과 부착되게 하여 이들이 스키밍을 위해 회전 유체의 표면으로 상승하는 것이 촉진되게 한다.

도 7은 RT 대 순차 챔버들(분리기들)의 수에 따라 성능이 달라지는 것을 보여주는 관계가 존재함을 나타낸다. 비록 본 명세서에 설명되는 탱크는 5개의 챔버들로 이루어졌지만, 이것은 챔버들을 추가시키면 성능에서의 증가가 일어나게 됨을 시사하고 있다.

경사진 위어들(40)에 의해 유발되는 회전 흐름에 추가하여, 기포, 선택에 따라서는 미소-기포의 형태인 기포가 유입부(미도시)를 통해 각각의 챔버에 부가될 수 있고 이에 따라 탄화수소와 같은 오염물이 스킴 오일 통(15)으로의 스키밍을 위해 표면으로 상승하는 것이 더 촉진되게 됨이 이해될 것이다. 미소-기포는 분할 벽의 기저부를 향해, 선택에 따라서는 연결 포트들에 근접하여, 부가될 수 있고, 오일과 같은 오염물에 부착되도록 동작하여 오일이 표면으로 상승하는 것이 촉진되게 된다. 상승 속도를 낮추기 위해 더 작은 기포가 사용될 수 있으며, 이에 따라 오염물에 대한 부착 기회는 증가하게 된다. 대안적으로 혹은 추가적으로, 미소-기포는 경사진 위어(40)의 기저부에서 부가될 수 있다.

하나의 챔버로부터 인접 챔버로 유체를 전달할 수 있도록 상호연결 통로(75)를 사용하는 것에 추가하여, 대안적 실시예에서, 상호연결 통로(75)는 액체를 전달하기 위해 사용될 수 있음과 아울러 또한, 기포 혹은 미소-기포에 대한 오염물의 가스/액체 접촉의 구역을 집중시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 기포 혹은 미소-기포를 챔버 자체에 도입하는 것 대신에 혹은 이에 추가하여, 기포 혹은 미소-기포는 상호연결 통로(75)에 도입될 수 있다. 기포 혹은 미소-기포를 협소한 구역에 도입하는 이러한 구성은 유체 내의 오염물과의 접촉 및 부착의 가능성을 향상시킬 수 있다. 가스의 도입이 상호연결 통로(75)와 같은 더 좁은 공간으로 집중될 수 있고, 그 다음에 상호연결 통로(75)에서 나옴에 따라 표면 가까이에서 방출될 수 있으며, 여기서 유체로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 전형적으로, 다른 기술은 가스를 협소한 구역에 집중시키는 것과는 반대로 더 큰 용적에서, 예를 들어, 챔버 내에서 가스를 분산시키는 원리에 기반하여 작동한다.

도 8 내지 도 13에서 제시되는 가스 부유 탱크는 도 1 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명된 바와 유사한 방식으로 동작하며, 차이점은 경사진 위어들(40)이 순차적 챔버들에서 서로로부터 오프셋되어 있다는 것임이 이해될 것이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 경사진 위어들의 위치와 위어들의 경사를 모두 조종함으로써, 유체의 속도 분포가 변경될 수 있고, 이에 따라 더 바람직한 분리 및/또는 원치않은 상 혹은 오염물의 제거가 이루어지게 된다.

본 발명의 설계는 유체를 챔버에서 챔버로 전달하기 위해 상호연결 통로를 이용하고, 챔버들의 발란싱을 위해 일반적으로 단지 유체 통로들 및 연결 포트들을 사용한다는 것, 반면, 굴곡형 탱크는 유체를 하나의 챔버에서 그 다음 챔버로 전달하기 위해 다공성 판 혹은 개구를 사용한다는 것이 이해될 것이다. 더욱이, 본 발명의 설계는 각각의 개별 챔버에서의 회전 혹은 원형 흐름 패턴을 생성하기 위해 전형적으로 배플 및 위어 판으로 이루어지는 상호연결 채널을 사용할 수 있다. 이와 같은 것은 바람직하지 않은 오염물들을 수력으로 스키밍하기 위해 사용되고, 그리고 이들을 더 빠르게 표면으로 이동시키기 위해 사용되는바, 이들에게는 더 빈번하게 표면에 도달할 수 있는 기회가 더 많이 제공되게 된다(워터 위어 판들과 이들에 의해 유발되는 원형 패턴의 결과). 원치않은 상을 포함하는 오염물의 분리에 흐름 경로의 길이가 영향을 미치는 것으로 고려되기 때문에, 챔버의 길이를 사용하는 것과는 반대로, 더 작은 용적에서의 회전 혹은 원형 패턴을 통해 분리가 달성될 수 있다(해당 용적을 통한 한 번의 수평적 흐름 대신, 더 작은 용적을 원형 패턴으로 여러 번 재사용하는 것). 이것의 결과는 요구된 보유 시간(이것은 또한 탱크의 용적(크기)을 표시함)의 감소일 수 있다. 다양한 실시예의 경우, 본 명세서에서 개시되는 바와 같은 탱크는 동일한 상황에 대해 1/6 내지 1/12의 시간(혹은 용적)을 요구한다. 본 발명의 설계는, 스킴 오일 통과 결합되어 스키밍 위어로 나타내어지는 단일의(공유된) 스키밍 수단, 그리고 원치않은 오염물의 제거가 일어날 수 있는 곳인 탱크 상의 단일 지점(노즐, 파이핑, 및 밸브의 감소)을 가능하게 한다.

본 명세서에서 윤곽이 제시되고 있는 실시예는 어떠한 형태에서든 한정의 의미를 갖도록 의도되지 않았으며 단지 본 발명을 예시하는 것임이 이해될 것이다. 본 발명의 설계의 수정, 변형, 대체, 및 확장이 이루어질 수 있으며, 이것은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려돼야 한다.

Claims (15)

1. 부유 탱크(flotation tank)로서, 상기 부유 탱크는 상기 부유 탱크 안으로 유입되는 유체(fluid)로부터 오염물(contaminant)을 제거하기 위한 것이며, 상기 부유 탱크는,
   상기 탱크의 밑바닥(bottom)을 정의하는 바닥(floor) 및 상기 탱크의 측면(sides)을 정의하는 부속 벽(depending wall)과;
   상기 탱크 내에서 분할 벽(dividing wall)들에 의해 서로 분리되어 있는 일련의 인접하는 챔버(chamber)들과, 각각의 챔버는 상기 챔버 내에서 회전 흐름(rotational current)을 유발시키기 위한 경사진 위어(sloped weir)를 포함하며;
   각각의 챔버에 걸쳐 있으며 각각의 챔버로부터 스키밍 위어(skimming weir)에 의해 분리되어 있는 스킴 오일 통(skim oil trough)과, 상기 스키밍 위어는 상기 경사진 위어의 맞은편(opposite)에 있으며;
   오염물을 포함하는 유체를 유입시키기 위해 상기 일련의 인접하는 챔버들 중 임의의 챔버와 유체 소통(fluid communication)을 행하는 유입부(inlet)와, 상기 유입부는 상기 챔버에 유입되는 유체에 대해 회전 흐름을 유발시키기 위해 상기 일련의 인접하는 챔버들의 상기 경사진 위어에 근접하여 위치하고 있으며;
   각각의 챔버의 상기 분할 벽의 밑바닥을 향해 위치하고 있음과 아울러 상기 스킴 오일 통의 맞은편에 위치하고 있는 상호연결 통로(interconnecting passage)를 통해 각각의 챔버는 상기 인접하는 챔버들과 유체 소통을 행하며, 상기 상호연결 통로는 임의의 챔버로부터 나온 유체가 인접 챔버의 상기 경사진 위어의 후면(backside)으로 갈 수 있게 하고;
   두 개의 인접하는 챔버들 사이의 상기 분할 벽에 위치하여 상기 두 개의 인접하는 챔버들 간에 유체 소통이 일어나게 하는 연결기 포트(connector port)와;
   상기 일련의 인접하는 챔버들에서의 상기 챔버들 중 적어도 하나의 챔버의 상기 경사진 위어에 위치하여 상기 적어도 하나의 챔버의 상기 경사진 위어를 통해 인접 챔버들 간의 유체 전달을 가능하게 하는 유체 통로(fluid passage)와; 그리고
   상기 일련의 인접하는 챔버들에서의 상기 챔버들 중 하나의 챔버와 유체 소통을 행하여 생산수(produced water)를 유출시키는 유출부(outlet)를 포함하여 구성되며,
   상기 연결기 포트 및 상기 유체 통로는 인접 챔버들에 하나 걸러 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결기 포트는 상기 스키밍 위어에 근접하여 상기 분할 벽의 기저부(base)에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 상호연결 통로의 하나의 말단부(end)는 상기 경사진 위어의 기저부에 근접하여 위치하고 있고 다른 말단부는 인접 챔버의 상기 경사진 위어의 후면에 근접하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유체 통로는 상기 경사진 위어의 기저부에 근접하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유체 통로는 상기 경사진 위어에서의 다공성 판(perforated plate)인 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유출부는 마지막 챔버의 벽의 기저부에 근접하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유입부는 첫 번째 챔버에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   인접하는 챔버들의 각각의 세트는 하나 걸러 연결기 포트 혹은 유체 통로를 포함하여 인접 챔버들에서의 유체 레벨(fluid level)을 균등화(equalization)시킬 수 있음과 아울러 마지막 챔버까지 상기 탱크에 걸쳐 상기 유체의 단락(short circuiting)을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
9. 제6항에 있어서,
   상기 탱크로부터의 유체의 인출(withdrawing) 혹은 유입을 위해 각각의 챔버와 유체 소통을 행하는 매니폴드(manifold)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탱크의 상기 경사진 위어들은 상기 인접하는 챔버들에서 서로 나란히 맞추어 정렬되는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탱크의 상기 경사진 위어들은 상기 인접하는 챔버들 중 적어도 두 개의 챔버에서 서로 간에 오프셋(offset)을 갖는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스키밍 위어의 위쪽 가장자리는 상기 스킴 오일 통으로의 원치않는 상(unwanted phase)의 전달을 촉진시키기 위해 적어도 하나의 노치(notch)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 챔버 내에 임의의 가스(gas)를 선택에 따라서는 미소 기포(micro-bubbles)의 형태로 주입시키기 위해 각각의 챔버와 유체 소통을 행하는 유입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오염물은 탄화수소(hydrocarbon), 유화유(emulsified oils), 혹은 중유(heavy oils)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유 탱크.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체는 생산수인 것을 특징으로 하는 부유 탱크.

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