KR101965270B1

KR101965270B1 - 개량된 분리기 및 분리 방법

Info

Publication number: KR101965270B1
Application number: KR1020137023029A
Authority: KR
Inventors: 애비딘 샤룰 아즈먼 비 자이널; 아룰 조시
Original assignee: 페트롤리암 내셔널 버하드 (페트로나스); 엔쥐엘테크 에스디엔. 비에이취디.
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2019-04-03
Also published as: SG192255A1; CN103635246A; WO2012104700A1; BR112013019469A2; CN103635246B; MY166281A; KR20140023279A; US9387432B2; US20130312614A1

Abstract

분리기 용기(5)는 유입 생성물 유체(45)로부터 액체를 분리하도록 배치되는 분리 체임버(10); 상기 분리 체임버(10)로부터 분리된 기체 유입물로부터 혼입된 액체를 제거하기 위한 적어도 하나의 기체 스크러버(15)를 포함하고; 상기 적어도 하나의 기체 스크러버(15)는 상기 분리 체임버(10)의 상측 및 인접부에 위치되고, 상기 기체 스크러버(15) 및 분리 체임버(10)는 상기 기체 스크러버(15)로부터 상기 분리 체임버(10)로 제거된 상기 혼입된 액체를 안내하도록 배치되는, 수직으로 배향되는 적어도 하나의 액체 유출 도관(20)을 통해 연결될 수 있고, 상기 도관(20)은, 상기 도관(20)의 유출 단부(22)가 상기 분리 체임버(10) 내의 최소 임계 액체 깊이(65)보다 낮도록 상기 분리 체임버(10) 내로 연장하도록 배치된다.

Description

개량된 분리기 및 분리 방법{AN IMPROVED SEPARATOR AND METHOD FOR SEPARATION}

본 발명은 기체 및 액체의 분리를 위한 시스템 및 방법, 특히 오일 및 기체 산업용 적용예에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 정제 공정 이전에 자연 유입물로부터 기체, 오일 및 물을 분리하기 위한 분리기 및 분리 방법에 관한 것이다.

종래의 기체, 오일 및 물의 분리 수단은 3 상 분리기를 사용한다. 그러나, 현장 경험에 따르면, 이들 시스템 중 다수는 기체 압축부와 같은 하류 시설에 문제 및 손상을 유발하는 상당량의 액체 잔류물을 경험하는 것으로 나타난다. 이것을 완화시키기 위해, 추가의 폴리싱(polishing) 스크러버가 벌크 기체/액체 또는 기체, 오일 및 물 분리기의 하류에 일반적으로 제공된다. 이것으로 인해 (추가의 레벨 모니터링 및 제어에 기인되는) 공간, 중량 및 기구류가 추가되어, 비용을 증가시키게 된다. 이 시스템의 신뢰성, 가용성 및 유지보수성이 또한 추가의 설비 및 관련되는 기구류로 인해 감소된다.

유입구 유체가 파이프라인으로부터 유래하는 설비의 경우, 파이프라인 내의 슬러그 유동(slug flow)은 유입구 분리기에서 상당한 슬로싱(sloshing), 액체 혼입 및 액위의 급격한 변화를 초래한다. 유입구 분리기에서의 이러한 난류는 상당한 양의 액체가 분리기에서 기체 유출구 장치의 주위에 포집되는 결과를 초래할 수 있다. 이로 인해, 분리기로부터의 기체 흐름 내로 액체 혼입이 많아지고, 또한 특히 액체가 왁스질(waxy)인 경우 분리기 유출구 장치가 폐색될 가능성이 있다.

이 폐색은 기체 유출구 장치의 냉점(cold spots)의 결과로서 발생하고, 이 효과는 내부 구조물과 관련되는 통상적으로 작은 유동 경로에 의해 더 악화된다. 액체상의 "슬로싱"은 액체와 기체 유출구 장치의 접촉을 유발할 수 있다. FPSO(부유식 생산 저장 출하 설비)에서의 분리기의 경우, 용기의 움직임이 더 큰 액체상의 운동을 초래하므로 이것이 더 현저하다. 기체 흐름 내에 혼입된 액체가 왁스질인 경우, 분리기가 분리되어, 유출구 장치가 분해되지 않는 한 장치에 축적되는 왁스를 제거하는 수단이 없다. 대부분의 적용예의 경우, 혼입된 액체로부터 기체의 고효율의 분리를 위한 필요성으로 인해, 분리기에서 고효율의 기체 유출구 장치 또는 내부 구조물이 요구된다. 이러한 내부 구조물은 미스트 매트(mist mat), 베인 팩(vane pack), 사이클론 장치 또는 기타 전용의 내부 구조물일 수 있다. 그러나, 분리기 내에 기체 유출구 장치를 수용하기 위해, 분리기 내의 증기 공간은 이 장치를 수용할 정도로 충분히 커야 한다. 이것으로 인해 분리기의 크기가 증대된다.

특히, 더 저온에서 겔이나 결정질 구조를 형성하는 왁스질 원유는 통상적으로 다수의 작동 상의 문제, 특히 유체의 유동 능력의 문제 및 설비의 성능에 불가결한 기구 및 내부 구조물의 폐색을 초래한다.

왁스질 원유를 처리하는 설비의 경우, 유동점(pour point) 온도를 강하시키기 위해, 그리고 이 왁스질 원유를 처리하는 설비, 파이프 및 기구 내의 높은 생성 유체 온도를 유지하기 위해 유동점 강하제(PPD)를 주입하는 것이 보편적이다. 그러나, 시스템 내에 부분적으로 냉점이 발생하는 것은 피할 수 없다. 이러한 냉점은 벌크 유체 온도보다 낮은 온도에 이르는 설비 또는 파이프라인 내에 위치한다. 이러한 냉점은 기체의 비열이 낮은 기체상 내에서 빈도가 높다. 낮은 비열이라고 함은 기체가 더 신속하게 온도를 얻거나 잃는 것을 의미한다.

생성 유체를 수용하는 분리 체임버는 전형적으로 생성 유체의 그 개별 상으로의 코스(course) 분리를 실행하는 3 상 분리기이다. 기체상 내부 구조물은 통상적으로 유입구 분리기 내에 조립되고, 또 작은 유동 경로 및 부품으로 이루어지고, 더욱 기체상이 오일상과 직접 접촉하므로, 왁스의 문제는 모든 이와 같은 분리 내에서 더 악화된다. 또한, 슬러깅(slugging) 또는 써지(surge)는 기체상 내에 더 많은 액체 잔류물을 유발하는 것이 밝혀졌다.

특수 FPSO 적용의 경우, 용기의 움직임은 위의 문제를 더 악화시킬 수 있다. 더욱이, 왁싱(waxing) 문제의 조기 검출을 위한 수단이 없고, 왁스의 형성이 개시되는 경우 온라인으로 이 문제를 해결하기 위한 수단이 없다.

또한 왁스가 형성되기 시작할 때, 이 문제는 자동적으로 확대된다. 전형적으로 액체 잔류물 문제를 완화시키기 위해, 하류의 기체 스크러버가 제공되고, 수집되는 액체는 펌핑되어 분리기로 복귀된다. 그러나, 이것은 공간 및 중량 요건을 증가시키고, 또한 시스템의 제어, 작동 및 유지보수의 복잡성을 증가시킨다.

추가의 문제는 많은 원유 생성물 수용 설비, 특히 슬러그(slug)의 영향을 받기 쉬우므로 특히 다상 해저 파이프라인으로부터 생성물을 수용하는 설비의 경우에 곤란한 문제인 슬러깅을 포함한다. 이것은 파이프라인 및 라이저를 통해 원격 유정으로부터 원유 및 관련된 기체를 수용하는 생산 설비의 경우에 특히 그렇다. 파이프라인과 라이저 내에서 생성되는 슬러그는 슬러그를 수용하도록 크기를 증대시킨 처리 설비를 요구할 뿐만 아니라 빠른 슬러그 도달 속도 및 슬러그 도달 후의 기체의 써지에 기인되는 일시적 압력 변동에 관련된 생성물의 혼란(upset)이 초래된다. 이러한 상황 하에서, 유입구 열 교환기, 생성물 분리기 및 하류의 기체 압축기와 같은 생산 설비는 일반적으로 생성물의 혼란 및 조업 정지의 가능성을 초래하는 이러한 일시적 슬러깅 현상에 대처할 수 없을 것이다.

슬러깅은 슬러그 후방에서 기체상의 압축을 유발한다. 슬러그의 수송은 파이프라인 및 라이저를 통한 슬러그의 이동을 유지하기 위해 슬러그의 후방에 더 큰 압력을 필요로 한다. 이 압력 증가는 액체 슬러그의 크기에 의존한다. 슬러그가 파이프라인의 유출구 또는 생성물 플랫폼에 도달한 후, 압축 기체는 큰 기체 써지를 생성하고, 다시 이 기체 써지는 하류의 기체 압축 트레인(train)과 같은 상측의 설비에서 큰 혼란을 초래할 수 있다.

통상적으로 큰 슬러그 체적을 포함하는 원격 유정(well)으로부터의 생성물은 파이프라인 또는 라이저를 통해 열 교환기로 수송된다. 상류에서 어떤 유효한 분리도 없는 경우, 히터에서의 슬러그 유동 조건은 기체 흐름 및 액체 흐름의 양자 모두가 가열되므로 큰 가열 부하를 초래한다. 과도한 가열 부하는 열 교환기의 성능을 부진하게 하고, 그 결과 왁스질 원유 및 에멀전이 유출구 흐름 내에 여전히 존재한다. 더욱이, 가열 부하가 높으므로 시스템은 큰 압력 강하를 일으킨다.

반면에, 왁스질 원유 및 에멀전의 존재는 분리기의 유입구 및 유출구에서 폐색을 유발한다. 오일, 기체 및 물의 분리가 수행될 수 있더라도, 배출되는 기체 흐름은 응축 시스템을 손상시키는 상당한 액체 혼입을 포함하고, 그 결과 시스템의 조업 정지를 초래하게 된다. 따라서, 분리기 시스템의 신뢰성은 매우 낮다. 또한, 슬러깅 조건 하의 다상 유체에 본질적인 물 에멀전의 존재로 이어지는 이러한 난류 및 유입구 유체의 비효율적 가열은 또한 분리기 내에서의 오일 물의 부적절한 분리를 초래한다. 이것은 오일 흐름 내의 과도한 물 잔류물 및 물 흐름 내의 과도한 오일 잔류물로 인해 확대된 하류 시스템을 필요로 한다.

더욱이, 생성물 유체 내에 모래가 존재하면, 하류의 분리기 내에 모래가 자주 축적되므로, 그 결과 분리기로부터 모래를 제거하기 위해 빈번한 조업 정지가 필요하고, 고가의 모래 제거 장치를 분리기에 설치해 주어야 한다.

제 1 양태에서, 분리기 용기는, 유입 생성물 유체로부터 액체를 분리하도록 배치되는 분리 체임버; 상기 분리 체임버로부터 분리된 기체 유입물로부터 혼입된 액체를 제거하기 위한 적어도 하나의 기체 스크러버를 포함하고; 상기 적어도 하나의 기체 스크러버는 상기 분리 체임버의 상측 및 인접부에 위치되고, 상기 기체 스크러버 및 분리 체임버는 상기 기체 스크러버로부터 상기 분리 체임버로 제거된 상기 혼입된 액체를 안내하도록 배치되는, 수직으로 배향되는 적어도 하나의 액체 유출 도관을 통해 연결될 수 있고, 상기 도관은, 상기 도관의 유출 단부가 상기 분리 체임버 내의 최소 임계 액체 깊이(65)보다 낮도록 상기 분리 체임버내로 연장하도록 배치된다.

근접한 상태의 기체 스크러버 및 더욱 효율적으로 액체를 재순환시키는 능력을 갖는 분리기에 의해, 본 발명은 공간을 감소시킬 수 있고, 인프라스트럭처의 자본 비용을 절약할 수 있고, 종래기술에 비해 이점을 제공한다.

하나의 실시형태에서, 분리 체임버에 스크러버를 실제로 장착함으로써, 추가의 공간 절약이 달성될 수 있다.

추가의 실시형태에서, 도관은, 상기 도관의 유출 단부가 분리 체임버 내로 연장하도록 배치될 수 있다. 더욱이, 유출 단부는 이 유출 단부가 상기 분리 체임버의 최소 임계 물 깊이보다 낮도록 분리 체임버 내로 연장한다.

하나의 실시형태에서, 분리기 용기는 유입 생성물 유체로부터 슬러그를 관리 및/또는 제거하기 위한 슬러그 처리 장치를 포함할 수 있다. 슬러그 처리 장치는 유입구 파이프를 통해 유입 생성물 유체를 수용하는 분리 장치를 포함할 수 있다. 분리 장치는 중력을 통해 기체 흐름과 액체 흐름을 분리하기 위해 중력 유동을 촉진하도록 경사를 이룰 수 있다. 슬러그 처리 장치는 분리된 액체를 수용하기 위한 스틸링 웰(stilling well)을 포함한다.

상기 스틸링 웰은 상기 분리된 액체 내의 고체가 중력을 통해 침강할 수 있도록 샌드 트랩(sand trap)을 가질 수 있다. 스틸링 웰은 또한 상기 분리된 액체를 분리 체임버로 배출시키도록 샌드 트랩의 상측에 유출구를 포함할 수 있다.

슬러그 처리 장치는 층상류 형(stratified flow regime)을 생성하도록 배치되는 분리기일 수 있고, 총 홀드업(hold-up) 체적은 기체 흐름 및 액체 흐름의 분리를 형성하도록 상기 유입 생성물 유체를 위한 예상되는 슬러그 체적을 수용하기 위한 크기이다. 대안적으로, 슬러그 처리 장치는 확장된 직경을 갖는, 예를 들면, 유입구 파이프의 직경보다 큰 직경을 갖는 파이프를 포함할 수 있다. 이 확장된 직경은 층상류 형을 달성하기 위한 크기를 가질 수 있고, 총 전체 체적은 예상되는 슬러그 체적을 수용하기 위한 크기를 갖는다.

추가의 실시형태에서, 슬러그 처리 장치는 또한 분리 장치로부터 기체 스크러버를 향해 분리된 기체를 이송하기 위한 기체 바이패스 파이프를 포함할 수 있다.

스틸링 웰은 샌드 트랩의 상측에 위치되는 유출구를 가지고, 또한 파이프는 모래가 상기 스틸링 웰로부터 배출되는 것을 방지하도록 상향 경사를 이룰 수 있다. 더욱이, 유출구는 분리기 체임버를 향하는 액체의 유동을 제어하기 위한 제어 밸브를 포함할 수 있다.

하나의 실시형태에서, 스틸링 웰은, 샌드 트랩 내에 모래 제거 조립체로서, 모래를 교반하여 현탁물을 형성하기 위해 적어도 사이클론 장치를 포함하는, 모래 제거 조립체, 및 현탁물 내에 모래를 갖는 액체를 배출하기 위한 밸브 제어되는 유출구를 포함한다. 사실상, 모래를 현탁 상태가 되게 하면, 샌드 트랩의 외부로 액체를 유동시키는 것에 의해 모래가 제거될 수 있으므로, 이 액체를 모래 제거 매체로서 사용할 수 있다. 더욱이, 상기 모래 제거 조립체는, 액체가 최종 배출 전에 중간 샌드 트랩으로 배출되도록 배치되는 추가의 밸브 제어되는 유출구를 갖는 중간 샌드 트랩을 또한 가질 수 있다. 더욱이, 중간 샌드 트랩은 최종 배출 전에 중간 샌드 트랩 내에서 액체를 교반하기 위한 추가의 사이클론 장치를 포함한다.

본 발명의 가능한 구성을 도시하는 첨부한 도면에 관하여 본 발명을 추가로 설명하는 것이 편리하다. 본 발명의 다른 구성도 가능하므로, 첨부한 도면의 상세한 내용이 본 발명의 전술한 일반적 내용에 우선하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 분리기 용기의 개략도이고;
도 2는 본 발명의 추가의 실시형태에 따른 분리기 용기의 정면도이고;
도 3은 본 발명의 추가의 실시형태에 따른 분리기 용기의 정면도이고;
도 4는 본 발명의 추가의 실시형태에 따른 원유 안정화 트레인의 개략도이고;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 슬러그 처리 시스템 및 분리기 용기의 개략도이고;
도 6은 본 발명의 추가의 실시형태에 따른 슬러그 처리 시스템 및 분리기 용기의 개략도이고;
도 7은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 슬러그 처리 시스템 및 분리기 용기의 개략도이고;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 슬러그 처리 시스템 및 분리기 용기의 개략도이고;
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 추가의 실시형태에 따른 슬러그 처리 시스템 및 분리기 용기의 개략도이다.

본 발명은, 다양한 실시형태에서, 높은 액적 제거 효율을 제공하는 장점을 가질 수 있고, 최소의 공간 및 중량을 갖는 콤팩트한 것일 수 있고, 또한 제어 및 기구류를 덜 요구할 수 있는 2 상(기체 및 액체) 분리기 또는 3 상(기체, 오일 및 물) 분리기인 오일 및 기체 산업을 위해 개발된 분리기를 제공한다. 이 시스템은 공간이 제한되는 육상 및 해상 적용의 양자 모두를 위해 적절할 수 있고, 또한 왁스질 및 부착성(fouling) 유체 시설 및 예를 들면 부유식 생산 저장 출하 설비(FPSO)와 같은 운동 효과가 큰 설비를 위해 적절할 수 있다.

도 1은 벌크 기체/액체 분리 및 효율적인 기체 폴리싱을 가능하게 하는 본 발명의 분리기 용기(5)의 개략도를 제공한다. 분리 시스템(5)은 일체화된 유닛(5)으로서 벌크 기체 액체 분리 섹션(10) 및 기체 폴리싱 스크러버 섹션(15)의 2 개의 섹션을 포함한다.

분리기 체임버(10)는, 기체 및 액체 상을 포함하는 생성물 유체(45)가 유입구 장치(75)를 통해 분리 체임버(10) 내로 이동하는 3 상 기체-액체 분리기와 유사하다. 분리 체임버(10)는 분리된 체임버를 포함하고, 여기서 분리된 액체는 장벽(70)에 의해 처리를 위해 배출되는 물상(water phase; 50) 및 처리를 위해 배출되는 원유상(60)으로 분할되는 체임버의 베이스 내에서 액체 패드를 형성한다.

본 발명과 종래의 시스템 사이의 차이는, 분리 체임버(10)의 상측에 장착되고 또한 분리 체임버(10) 내의 기체상으로부터 이 기체 스크러버(15)를 향해 기체를 유동시키도록 연결 파이프(25)를 통해 연결되는 기체 스크러버(15)를 장착하는 것에 있고, 이것에 의해 추가의 분리 공정이 기체로부터 잔류 액체를 제거하기 위한 기체 폴리싱을 통해 발생되고, 잔류 액체는 수직으로 배향되는 액체 도관 또는 하강 파이프(20)를 통해 분리 체임버(10)로 다시 배출된다. 다음에 기체는 유출구 장치(80)를 통해 추가의 처리를 위해 기체 유출구 라인(55)으로 배출된다.

하강 파이프(20)의 단부(22)는, 기체가 모든 작동 조건 하에서 하강 파이프(20)를 통해 분리기(10)를 바이패스하지 않는 것을 보장하도록 수평 분리기(10) 내에서 낮은 액위(65)의 하측에 위치되어야 한다. 하강 파이프 내에서 오일상의 축적을 방지하기 위해, 이 파이프의 단부는 수평 분리기(10)의 높은 오일-물의 계면 액위의 상측에 위치될 수 있다. 수평 분리기 섹션(10)으로부터 스크러버 유입구 장치(35)를 포함하는 수직 스크러버 섹션(15)으로의 기체의 압력 강하는 수평 분리기 내의 높은 액위로부터 수직 스크러버의 저부에 이르는 하강 파이프(20) 내의 액체의 정수두(static head)보다 작아야 한다. 이것은, 사이펀 효과(siphon effect)로 인해, 분리기 섹션의 액체 패드로부터의 액체가 하강 파이프를 통해 스크러버까지 상승하지 않도록 보장한다.

분리기(10) 및 스크러버(15)는 분리기 내의 공통의 액체 패드를 공유하므로, 스크러버는 액체 수집 부스(booth)를 가질 필요가 없다. 이것은 스크러버(15)의 크기 및 높이를 최소화한다.

스크러버 섹션(15)과 분리기 섹션(10) 사이의 차압 전송기(40)에 의해 이 시스템은 하강 파이프 내의 액위를 모니터링하고 또 시스템의 문제해결 작업을 할 수 있게 된다.

분리기 용기(5)는 수평 용기, 또는 분리 체임버(10) 및 상측에 탑재된 수직 기체 스크러버(15)를 가지도록 배치된다. 기체/액체 분리가 용기(5)의 수평 부품(10) 내에서 수행되고, 동시에 기체 스크러빙/폴리싱은 용기의 수직 부품(15) 내에서 수행된다. 혼입된 액체를 갖는 기체는 유출구 편향판(30)을 통해 수평 분리기 섹션(10)으로부터 배출된다. 이 실시형태에서, 미스트 매트, 베인 팩 등과 같은 특수 기체 유출구 장치는 이하의 이유로 수평 분리기 섹션(10)의 기체 유출구 섹션(30)에 제공되지 않는다:

- 기체로부터 혼입된 기체의 제거가 분리 시스템(5)의 수직 스크러버 섹션(15)에서 수행된다.

- 여기서 기체 유출구 폴리싱 장치를 제공하면 이 장치는 분리 시스템의 수평 섹션 내에서 벌크 액체상과 접촉하도록 노출된다. 이것은 액체 슬러그가 관련되는 난류 및 액체 슬로싱 효과를 갖는 유입되는 생성물 유체 내에 존재하는 경우에 특히 그렇다.

- 액체가 왁스질인 경우, 장치에서 왁스의 축적으로 인해 액체 유출구 장치가 폐색되거나 유동 제한될 우려가 있다.

- 기체 유출구 장치를 제거하면, 수평 분리기 섹션의 직경은 감소될 수 있고, 중량 및 공간이 절약된다.

- 시스템의 압력 강하가 최소화될 수 있다.

압력 강하를 최소화하기 위한 치수를 갖는 확대된 연결 파이프(25)는 (혼입된 액체를 갖는) 기체를 수직 기체 스크러버 섹션으로 이송한다.

수직 기체 스크러버 섹션(15)은 공정 조건 및 수평 분리기 섹션(10)으로부터의 기체 유동과 액체 잔류물을 위한 치수를 갖는다. 스크러버(15)는 기체 액체 분리를 향상시키도록 설계되는 전형적인 내부 구조물을 구비한다. 유입구 분배기(35)는 유입구 속도를 감소시키도록, 또한 용기 내에서 우수한 기체 분배를 제공하도록 스크러버에 제공된다. 기체 유출구 제상(demisting) 장치(80)가 또한 제공되고, 이것은 특수 적용 요건에 따라 미스트 매트, 베인 팩, 사이클론 또는 기타 전용의 내부 구조물일 수 있다.

또한 열 교환 장치가 기체 스크러버 내에 결합될 수 있다. 이와 같은 열 교환기(도시되지 않음)는 기체의 유입으로부터 열을 소산시키도록 배치될 수 있다. 대안적으로, 기체 스크러버의 본체 내의 열 교환기는 스크러버 내의 기체로부터 열을 소산시키기 위해 사용될 수 있다. 이 목적을 위해 종래의 열 교환기가 사용될 수 있다. 따라서, 스크러버 섹션은 또한 기체 흐름(분리된 기체 유입물)을 냉각시키도록, 또한 기체 흐름으로부터 최종 액적의 제거를 위해 기능할 수 있다. 이것에 의해, 하류의 처리 설비로 이송되기 전 스크러버 섹션의 하류에 추가의 냉각기를 제공할 필요성을 피할 수 있다.

생성물 액체가 왁스질 또는 부착성인 경우, 유입구 또는 연결 파이프(25)에 장착되는 노즐을 포함하는 왁스 또는 부착성 물질 제거 시스템(26)이 필요에 따라 (왁스 폐색에 기인되는) 유입구 장치(35)의 뜨거운 물의 플러싱(flushing)을 가능하게 하도록 제공될 수 있다. 유입구 장치(35)의 가능한 폐색 또는 유동 제한은 차압 전송기(40)에 의해 모니터링된다. 큰 압력차는 왁스 퇴적 등에 기인되는 기체 스크러버의 유입구 장치(35)에서의 부착(fouling)을 의미할 수 있다. 또한, 왁스 제거 시스템(26)은 필요에 따라 폐색/제한을 제거하도록 기체 유출구 장치에 액체 배출 구획실을 구비할 수 있다. 뜨거운 물이 왁스의 제거를 위해 사용될 수 있으나, 실제로 물, 증기, 디젤 또는 임의의 다른 용매 중 임의의 하나 또는 조합이 사용될 수도 있다.

2 개의 섹션(10, 15)을 조합하는 경우 다음의 이점을 포함할 수 있다:

- 양 섹션은 공통의 액체 제어 시스템을 공유할 수 있으므로 시스템의 제어 및 작동의 복잡성을 최소화할 수 있다.

- 스크러버의 크기는 액체 처리 요구가 분리기 섹션 내에 유지되므로 액체 잔류물의 비율에 무관하다.

- 왁스질의 유체의 경우, 양 섹션은 양 섹션의 액체 패드 내에서 왁스 형성을 방지하도록 공통의 가열 시스템을 공유할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시형태는 다음의 부품을 포함한다:

도 2는 본 발명에 따라 구성된 실제 용기(85)를 도시한다. 여기서, 분리 체임버(90)는 이 분리 체임버 내로 연장하는 하강 파이프(100)를 구비하는 기체 스크러버(95)를 장착한다. 파이프(100)의 배출구(102)의 위치는 분리 체임버 내의 액체 패드의 최소 임계 액위의 하측에 위치되도록 분리 체임버(90)의 베이스 근처에 위치된다. 분리 체임버(90)는 기체 액체 공급물을 수용하기 위한 유입부(120)를 포함하고, 분리 체임버(90)로부터 기체 스크러버(95)까지 분리된 기체를 안내하기 위한 연결 파이프(110)를 구비한다. 기체는 먼저 편향판(115)을 통과한 후 연결 파이프(110)에 진입하고, 다음에 유입구 장치(105)를 통과한 후 기체 스크러버(95)에 진입한다. 다음에 기체는 잔류 액체를 제거하도록 스크러빙되고, 유출구 장치(150)를 통해, 그리고 그후 유출구(145)를 통해 기체가 안내된다. 잔류 액체는 도관(100)을 통해 분리기 용기(90) 내로 역으로 수송된다. 분리 체임버(90)는 유출구(125) 및 장벽(140)에 의해 분리되는 각각의 체임버로부터 물(130) 및 원유(135)를 위한 액체 유출구를 더 포함한다.

스크러버(95)는 도 2에 도시된 바와 같이 분리 체임버(90)에 직접 장착될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대안적으로, 기체 스크러버(95)를 지지하는 프레임워크는 분리 체임버의 상측의 위치에서 기체 스크러버를 지지할 수 있으나 분리 체임버에 실제로 장착되지 않는다.

분리 용기(85)는 이하의 방식으로 작용한다:

1. 먼저 충분한 흐름 유체가 유입구 히터를 통해 이송되고, 이 히터에 의해, 유체가 WAT를 초과하는 것 및 에멀전을 충분히 파괴하는 것이 보장된다.

2. 분리기 용기는 2 개의 구별되는 섹션을 포함한다:

a. 벌크 분리가 발생하고 물이 원유로부터 분리되는 수평 섹션(90).

b. 기체 흐름을 위한 최종 폴리싱을 수행하는 기체 분리 장치를 수용하는 수직 섹션(95).

3. 기체 흐름의 유입구 장치(105)는 벌크 액체 섹션으로부터 분리되는 수직 스크러버 섹션(95) 상에 위치된다.

4. 분리 체임버로부터의 기체 유출구는 벌크 유체의 잔류물의 기체상으로의 진입을 억제하여 압력 강하를 최소화하는 편향판(115)을 포함한다.

5. 기체는 경사진 파이프 섹션(110)을 통해 유동하여 분리 체임버(90) 내로 복귀한다.

6. 기체 분리 내부 구조물은 수직 섹션(95)에 위치된다.

7. 수직 섹션 내에서 분리된 임의의 액체가 주 용기로 재진입하는 것을 허용하는 하강 파이프(100)가 있고, 이 하강 파이프의 단부는 수평 분리기의 액위의 하측에 위치된다.

8. 기체 분리 장치에는 내부 구조물의 상태를 모니터링하도록 차압기구가 설치될 수 있다.

9. 기체 내부 구조물의 온-라인 세정을 허용할 수 있는 뜨거운 물 공급원이 내부 구조물에 연결될 수 있다.

10. 주 기체 폴리싱이 용기의 수직 스크러버 섹션에서 발생하므로, 수평 용기 상의 기체 섹션은 감소될 수 있다.

11. 수평 용기 및 수직 용기 사이에 차단 밸브가 없으므로 추가의 압력 안전 밸브가 요구되지 않는다.

상기 선택지에 대한 하나의 대안적 구성은, 도 3에 도시된 바와 같이, 분리기 용기가 전체적으로 더 낮은 높이를 갖도록 수평 기체 분리 섹션을 가지는 것이다.

여기서, 분리 체임버(90)는 도 2의 실시형태의 것과 동일한 방식으로 구성된다. 그러나, 기체 스크러버(160)의 위치는 수평 정렬 상태이다. 유입구 장치(165)는 유출구 장치(170), 탈수 기체 유출구(180) 및 분리 체임버(90) 내로 액체를 배출하기 위한 하강 파이프(100)와 같이 여전히 사용된다.

전형적인 원유 안정화 트레인은 2 내지 3 단계의 분리를 포함하고, 3 상 분리기로부터의 플래시(flash) 기체는 재압축된다. 전통적으로, 이것은 생성물 원유의 증기 압력 사양에 부합하도록 점차적으로 더 낮은 압력으로 작동하는 다단의 3 상 분리기를 통해 달성되고, 여기서 유출구 기체 흐름은 최종 폴리싱을 위해 또한 써지 체적을 제공하기 위해 압축기 흡입부의 직상류의 기체 스크러버를 통과한다.

도 4는 본 발명에 따른 원유 안정화 트레인(185)을 도시한다. 이와 같은 시스템에서, 일체화된 스크러버로부터의 유출구 기체는 플래시 기체 압축기(240, 285) 내로 직접 공급될 수 있다. 따라서, 3 상 분리기(210, 250, 290)의 크기가 감소될 뿐만 아니라 기체 스크러버(212, 265,(300)의 크기도 감소된다. 전체적인 시스템은 매우 콤팩트한 안정화 트레인을 제공할 수 있다.

도 4에 도시된 원유 안정화 트레인(185)은 기체/액체 유체(205)가 히터(207)를 통해 제 1 분리기 단계(190) 내로 유입되는 시스템을 포함한다. 그 결과,시스템(185)으로부터 제 1 기체 스크러버(212)를 경유하여 분리된 기체 유출구(230) 및 탈수 및 저장물 제거를 위한 원유의 유동(285)이 얻어진다. 또한 물이 시스템(185)으로부터 제거(215, 255)된다. 시스템 자체는 3 단계 공정을 포함하고, 각 단계는 최종 원유 생성물(285)의 증기 압력 사양에 부합하도록 점차적으로 더 낮은 압력으로 작동되는 본 발명에 따른 분리 용기를 나타낸다. 제 1 단계(190)는 유체(205)를 수용하고 기체(225)를 그 기체 스크러버(212)로 이송하고, 기체 스크러버(212)는 잔류 액체를 제거하고 분리된 기체를 처리(230)를 위해 안내하는 사이에 제 1 단계(190)의 분리 체임버(210)를 향해 역으로 액체를 안내하고, 물은 유출구(215)를 통해 배출된다.

원유는 중간-단계 히터(245)를 통해 제 2 단계(195)로 이송(220)되고, 여기서 원유는 제 2 분리기 체임버(250)에 수용된다. 제 2 기체 스크러버(265)로 이송(270)된 기체는 스크러빙되고, 플래시 기체 압축기(240)로 이송(280)되고, 플래시 기체 압축기(240)는 기체를 제 1 스크러버(212)로 복귀되기 전에 냉각(235)시킨다. 물은 배출(255)되고, 그 후 원유는 제 3 분리 체임버(290)에 수용되도록 제 3 단계(200)로 이송되고, 제 3 분리 체임버(290)는 최종 기체를 제 3 기체 스크러버(300)를 향해 제거(305)하고 또한 처리를 위해 원유를 이송(285)한다.

제 3 단계(200)로부터 제거된 기체는 제 2 플래시 기체 압축기(285)로 이송되고, 이 제 2 플래시 기체 압축기(285)는 기체를 제 2 기체 스크러버(265)로 이송되기 전에 냉각(275)시킨다.

따라서, 기체를 연속적으로 분리 및 스크러빙하는 3 단계 공정은 그 점유면적이 상당히 감소되고, 대응하는 기체 스크러버를 3 단계의 근처에 구비하여 기초구조 및 기구류를 위한 자본의 상당한 절약이 또한 달성될 수 있다.

이하의 표 1은 전형적인 생산 시설에 기초한 2 개의 선택지에 대한 분리기/스크러버의 크기의 비교를 보여준다.

크기 비교

용기 크기	종래	실시형태
제 1 단계 분리기	4.2m x 12m	3.7m x 9.7m
제 2 단계 분리기	3.0m x 10.1m	3.0m x 9.3m
제 3 단계 분리기	3.0m x 9.5m	3.0m x 8.9m
제 1 단계 스크러버	2.7m x 3.7m	1.9m x 2.5m
제 2 단계 스크러버	1.2m x 3.9m	1.0m x 2.5m
제 3 단계 스크러버	1.4m x 3.5m	1.0m x 2.5m

표 1은, 본 발명의 분리기의 경우, 시스템의 상당한 크기 및 중량의 이익이 있고, 그 결과 콤팩트한 원유 안정화 트레인이 얻어지는 것을 나타낸다. 스크러버가 각 분리기의 상측에 위치되므로, 또한 상당한 공간 및 중량의 절감이 실현된다. 또한, 분리기 시스템의 경우, 상당한 기구류, 제어 및 조업중단 기능이 제거되고, 그 결과 시스템의 제어, 작동 및 유지보수의 복잡성이 감소된다. 또한 더 높은 시스템 가용성이 얻어진다.

스크러버를 설치하는 개념은 "브라운필드(brownfield)" 개조를 위해 또는 중고 설비의 개수를 위해 분리기의 기체 처리 능력을 증대시키는 편리하고도 효율적인 방법을 제공한다. 현재의 많은 작동 중인 설비는 벌크 기체 액체 분리기로부터 기체 압축 트레인으로의 액체 잔류물로 인해 압축기 임펠러 등의 기계적 손상을 유발하는 상당한 문제를 겪는다. 분리기 용기의 제안된 구성은 상당한 공간의 필요성 및 기존 설비에 대한 중량의 추가 없이 분리기로부터 배출되는 기체 흐름을 폴리싱하는 기체 스크러버를 기존의 분리기의 상측에 설치하는 비용 효율적인 선택지를 제공할 수 있다. 또한, 이 구성은 추가적인 제어 및 조업정지의 필요성을 방지할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 분리기 구성(315)의 개략도를 도시한다. 이 실시형태는 슬러그 처리, 벌크 기체/액체 분리 및 효율적인 기체 폴리싱를 제공한다. 분리 시스템(315)은 일체화된 유닛으로서 3 개의 섹션, 즉 슬러그 처리 섹션(320), 벌크 기체 액체 분리 섹션(325) 및 기체 폴리싱 스크러버 섹션(330)을 포함한다.

슬러그 처리 섹션(320)은 (FWS 유체와 같은) 유체의 기체 및 액체 분리가 가능한 수평 확장된 파이프(34) 또는 다른 이와 같은 분리기/용기와 같은 수평에 대해 경사진 분리 파이프를 포함하고, 이 분리 파이프는 그 상측 섹션에 기체 바이패스 라인(342)을 갖고 또한 그 하측 섹션에 스틸링 웰(Stilling Well; 350)로 공지된 파이프와 작동 가능한 연결 상태에 있다. 슬러그 처리 장치(340)는 스틸링 웰(350) 내에 액체가 쉽게 유입될 수 있도록 약간 경사진 상태로 수평방향으로 위치되는 종래의 분리기 또는 파이프 부품일 수 있다. 최종 분리는 기체 폴리싱 스크러버 섹션(330) 및 벌크 기체/액체 분리 섹션(325)에서 수행되므로 슬러그 처리 장치(340) 내에서는 거친 기체/액체 분리만이 수행될 수 있다. 그러므로, 슬러그 처리 장치는 이 섹션에서의 유동이 층상류 형이 되는 것을 보장하는, 그리고 예상되는 도착하는 슬러그 체적을 수용하는 최소의 크기를 가질 수 있다.

작동 시, FWS 유체와 같은 유체는 먼저 기체 및 액체 분리를 위해 슬러그 처리 장치(340)로 이송되고, 그 후 액체 슬러그를 포함하는 액체는 스틸링 웰(350)로 전환되고, 기체는 기체 바이패스 라인(342)으로 이송된다. 슬러그 처리 장치(320) 내의 압력이 기체 스크러버(405) 및 분리기(380)에서의 압력과 거의 동등하도록 기체 바이패스 라인(342)은 기체 흐름을 기체 스크러버(405)로 이송시킨다. 이 구성에 의해, 열 교환기(365) 및/또는 제한 오리피스(도면에 도시되지 않음)를 통해 스틸링 웰(350)로부터 분리기(380)로의 액체의 배출이 스틸링 웰(350) 및 분리기(380)의 액위의 정수두의 차이(386)에만 의존하는 것이 보장된다. 스틸링 웰(350)의 높이는 스틸링 웰(350)로부터 분리 체임버(380)로 이동하는 액체의 압력 강하를 극복하도록 정상(normal) 액위(346)와 분리 체임버(380) 내의 액위(375) 사이에 충분한 액두(liquid head; 386)가 제공되도록 사전 결정된다. 정상적인 정상 상태(steady state) 설계의 유동 조건 하에서, 시스템의 수리학은 슬러그 처리 장치(340)의 베이스에 인접하여 그리고 스틸링 웰(350) 내에서 액위(346)를 유지하도록 구성된다. 슬러그 처리 장치(340)의 수평 위치, 그 형상(길고 얇음) 및 그 전체적인 체적에 의해, 액체 슬러그의 도달이 액두(345)를 상당히 증가시키지 않고, 동시에 슬러그는 슬러그 처리 장치 내에 수용되고, 따라서 점증하는 액두(345)를 최소화하는 것이 보장된다. 액체의 유동이 이용 가능한 액두에 의존하므로, 그 위치 및 형상은 큰 액체 슬러그가 도달하더라도 히터(365)를 통해 분리기 내로의 정상(steady) 유동을 보장한다. 그 결과, 이것에 의해 우수한 온도 제어 및 히터의 성능이 보장되고, 하류의 분리기 내에서 난류를 최소화함으로써 우수한 3 상 분리를 가능하게 한다. 또한, 슬러그 처리 시스템(320) 및 기체 스크러버(330) 내의 압력이 동등하므로, 시스템은 또한 슬러그의 도착 후의 압력 써지가 스틸링 웰로부터 분리기 체임버로의 액체 유동 내의 써지를 유발하지 않는 것을 보장한다.

따라서, 이 분리기 구성(315)은, 위에서 상술된 바와 같이, 액체 수두의 효율적 이용에 의한 압력 균형을 이루는 시스템을 이용하여 슬러그 및 관련되는 압력 써지를 효과적으로 관리하여, 슬러깅 상태 하에서도 안정한 유동을 보장한다. 이것은 추가의 기구류 및 제어 없이 달성되고, 그 결과 벌크 3 상 분리기(325)에서 유지되는 전체 액위 제어에 의해 고도로 신뢰할 수 있는 시스템을 제공한다.

때때로 유입하는 유체 내에 모래가 존재하므로, 샌드 트랩(sand trap; 355)이 스틸링 웰(340)의 저부에 설치되고, 이곳에 추가의 밸브(360)가 모래를 주기적으로 제거하기 위해 추가된다. 액체 매체 내의 모래의 분리는 2 개의 주요 메커니즘에 의해 실시될 수 있다:

(i) 운동량의 변화

(ii) 중력 침강

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 스틸링 웰(350)에서는 양 메커니즘 모두가 사용되고, 여기서 대직경 및 스틸링 웰로부터 유출구 파이프의 상향 배향에 의해 고체 입자(317)가 침강될 수 있고, 유동(316) 방향의 급격한 변화에 의해 분리를 더 촉진하는 운동량 변화가 발생한다.

상이한 밀도를 갖는 상은 상이한 운동량을 갖는다. 2 상 흐름이 급격하게 방향을 변화하는 경우, 더 큰 운동량에 의해 더 무거운 상의 입자는 더 가벼운 유체만큼 신속하게 방향 전환할 수 없으므로 분리가 일어난다.

스틸링 웰의 직경은 모래의 중력 침강을 돕도록, 또한 순간 유동 변동이 감쇄되는 것을 보장하는 액체 홀드업을 위해 적절한 써지 체적을 제공하는 크기를 갖는다.

슬러그 처리 장치(340)의 구성은, 이 구성이 액위 및 압력 제어 밸브 및 정지 밸브의 필요성을 제거하므로 종래의 슬러그 포집기(catcher)와 관련되는 제어를 단순화시킬 수 있고, 따라서, 시스템의 신뢰성을 개선한다. 슬러그 처리 장치(340)는 하류의 3 상 분리기(325) 내에 수용되는 최종 탈기체 처리를 위한 액체 홀드업을 갖는 최대 예상 슬러그 체적을 만족시키는 것만이 필요하므로, 이것은 또한 종래의 슬러그 포집기에 비해 슬러그 처리 장치(340)의 크기를 감소시킨다.

유입구 히터(365)는 에멀전을 파괴하기 위한 열을 제공하도록, 따라서 오일 및 물의 분리를 향상시킬 수 있도록 3-상 분리기(325)의 상류에 요구될 수 있다. 본 발명에 따른 시스템에서, 유량은 유입구 히터 및 관련되는 배관 및 접속구를 가로지르는 압력 강하를 극복하도록 이용 가능한 정수두에 의해 제한될 수 있다. 이 구성은 액체 흐름만 가열하는 이점을 갖고, 슬러그 처리 장치(340)의 기체 바이패스 라인(342)를 통해 바이패스되는 기체 흐름의 가열을 방지한다. 시스템은 유입구 히터(365)를 통한 유동을 제어하도록 스틸링 웰(350) 내에서 이용 가능한 정수두(386)를 효과적으로 이용하고, 따라서 영구적인 압력 강하를 제거한다. 그 결과, 하류의 압축력 요건이 감소된다. 또한, 이 구성에 의해 무거운 슬러깅 유입 유체 유동 조건에 전형적으로 관련되는 변동하는 유입 유동 및 압력 하에서도 히터로의 안정된 유동이 허용된다.

다음에, 액체는 분리기(380)로 운반되고, 여기서 수평 용기의 상측에는 본 발명의 추가의 실시형태에 따른 수직 스크러버(405)가 탑재된다. 벌크 기체/액체 분리는 용기의 수평 부품(380)에서 실행되고, 한편 기체 스크러빙/폴리싱은 용기의 수직 부품(405)에서 수행된다. 혼입된 액체를 갖는 기체는 유출구 편향판을 통해 수평 분리기 섹션으로부터 배출된다. 미스트 매트, 베인 팩 등과 같은 특수 기체 유출구 장치는 전술한 이유로 수평 분리기 섹션의 기체 유출구 섹션에 제공되지 않는다.

압력 강하를 최소화하기 위한 치수를 갖는 확장된 파이프는 (혼입된 액체를 갖는) 기체를 수직 기체 스크러버 섹션으로 이송한다. 슬러그 처리 시스템(320)으로부터의 기체 바이패스 라인(342)은 분리기로부터의 확장된 파이프와 연결된 후, 기체 스크러버를 통과한다.

수직 기체 스크러버 섹션(330)은 공정 조건 및 수평 분리기 섹션 및 슬러그 처리 장치로부터의 기체 유동 및 액체 잔류물을 위한 크기를 갖는다. 스크러버(405)는 기체 액체 분리를 향상시키도록 설계된 전형적인 내부 구조물을 구비할 수 있다. 유입구 분배기(415)는 유입구 속도를 감소시키도록, 또한 용기 내에 우수한 기체 분배를 제공하도록 스크러버에 제공된다. 기체 유출구 제상 장치(410)가 또한 제공되고, 이것은 미스트 매트, 베인 팩, 사이클론 또는 특수 적용 요건에 따라 다른 전용의 내부 구조물일 수 있다.

수직 기체 스크러빙 섹션(405)에서 분리되는 액체는 하강 파이프(385)를 통해 수평 분리기의 액체 패드로 이송된다. 기체가 작동 조건 하에서 하강 파이프(385)를 통해 분리기를 바이패스하지 않는 것을 보장하도록, 하강 파이프(20)의 단부는 수평 분리기(380) 내에서 낮은 액위(390)의 하측에 위치되어야 한다. 하강 파이프 내에서 오일 상의 축적을 방지하도록, 파이프의 단부는 수평 분리기(325)의 높은 오일-물 계면 액위의 상측에 위치된다. 수평 분리기 섹션(380)으로부터 스크러버 유입구 장치(415)를 포함하는 수직 스크러버 섹션(405)까지의 기체의 압력 강하는 수평 분리기(380) 내의 높은 액위로부터 수직 스크러버(405)의 저부까지의 하강 파이프(385) 내의 정수액두(static liquid head)보다 낮아야 한다. 이것에 의해, 사이펀 효과에 기인되어 분리기 섹션의 액체 패드로부터의 액체는 하강 파이프(385)를 통해 스크러버(380)로 상승하지 않는 것이 보장된다.

차압 전송기는 시스템의 성능을 모니터링하기 위해 제공된다. 생성물 액체가 부착을 유발하거나 및/또는 왁스질인 경우, 필요에 따라 (왁스 폐색 및/또는 부착에 기인되는) 유입구 장치의 뜨거운 물의 플러싱이 가능하도록 수직 스크러버(405)의 유입구 파이프에 노즐이 제공될 수 있다. 유입구 장치에서의 잠재적 폐색 또는 유동 제한은 차압 전송기에 의해 모니터링될 수 있다. 또한, 필요에 따라 폐색/제한을 제거하도록 기체 유출구 장치 액체 배출 구획실에 뜨거운 물 또는 용매 플러시 시설이 또한 제공될 수 있다.

종래의 시스템에 대한 본 발명에 따른 시스템은 이하의 이점을 포함할 수 있다:

1. 큰 슬러그 체적 및 모래를 처리할 수 있는 슬러그 처리 장치.

2. 액체가 분리기에 진입하기 전에 에멀전을 파괴하는 히터. 시스템의 이 구성에 의해 액체상 만이 가열될 수 있고(따라서, 가열 부하를 최소화하고), 히터를 통과하는 유동은 정상 상태를 유지하므로 액체상의 정확한 온도 제어가 보장된다.

3. 분리된 섹션, 즉 기체 스크러버 섹션은 수평 벌크 기체/액체 분리기의 상측에 위치되고, 기체 폴리싱 내부 구조물을 수용한다.

이것에 의해 난류, 슬로싱 등에 기인되는 벌크 액체와 기체 유출구 장치의 접촉의 가능성이 방지된다.

4. 기체 폴리싱 섹션(또는 기체 2 차 분리 섹션)은 하강 파이프를 구비하고, 이 하강 파이프의 단부는 주 수평 벌크 기체/액체 분리 섹션의 낮은 액위의 하측에 위치된다. 이것에 의해 수직 기체 스크러버를 위한 별도의 액체 홀드업 섹션을 제공할 필요성이 방지되고, 또 기체 스크러버를 위한 전용의 액위 제어 및 관련된 안정용 기구류의 필요성이 방지된다.

5. 유체의 유입구 운동량을 감소시키도록, 그리고 액체로부터 기체의 분리를 향상시키도록 기체 폴리싱 섹션에 유입구 분배 장치가 제공된다.

6. 세정을 위한 온라인 뜨거운 물의 플러싱.

7. 액체 홀드업 및 탈기체가 하류의 3 상 분리기에서 수행되므로 더 작은 슬러그 포집기.

8. 3 상 분리기는 기체 유출구 내부 구조물을 위한 공간을 형성할 필요가 없고, 또 기체가 슬러그 처리 장치에서 바이패스되어 기체 처리 용량이 감소되므로 더 작은 3 상 분리기.

9. 스크러버가 액체 홀드업 및 써지 체적을 만족시킬 필요가 없으므로 더 작은 스크러버.

스틸링 웰(350) 내에서 유체의 액위는 열 교환기를 통한 액체의 압력 강하에 의존한다. 따라서, 열 교환기는 최소 압력 강하를 위해 벌크 분리기(325)에 대한 슬러그 처리 장치(340)의 높이를 최소화하는 크기를 갖는다. 스틸링 웰(350)과 벌크 분리기(325) 사이의 라인은, 열 교환기의 작동이 요구되지 않는 경우, 제한 오리피스와 같은 임의의 다른 유동 제한 장치를 포함할 수 있다는 것에 주목해야 한다.

스틸링 웰 내의 액위가 증가되고, 그 결과 히터 및 분리기로의 액체 유동이 증가할 것이다. 분리기 내의 높은 액위에 대한 추가의 방지책을 제공하기 위해, 도 6에 도시된 바와 같은 추가의 실시형태가 채택될 수 있다. 이 시스템(420)에서, 제어 밸브(430)는 분리기(380)의 상류에 설치된다. 정상 작동 중, 제어 밸브(430)는 액위를 유지하기 위해 개방된 상태로 유지되어 시스템의 압력 강하를 최소화할 수 있다. 큰 액체 써지가 예상되는 경우(예를 들면, 피깅(pigging) 작업 중), 분리기에 진입하는 액체 써지는 제어 밸브(430)를 조절함으로써 분리기(380)에서의 높은 액위에서 감쇄된다.

경우에 따라, 정상 최대 유동 조건 하에서의 전체 압력 강하가 스틸링 웰 내의 액위를 스틸링 웰의 상부 근처에 유지하는 것을 보장하기 위해, 큰 써지가 분리기에 진입하는 것을 제한하도록 밸브 대신에 제한 오리피스가 사용될 수 있다. 이것은, 슬러그가 도착했을 때, 슬러그의 체적이 슬러그 처리 장치 내에 수용됨으로써, 슬러그의 도착 시의 정수두 상승(345)을 최소화되는 것을 보장한다. 이것에 의해 슬러깅 조건 하에서도 히터를 통해 벌크 분리기로의 액체의 정상 유동이 보장된다.

다른 변경례는 기체 바이패스 라인(342)에서 개방 위치에 있을 때 최소의 압력 강하 상태인 제어 밸브(430)를 제공하는 것이다. 이 실시형태는 도 7에 도시되어 있다. 이 시스템(422)의 경우, 제어 밸브(427)는 통상적으로 넓은 개방 위치에 유지된다. 예를 들면, 부착에 기인되어, 히터(365)를 가로지르는 압력 강하가 증가함에 따라 스틸링 웰(350) 내의 액위도 증가한다. 스틸링 웰(350) 내의 액위는 스틸링 웰의 베이스와 슬러그 처리 장치(340) 사이의 차압 전송기(500)를 사용하여 측정된다. 스틸링 웰(350)에서 높은 액위의 검출 시, 기체 바이패스 라인(342)에 위치하는 제어 밸브(427)는 슬러그 처리 장치(340)로부터 분리기(325)로 액체를 배출하기 위해 필요한 압력 구동을 제공하도록 폐쇄 스로틀링(throttle close)된다. 또한, 분리기(325) 내의 액위가 높은 수준에 도달하는 경우, 분리기의 높은 액위를 방지하기 위해 제어 밸브를 개방 스로틀링(throttle open)하도록, 오버라이드(override) 분리기의 높은 수준 제어 신호가 제공될 수 있다. 기체 바이패스 라인(342)을 통해 유동하는 액체가 최종적으로 3 상 분리기(325)에 도달하더라도, 액체가 히터(365)를 통과하지 못하여 에멀전을 파괴하지 못하므로 이 조건은 바람직하지 않다.

모래의 분리를 위해 본 시스템에서 고려되는 2 가지 방법은 모래의 중력 침강과 운동량 변화 및 사이클론 모래 제거 장치이다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 시스템(430)과 함께 사용하기 위해 구성된 사이클론 모래 제거 장치(435)를 도시한다. 스틸링 웰(350)로부터 유입구 히터(365)까지의 파이프(457)는 분리기를 향하는 생성물 유체 내에 모래의 존재를 최소화하도록 어떤 각도로 경사져 있다. 이 사이클론 모래 제거 장치(435)는 연속적으로 작용하고, 모래는 종래의 사이클론 장치 또는 전용의 사이클론 장치를 사용하여 스틸링 웰(350)로부터 제거된다.

액체 제트류(451)의 도입의 경우, 사이클론 장치(442)는 와류를 생성하고, 이 와류는 그 둘레 영역 내의 고체를 유동화하여 모래/고체의 현탁물을 형성한다. 유동화되거나 현탁된 경우, 고체는 스틸링 웰로부터 제어된 유수-수송(hydro-transportation)을 허용하는 사이클론 장치 배출 파이프로 흡입된다. 고체는 모래 제거 용기(444)로 수송되고, 이곳에서 고체는 배출 모래 슬러리 흐름으로부터 분리된다. 이 모래 제거 작업은, 작업자가 자동 시퀀스를 가동하는 상태로 반자동화될 수 있거나, 생성물 유체의 모래 함량에 따라 연속적으로 작동될 수 있다. 분리기가 생산에 대한 중단 없이 온라인 상태를 유지하는 동안에 모래는 밸브 제어되는 유출구(445)를 통해 제거될 수 있다. 모래 제거 용기(444) 내의 슬러리로부터 모래를 제거하는 것을 보조하기 위해, 추가의 사이클론 모래 제거 장치(440)가 모래/액체 슬러리로부터 모래를 분리하도록 사용될 수 있다.

추가의 실시형태에서, 시스템(460)은 벌크 물 분리기(465)를 포함할 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 3 상 분리 전에 시스템으로부터 물을 제거하기 위한 시스템(460)의 구성을 도시한다. 이 실시형태에서, 스틸링 웰(350)은, 적절한 용량, 및 그에 따라 스틸링 웰의 저부에서의 침강을 위해 물을 위한 체류 시간을 제공하도록, 스틸링 웰의 베이스(472)를 향해 증대되는 직경을 갖는 확대된 베이스를 포함할 수 있다. 유출구 제어 밸브(475)는, 사전 결정된 오일/물의 계면 액위에 도달한 경우, 계면 액위 제어(470)에 기초하여 물을 배출하도록, 스틸링 웰(350)로부터의 물 유출구 라인(474)에 연결된다. 모래의 혼입을 방지하기 위해, 물 유출구 노즐은 스틸링 웰의 베이스로부터 상승된 위치에 있다. 벌크 물 분리는 유입구 히터의 가열 부하를 감소시키므로 히터의 크기를 최소화시킨다.

Claims

분리기 용기(5)로서,
유입 생성물 유체(45)로부터 액체를 분리하도록 배치되는 분리 체임버(10); 및
상기 분리 체임버(10)로부터 분리된 기체 유입물로부터 혼입된 액체를 제거하기 위한 적어도 하나의 기체 스크러버(scrubber; 15)를 포함하고;
상기 적어도 하나의 기체 스크러버(15)는 상기 분리 체임버(10)의 상측 및 인접부에 위치되고, 상기 기체 스크러버(15) 및 분리 체임버(10)는 상기 기체 스크러버(15)로부터 상기 분리 체임버(10)로 제거된 상기 혼입된 액체를 안내하도록 배치되는, 수직으로 배향되는 적어도 하나의 액체 유출 도관(20)을 통해 연결될 수 있고, 상기 도관(20)은, 상기 도관(20)의 유출 단부(22)가 상기 분리 체임버(10) 내의 최소 임계 액체 깊이(65)보다 낮도록 상기 분리 체임버(10) 내로 연장하도록 배치되는, 분리기 용기.
제 1 항에 있어서,
기체가 상기 분리 체임버(10)로부터 상기 기체 스크러버(15)로 이동됨에 따라 기체의 압력 강하가 상기 도관(20) 내에 유지됨에 의해, 상기 도관(20)은 도관 파이프 내에 액체 정수두(liquid static head)를 제공하도록 기체 스크러버(15)의 베이스로부터의 길이를 갖는, 분리기 용기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 분리 체임버(10)의 상측 및 인접부에 위치되는 정확하게 하나의 상기 기체 스크러버(15)를 갖는, 분리기 용기.
제 3 항에 있어서,
상기 기체 스크러버(15)로부터 상기 분리 체임버(10)로 상기 제거된 혼입된 액체를 안내하도록 배치되는 정확하게 하나의 상기 액체 유출 도관(20)을 갖는, 분리기 용기.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 스크러버(15)는 상기 분리 체임버(10)에 장착되는, 분리기 용기.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 스크러버는 지지 프레임워크에 의해 상기 분리 체임버에 부착되는, 분리기 용기.
제 1 항에 있어서,
상기 분리된 기체 유입물은 연결 파이프(25)를 통해 상기 분리 체임버(10)로부터 상기 기체 스크러버(15)로 안내되고, 상기 연결 파이프는 상기 연결 파이프를 통한 액체의 수송을 방해하도록 상기 분리 체임버에 인접한 편향판(30)을 갖는, 분리기 용기.
제 7 항에 있어서,
상기 연결 파이프(25)는, 상기 분리된 기체 유입물을 상기 기체 스크러버 내로 소산시키기 위해, 상기 기체 스크러버(15)에 인접한 유입구 분배 장치(35)를 포함하는, 분리기 용기.
제 8 항에 있어서,
상기 연결 파이프(25)에 장착되는 왁스 제거 시스템(26)을 더 포함하고, 상기 왁스 제거 시스템(26)은 상기 유입구 분배 장치(35) 상에 뜨거운 유체의 제트를 안내하도록 배치되고, 상기 유체는 물, 증기, 디젤 또는 용매 중 임의의 하나 또는 조합을 포함하는, 분리기 용기.
제 9 항에 있어서,
상기 왁스 제거 시스템(26)은 상기 분리 체임버와 상기 기체 스크러버 사이의 차압을 측정하기 위한 차압 전송기를 포함하고, 상기 왁스 제거 시스템은 상기 차압이 사전 결정된 임계치를 초과할 때 뜨거운 유체 제트를 기동시키는, 분리기 용기.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 스크러버는 세장형이고, 또한 수직으로 배치되는, 분리기 용기.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 스크러버는 세장형이고, 또한 수평으로 배치되는, 분리기 용기.
제 1 항에 있어서,
상기 분리된 기체 유입물로부터 열을 소산시키기 위해 상기 기체 스크러버 내에 장착되는 열 교환 장치를 더 포함하는, 분리기 용기.
유체 연통 상태의 복수의 분리기 단계를 포함하는 안정화 트레인(train)으로서, 상기 단계의 각각은 제 1 항에 따른 분리기 용기를 포함하는, 안정화 트레인.
제 14 항에 있어서,
상기 복수의 분리기 단계는 제 1, 제 2 및 제 3 분리기 용기를 포함하고, 제 1 분리기 용기의 제 1 분리 체임버는 기체-액체 유체를 수용하기 위한 유입부를 갖고, 제 3 분리기 용기의 제 3 분리 체임버는 원유의 분리된 유동을 위한 유출부를 갖는, 안정화 트레인.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 분리 체임버로부터의 원유 유출부는 제 2 분리 체임버의 유입부에 연결되고, 상기 제 2 분리 체임버로부터의 원유 유출부는 제 3 분리 체임버의 유입부에 연결되는, 안정화 트레인.
제 14 항에 있어서,
제 3 기체 스크러버로부터의 기체 유출부는 제 2 기체 스크러버의 유입부에 연결되고, 상기 제 2 기체 스크러버로부터의 기체 유출부는 제 1 기체 스크러버의 유입부에 연결되고, 상기 제 1 기체 스크러버는 상기 안정화 트레인으로부터의 기체를 방출하도록 배치되는, 안정화 트레인.
제 17 항에 있어서,
상기 제 3 기체 스크러버와 제 2 기체 스크러버, 또는 상기 제 2 기체 스크러버와 상기 제 1 기체 스크러버의 중간에 적어도 하나의 플래시(flash) 기체 압축 유닛을 더 포함하는, 안정화 트레인.
제 1 항에 있어서,
슬러그 처리 장치(320)로서, 상기 슬러그 처리 장치(320)는 유입구 파이프를 통해 유입 생성물 유체(335)를 수용하기 위한 분리 장치(340)를 포함하고, 상기 분리 장치(340)는 수평에 대해 경사를 이루고 또한 기체 흐름 및 액체 흐름을 분리하도록 배치되는, 슬러그 처리 장치(320);
상기 분리된 액체를 수용하고 또한 분리기 체임버(380)에 상기 분리된 액체를 이송하기 위한 스틸링 웰(350); 및
상기 분리 장치(340)와 기체 스크러버(405)를 연결하는 기체 바이패스 라인(342)으로서, 상기 분리된 기체 흐름을 상기 기체 스크러버에 이송함으로써 상기 분리 장치와 상기 기체 스크러버 사이의 압력을 균등화하도록 구성되는, 기체 바이패스 라인(342)
을 더 포함하고;
상기 슬러그 처리 장치는, 상기 스틸링 웰 내의 정상 액위(346)가 상기 스틸링 웰로부터 상기 분리기 체임버로의 액체 유동에 기인되는 압력 강하를 극복하기 위한 충분한 액두(liquid head; 386)를 제공하도록 상기 분리기 체임버(380)의 상측에 위치되는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 스틸링 웰(350)로부터 상기 분리 체임버로의 분리된 액체의 이송을 위한 도관은 열 교환기 또는 제한 오리피스 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 스틸링 웰은 정상 유동을 유지하도록 또는 모래의 중력 침강을 촉진하도록 더 큰 액체 써지 체적을 위한 크기를 갖는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 스틸링 웰은 상기 분리된 액체 내에서 고체가 침강할 수 있도록 샌드 트랩(sand trap; 355)를 포함하고, 상기 스틸링 웰은 상기 분리된 액체를 상기 분리 체임버(10)로 배출하도록 상기 샌드 트랩의 상측에 유출구를 더 포함하는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 분리 장치(340)는 분리기 또는 확장된 파이프 중 하나를 포함하고, 상기 분리 장치(340)는 상기 기체 흐름 및 상기 액체 흐름의 분리를 발생시키도록 상기 유입 생성물 유체를 위한 층상류 형을 생성하도록 배치되는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 분리 장치(340)는 분리기 또는 확장된 파이프 중 하나를 포함하고, 상기 분리 장치의 체적은 상기 유입 생성물 유체(335)로부터의 최대의 예상되는 슬러그 체적을 수용하기 위한 크기를 갖는, 분리기 용기.
제 22 항에 있어서,
상기 샌드 트랩의 상측의 상기 유출구는 모래가 상기 스틸링 웰(350)로부터 배출되는 것을 방지하도록 상향 경사진 유출구 파이프(457)를 포함하는, 분리기 용기.
제 22 항에 있어서,
상기 스틸링 웰은, 상기 샌드 트랩 내에 모래 제거 조립체(435)로서, 모래를 교반하여 현탁물을 형성하기 위해 상기 샌드 트랩 내에 적어도 사이클론 장치(442)를 포함하는, 모래 제거 조립체(435), 및 현탁물 내에 상기 모래를 갖는 액체를 배출하기 위한 유출구를 포함하는, 분리기 용기.
제 26 항에 있어서,
상기 모래 제거 조립체는 추가의 밸브 제어되는 유출구(445)를 갖는 중간 샌드 트랩(444)을 갖고, 상기 추가의 밸브 제어되는 유출구(445)는, 상기 액체가 최종 배출 전에 중간 샌드 트랩(444)으로 배출되도록 배치되는, 분리기 용기.
제 27 항에 있어서,
상기 중간 샌드 트랩은 추가의 밸브 제어되는 유출구(445)를 통한 모래의 수집 또는 배출 전에 상기 중간 샌드 트랩 내에서 액체상으로부터 상기 모래를 분리하기 위한 추가의 사이클론 장치(440)를 포함하는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 기체 바이패스 라인은 제어 밸브를 포함하고, 상기 제어 밸브는 슬러그 처리 장치에서 상기 기체 바이패스 라인 내로 액체 유출을 방지하도록 상기 슬러그 처리 장치 또는 상기 스틸링 웰 내의 높은 액위에서 폐쇄되도록 배치되는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 스틸링 웰로부터의 유출구는 상기 분리기 체임버(380)로의 액체의 유동을 제어하기 위한 제어 밸브(430)를 포함하는, 분리기 용기.
제 19 항에 있어서,
상기 스틸링 웰(350)은 상기 스틸링 웰의 베이스의 용량을 증대시키기 위한 확대된 베이스(472) 및 상기 스틸링 웰(350) 내의 사전 결정된 오일-물 계면 액위를 초과 시에 상기 확대된 베이스로부터 물을 배출하도록 배치되는 유출구 제어 밸브(475)를 포함하는, 분리기 용기.