KR102605081B1 - 다상 물질 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다상 물질 분리 장치는, 복수의 가스 라이저들 중에서 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 센터 가스 라이저들의 높이가 나머지 가스 라이저들의 높이보다 길게 형성됨으로써, 상기 센터 가스 라이저를 통과하는 액적의 부유 밀도를 최소화시켜 유량이 집중되더라도 분리 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 가스 헤더가 상기 가스 라이저들의 서로 다른 높이에 대응되도록 만곡된 형상 또는 경사진 형상으로 형성됨으로써, 센터 가스 라이저들 이외에 나머지 가스 라이저들로부터 가스 배출구까지의 길이가 보다 길어져서 압력 강하 및 유속 저하 효과를 유발하여, 유속이 저하된 액적의 응축이 발생되어 액적의 크기가 증가하고, 무거워진 액적은 하강하게 되므로, 액적의 비산을 최소화할 수 있다. 또한, 복수의 가스 라이저들 중에서 혼합 유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 센터 가스 라이저들의 평균 직경이 나머지 가스 라이저들의 평균 직경보다 크게 형성됨으로써, 액적의 속도를 감소시켜 액적의 비산을 최소화시킬 수 있으므로, 분리 효율이 향상될 수 있다.

Description

다상 물질 분리 장치{Multiphase material separation device}

본 발명은 다상 물질 분리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 가스 라이저들 중 적어도 일부가 상방향 높이와 평균 단면적 중 적어도 하나가 다르게 형성됨으로써, 구조가 간단하고 컴팩트하면서도 가스 분리시 액적의 비산을 최소화시켜 분리 효율을 향상시킬 수 있는 다상 물질 분리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 다상 물질 분리 장치는 슬러그 캐쳐(Slug Catcher)이라고도 하며, 오일 및 가스 시추시 오일, 가스 및 물이 혼합된 혼합 유체로부터 액체와 가스를 분리하기 위한 장치이다. 혼합 유체가 단일 베셀로 처리하기 어려운 대용량인 경우, 헤더로부터 다지관(multiple pipe)로 분기시켜 다상 물질을 분리한다.

그러나, 다지관을 사용하는 경우, 복수의 관들 중에서 중앙에 위치한 관에 유량이 집중되게 되므로, 액체와 기체의 분리 효율이 낮아진다. 이를 해결하기 위하여 설계 마진을 크게하거나 다수의 헤더 등 복잡한 형태의 구조를 적용할 경우 제작 물량의 증가로 인해 비용이 증가되는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1785923호

본 발명의 목적은, 구조가 단순하고 컴팩트하면서도 분리 효율을 향상시킬 수 있는 다상 물질 분리 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 다상 물질 분리 장치는, 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 혼합유체 주입구와; 상기 혼합유체 주입구에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 상기 혼합유체 주입구로부터 하향 경사지게 형성된 안내관 경사부를 포함하는 혼합유체 안내관과; 상기 혼합유체 안내관의 하단에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관에서 나온 혼합유체를 복수의 방향으로 분배하는 혼합유체 헤더와; 상기 혼합유체 헤더에서 복수개로 분기되어 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 각각 상기 혼합유체 헤더로부터 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부를 포함하는 분기관과; 상기 분기관 경사부마다 연결되고 상기 분기관 경사부에 수직한 상방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 복수의 가스 라이저(riser)들과; 상기 복수의 가스 라이저들이 연결되고, 상기 복수의 가스 라이저들로부터 배출되는 가스를 수집하는 가스 헤더와; 상기 가스 헤더의 중앙 상부에 연결되어 가스를 배출하는 가스 배출구를 포함하고, 상기 복수의 가스 라이저들 중에서 중앙측에 배치되어 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 적어도 하나 이상의 센터 가스 라이저는, 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 부유 밀도를 감소시키도록 나머지 가스 라이저들보다 상방향으로의 높이가 길게 형성된다.

본 발명의 다른 측면에 따른 다상 물질 분리 장치는, 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 혼합유체 주입구와; 상기 혼합유체 주입구에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 상기 혼합유체 주입구로부터 하향 경사지게 형성된 안내관 경사부를 포함하는 혼합유체 안내관과; 상기 혼합유체 안내관의 하단에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관에서 나온 혼합유체를 복수의 방향으로 분배하는 혼합유체 헤더와; 상기 혼합유체 헤더에서 복수개로 분기되어 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 각각 상기 혼합유체 헤더로부터 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부를 포함하는 분기관과; 상기 분기관 경사부마다 연결되고 상기 분기관 경사부에 수직한 상방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 복수의 가스 라이저(riser)들과; 상기 복수의 가스 라이저들이 연결되고, 상기 복수의 가스 라이저들로부터 배출되는 가스를 수집하는 가스 헤더와; 상기 가스 헤더의 중앙 상부에 연결되어 가스를 배출하는 가스 배출구를 포함하고, 상기 복수의 가스 라이저들 중에서 중앙측에 배치되어 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 적어도 하나 이상의 센터 가스 라이저는, 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시키도록 나머지 가스 라이저들보다 평균 단면적이 크게 형성된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 다상 물질 분리 장치는, 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 혼합유체 주입구와; 상기 혼합유체 주입구에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 상기 혼합유체 주입구로부터 하향 경사지게 형성된 안내관 경사부를 포함하는 혼합유체 안내관과; 상기 혼합유체 안내관의 하단에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관에서 나온 혼합유체를 복수의 방향으로 분배하는 혼합유체 헤더와; 상기 혼합유체 헤더에서 복수개로 분기되어 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 각각 상기 혼합유체 헤더로부터 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부를 포함하는 분기관과; 상기 분기관 경사부마다 연결되고 상기 분기관 경사부에 수직한 상방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 복수의 가스 라이저(riser)들과; 상기 복수의 가스 라이저들이 연결되고, 상기 복수의 가스 라이저들로부터 배출되는 가스를 수집하는 가스 헤더와; 상기 가스 헤더의 중앙 상부에 연결되어 가스를 배출하는 가스 배출구를 포함하고, 상기 복수의 가스 라이저들은, 각각 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시키도록 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 확장 형성된다.

상기 센터 가스 라이저는, 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시키도록 나머지 가스 라이저들보다 평균 단면적이 크게 형성된다.

상기 센터 가스 라이저는, 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 확장 형성된다.

상기 복수의 가스 라이저들은, 각각 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시키도록 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 확장 형성된다.

상기 복수의 가스 라이저들은, 좌,우측으로부터 중앙측으로 갈수록 상방향으로의 높이가 점차 증가하도록 형성된다.

상기 가스 헤더는, 상기 가스 라이저들의 서로 다른 높이에 대응하도록 만곡된 형상이다.

상기 가스 헤더는, 좌측 단부에서 중앙측으로 상향 경사지게 형성된 좌측 경사부와, 상기 좌측 경사부와 연통되고 상기 우측 단부에서 중앙측으로 상향 경사지게 형성된 우측 경사부를 포함한다.

상기 복수의 가스 라이저들은, 상기 센터 가스 라이저와, 상기 센터 가스 라이저를 중심으로 좌,우 방향으로 대칭을 이루도록 배치되고 상기 센터 가스 라이저의 높이보다 짧은 높이로 형성된 적어도 한 쌍의 제1사이드 가스 라이저와, 상기 센터 가스 라이저를 중심으로 좌,우 방향으로 대칭을 이루도록 배치되고 상기 제1사이드 가스 라이저의 높이보다 짧은 높이로 형성된 적어도 한 쌍의 제2사이드 가스 라이저를 포함한다.

상기 가스 헤더는, 상기 센터 가스 라이저에 연결되고 수평방향으로 길게 형성된 센터 수평부와, 상기 센터 수평부의 좌,우 양단으로부터 각각 하향 경사지게 형성되고 상기 제1사이드 가스 라이저에 연결된 좌,우측 경사부와, 상기 좌,우측 경사부의 하단으로부터 수평방향으로 길게 형성되고 상기 제2사이드 가스 라이저에 연결된 좌,우측 수평부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 다상 물질 분리 장치는, 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 혼합유체 주입구와; 상기 혼합유체 주입구에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 상기 혼합유체 주입구로부터 하향 경사지게 형성된 안내관 경사부를 포함하는 혼합유체 안내관과; 상기 혼합유체 안내관의 하단에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관에서 나온 혼합유체를 복수의 방향으로 분배하는 혼합유체 헤더와; 상기 혼합유체 헤더에서 복수개로 분기되어 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 각각 상기 혼합유체 헤더로부터 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부를 포함하는 분기관과; 상기 분기관 경사부마다 연결되고 상기 분기관 경사부에 수직한 상방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 복수의 가스 라이저(riser)들과; 상기 복수의 가스 라이저들이 연결되고, 상기 복수의 가스 라이저들로부터 배출되는 가스를 수집하는 가스 헤더와; 상기 가스 헤더의 중앙 상부에 연결되어 가스를 배출하는 가스 배출구를 포함하고, 상기 복수의 가스 라이저들의 상방향 높이는 서로 다르게 형성되고, 상기 가스 라이저들의 각 높이는, 상기 가스 라이저들이 각각 연결된 분기관들을 통과하는 혼합유체의 유량에 비례하도록 설정된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 다상 물질 분리 장치는, 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 혼합유체 주입구와; 상기 혼합유체 주입구에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 상기 혼합유체 주입구로부터 하향 경사지게 형성된 안내관 경사부를 포함하는 혼합유체 안내관과; 상기 혼합유체 안내관의 하단에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관에서 나온 혼합유체를 복수의 방향으로 분배하는 혼합유체 헤더와; 상기 혼합유체 헤더에서 복수개로 분기되어 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 각각 상기 혼합유체 헤더로부터 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부를 포함하는 분기관과; 상기 분기관 경사부마다 연결되고 상기 분기관 경사부에 수직한 상방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 복수의 가스 라이저(riser)들과; 상기 복수의 가스 라이저들이 연결되고, 상기 복수의 가스 라이저들로부터 배출되는 가스를 수집하는 가스 헤더와; 상기 가스 헤더의 중앙 상부에 연결되어 가스를 배출하는 가스 배출구를 포함하고, 상기 복수의 가스 라이저들은 평균 단면적이 서로 다르게 형성되고, 상기 가스 라이저들의 각 평균 단면적은, 상기 가스 라이저들이 각각 연결된 분기관들을 통과하는 혼합유체의 유량에 비례하도록 설정된다.

본 발명에 따른 다상 물질 분리 장치는, 복수의 가스 라이저들 중에서 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 센터 가스 라이저들의 높이가 나머지 가스 라이저들의 높이보다 길게 형성됨으로써, 상기 센터 가스 라이저를 통과하는 액적의 부유 밀도를 최소화시켜 유량이 집중되더라도 분리 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 가스 헤더가 상기 가스 라이저들의 서로 다른 높이에 대응되도록 만곡된 형상 또는 경사진 형상으로 형성됨으로써, 센터 가스 라이저들 이외에 나머지 가스 라이저들로부터 가스 배출구까지의 길이가 보다 길어져서 압력 강하 및 유속 저하 효과를 유발하여, 유속이 저하된 액적의 응축이 발생되어 액적의 크기가 증가하고, 무거워진 액적은 하강하게 되므로, 액적의 비산을 최소화할 수 있다.

또한, 복수의 가스 라이저들 중에서 혼합 유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 센터 가스 라이저들의 평균 직경이 나머지 가스 라이저들의 평균 직경보다 크게 형성됨으로써, 액적의 속도를 감소시켜 액적의 비산을 최소화시킬 수 있으므로, 분리 효율이 향상될 수 있다.

또한, 혼합 유체의 유량이 집중되는 분기관들의 크기를 크게 설계할 필요가 없으므로, 설계 및 제조 비용이 증가하고 전체 장치의 크기가 커지는 것이 방지될 수 있다.

또한, 혼합 유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 가스 라이저들의 크기를 조절함으로써, 구조가 간단하고 컴팩트하면서도 가스의 분리 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다상 물질 분리 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A방향에서 본 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제7실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다상 물질 분리 장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 A방향에서 본 측면도이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 오일과 가스 시추시 가스와 액체가 혼합된 혼합유체를 가스와 액체로 분리하는 분리 장치이다. 여기서, 상기 액체는 오일이다.

상기 다상 물질 분리 장치는, 혼합유체 주입구(10), 혼합유체 안내관(20), 혼합유체 헤더(30), 분기관(40), 가스 라이저(50), 가스 헤더(60) 및 가스 배출구(70)를 포함한다.

상기 혼합유체 주입구(10)는, 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 유입구이다.

상기 혼합유체 안내관(20)은, 상기 혼합유체 주입구(10)에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 형성된다. 상기 혼합유체 안내관(20)은, 수평방향으로 길게 형성된 안내관 수평부(20a)와, 상기 안내관 수평부(20a)의 좌,우측 양단에서 각각 하향 경사진 방향으로 길게 형성된 안내관 경사부(20b)(20c)를 포함한다.

상기 혼합유체 안내관(20)은, 상기 혼합유체 주입구(10)로부터 하방향으로 미리 설정된 제1설정 각도(θ1)로 하향 경사지게 형성되어, 상기 혼합유체 주입구(10)로 유입된 혼합유체의 유동을 원활하게 한다.

상기 혼합유체 헤더(30)는, 상기 혼합유체 안내관(20)에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관(20)을 통과한 혼합유체를 상기 복수의 분기관들(40)로 분배한다.

상기 분기관(40)은, 상기 혼합유체 헤더(30)로부터 복수개로 분기된다. 상기 복수의 분기관들(40)은 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치된다. 상기 복수의 분기관들(40)의 직경은 서로 동일하게 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 분기관(40)은 6개인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 다양하게 변경 가능하다.

상기 분기관들(40)은 각각 상기 혼합유체 헤더(30)로부터 하방향으로 미리 설정된 제2설정 각도(θ2)로 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부(40a)와, 상기 분기관 경사부(40a)의 하단에서 연장되어 수평방향으로 길게 형성된 분기관 수평부(40b)와, 상기 분기관 수평부(40b)에 수직하도록 하방향으로 형성된 분기관 수직부(40c)를 포함한다.

상기 분기관 경사부(40a)의 길이는 상기 분기관 수평부(40b)의 길이보다 길게 형성되어, 상기 분기관들(40)로 유입된 유체의 유동이 원활하게 한다.

상기 가스 라이저(50)는, 상기 복수의 분기관들(40)마다 각각 연결되어 복수개로 이루어진다. 상기 가스 라이저(50)는, 상기 분기관 경사부(40a)에 수직한 방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부(40a)를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 관이다.

상기 가스 라이저(50)는, 상기 분기관 경사부(40a)중에서 상기 혼합유체 헤더(30)로부터 미리 설정된 설정 거리(L)만큼 이격된 위치에 연결된다. 상기 설정 거리(L)는, 시뮬레이션 등을 통해 상기 혼합유체로부터 가스의 분리가 최적으로 이루어질 수 있도록 설정된 거리이다.

상기 복수의 가스 라이저들(50)은, 배치 위치에 따라 상방향 높이가 서로 다르게 형성되고, 상기 상방향 높이는 상기 가스 라이저들(50)이 각각 연결된 해당 분기관들을 통과하는 혼합유체의 유량에 비례하도록 설정된다. 여기서, 상기 혼합유체의 유량은 상기 다상 물질 분리 장치의 설계시 시뮬레이션 등을 통해서 확인할 수 있다.

상기 복수의 가스 라이저들(50)은, 중앙측에 배치된 센터 가스 라이저(51)와, 상기 센터 가스 라이저(51)의 높이(hc)다 짧은 제1높이(h1)로 형성된 제1사이드 가스 라이저(52)와, 상기 제1사이드 가스 라이저(52)의 높이(h1)보다 짧은 제2높이(h2)로 형성된 제2사이드 가스 라이저(53)를 포함한다.

상기 센터 가스 라이저(51)는, 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 가스 라이저이다. 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 중앙측에 배치된 분기관들(40)에 혼합유체의 유량이 집중되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(51)의 높이를 미리 설정된 최대 높이(hc)로 설정하여, 상기 센터 가스 라이저(51)로 유입되는 액적의 부유 밀도를 감소시킨다. 상기 최대 높이(hc)는, 시뮬레이션 등을 통해 상기 액적의 부유 밀도가 최소화될 수 있도록 설정될 수 있다.

즉, 액적은 높이가 높은 곳에서 부유 밀도가 낮아지기 때문에, 상기 가스 라이저(50)의 높이가 증가할수록 상기 가스 라이저(50)로 유입된 액적이 상향 이동하는 것이 어려워진다.

따라서 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관에 연결된 센터 가스 라이저(51)로는 다른 가스 라이저에 비해 보다 많은 액적이 유입될 수 있으나, 상기 센터 가스 라이저(51)의 높이를 다른 가스 라이저의 높이보다 길게 형성함으로써, 액적이 상향 이동하여 비산하는 것을 최소화시킬 수 있다.

상기 제1사이드 가스 라이저(52)는, 상기 센터 가스 라이저(51)를 중심으로 좌,우방향으로 대칭을 이루도록 한 쌍이 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1사이드 가스 라이저(52)의 개수는 다양하게 변경 가능하다.

상기 제1사이드 가스 라이저(52)는, 상기 센터 가스 라이저의 길이(hc)보다 짧은 제1길이(h1)로 형성된다.

상기 제2사이드 가스 라이저(53)는, 상기 제1사이드 가스 라이저(51)로부터 좌,우측 방향으로 각각 소정거리 이격된 위치에 구비된다. 상기 제2사이드 가스 라이저(53)는, 상기 센터 가스 라이저(51)를 중심으로 좌,우방향으로 대칭을 이루도록 한 쌍이 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제2사이드 가스 라이저(53)의 개수는 다양하게 변경 가능하다.

상기 제2사이드 가스 라이저(53)는, 상기 제1사이드 가스 라이저의 길이(h2)보다 짧은 제2길이(h2)로 형성된다.

상기 센터 가스 라이저(51), 상기 제1사이드 가스 라이저(52) 및 상기 제2사이드 가스 라이저(53) 순으로 각각 연결된 분기관을 통과하는 혼합유체의 양이 감소하기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(51), 상기 제1사이드 가스 라이저(52) 및 상기 제2사이드 가스 라이저(53) 순으로 각 상방향 높이가 감소하도록 형성된다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 상기 센터 가스 라이저(51)는 2개이고, 상기 2개의 센터 가스 라이저(51)의 높이는 서로 동일하되 나머지 가스 라이저들보다 길게 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 센터 가스 라이저(51)는 1개이고, 상기 센터 가스 라이저(51)를 중심으로 좌,우측 방향으로 갈수록 나머지 가스 라이저(50)의 높이가 점차 감소하는 것도 물론 가능하다.

또한, 상기 센터 가스 라이저(51)는 2개를 초과하도록 설정된 것도 물론 가능하다.

상기 가스 라이저들(50)의 내측 표면 거칠기(Roughness)는 상기 분기관들(40)의 내측 표면 거칠기보다 크게 형성된다.

상기 가스 헤더(60)는, 상기 복수의 가스 라이저들(50)이 연결되어, 상기 복수의 가스 라이저들(50)로부터 배출되는 가스를 수집하는 헤더이다.

상기 가스 헤더(60)는, 상기 가스 라이저들(50)의 서로 다른 높이에 대응하는 곡률 반경의 원호 형상으로 만곡되게 형성된 관이다.

즉, 상기 가스 헤더(60)는 중앙측의 높이가 가장 높고, 좌,우 양단으로 갈수록 높이가 낮아지도록 형성된다. 따라서 상기 가스 헤더(60)로 액적이 유입되더라도 상기 가스 헤더(60)의 좌,우 양측으로 흘러내릴 수도 있다. 상기 가스 헤더(60)의 양단에는 액적을 배출시킬 수 있도록 액적 배출부가 구비될 수도 있다.

상기 가스 배출구(70)는, 상기 가스 헤더(60)의 중앙에서 상방향으로 연결되어, 상기 가스 헤더(60)에서 수집된 가스를 배출하는 배출구이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 혼합유체 주입구(10)를 통해 가스와 액체가 혼합된 혼합유체가 주입되면, 상기 혼합유체 안내관(20)을 통해 하방향으로 흐른 후 상기 혼합유체 헤더(30)로 유입된다.

상기 혼합유체 안내관(20)의 안내관 경사부(20b)(20c)가 경사지게 형성됨으로써, 상기 혼합유체의 유동이 보다 원활해질 수 있다.

상기 혼합유체 헤더(30)는, 상기 혼합유체를 상기 복수의 분기관들(40)로 분배한다.

상기 복수의 분기관들(40)로 유입된 혼합유체는 상기 분기관 경사부(40a)를 따라 하방향으로 흐르게 된다.

상기 분기관 경사부(40a)를 따라 흐르는 동안, 상기 혼합 유체에 포함된 가스는 상기 가스 라이저(50)를 통해 상방향으로 배출된다.

이 때, 상기 복수의 분기관들(40)마다 각각 유입되는 혼합유체의 유량은 균일하지 않고, 중앙측에 배치된 분기관들(40)로 유입되는 유량이 상대적으로 많기 때문에, 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관에 연결된 가스 라이저로 유입되는 액적의 양도 상대적으로 많다.

본 실시예에서는, 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관에 연결된 센터 가스 라이저(51)의 높이를 나머지 가스 라이저들의 높이보다 길게 형성함으로써, 상기 센터 가스 라이저(51)로 가스와 함께 유입되는 액적의 부유밀도를 감소시킬 수 있다.

따라서, 상기 복수의 가스 라이저들(50)로 유입되는 액적의 부유밀도를 최소화시킬 수 있으므로, 분리 효율이 향상될 수 있다.

또한, 상기 가스 헤더(60)는 상기 가스 라이저들(50)의 서로 다른 높이에 대응되도록 만곡된 형상으로 형성되고, 상기 가스 헤더(60)의 내측 표면이 거칠게 형성됨으로써, 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(52)(53)로부터 상기 가스 배출구(70)까지의 유동 경로가 종래보다 길어질 수 있다.

따라서, 상기 센터 가스 라이저(51)이외에 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(52)(53)로 유입되는 혼합유체의 유량이 증가하더라도 압력 강하 및 유속 저하 효과가 발생하고, 유속이 저하된 액적의 응축이 발생하여 액적의 크기가 증가하게 되며, 무거워진 액적은 하강하여 비산이 최소화될 수 있다.

또한, 가스 라이저들(50)로부터 유입된 액적이 상기 가스 헤더(60)에서 응축되어 좌우방향으로 흘러내릴 수 있으므로, 상기 가스 배출구(70)를 통해 배출되는 것이 최소화될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 복수의 가스 라이저들(250)은 좌,우측으로부터 중앙측으로 갈수록 높이가 점차 증가하도록 형성되고, 가스 헤더(260)는 좌,우 양단으로부터 중앙측으로 상향 경사지게 형성된 점이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

상기 가스 라이저들(250)은, 중앙측에 배치된 센터 가스 라이저(251)와, 상기 센터 가스 라이저(251)의 높이(hc)다 짧은 제1높이(h1)로 형성된 제1사이드 가스 라이저(252)와, 상기 제1사이드 가스 라이저(252)의 높이(h1)보다 짧은 제2높이(h2)로 형성된 제2사이드 가스 라이저(253)를 포함한다.

본 실시예에서는, 상기 센터 가스 라이저(251)는 2개가 서로 동일한 높이(hc)로 형성되고, 상기 제1사이드 가스 라이저(252)도 2개가 한 쌍을 이루며 서로 동일한 높이로 형성되고, 상기 제2사이드 가스 라이저(253)도 2개가 한 쌍을 이루며 서로 동일한 높이로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 센터 가스 라이저(251)는 1개로 설정되는 것도 물론 가능하다.

상기 센터 가스 라이저(251)는, 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 가스 라이저이다. 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 중앙측에 배치된 분기관들(40)에 혼합유체의 유량이 집중되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(251)의 상방향으로 높이를 미리 설정된 최대 높이(hc)로 설정한다.

상기 가스 헤더(260)는, 좌측 단부에서 중앙측으로 상향 경사지게 형성된 좌측 경사부(261)와, 우측 단부에서 중앙측으로 상향 경사지게 형성된 우측 경사부(262)를 포함한다.

상기 가스 헤더(260)는, 상기 좌측 경사부(261)와 상기 우측 경사부(262)를 포함함으로써, 상기 가스 라이저들(250)을 통해 액적이 유입될 경우, 액적이 응축된 후 상기 좌,우측 경사부(261)(262)를 통해 하방향으로 흘러내리게 되므로, 상기 가스 배출구(70)로 비산하는 것이 방지될 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 상기 복수의 가스 라이저들(250) 중에서 상기 혼합 유체의 유량이 집중되는 분기관에 연결된 센터 가스 라이저(251)의 높이가 가장 길고, 상기 센터 가스 라이저(251)로부터 좌측 또는 우측으로 갈수록 높이가 점차 감소하도록 형성됨으로써, 상기 혼합 유체의 유량이 서로 다르더라도 액적의 부유 밀도를 모두 최소화시켜 분리 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 가스 헤더(260)의 형상이 중앙에서 좌측 또는 우측으로 갈수록 하향 경사진 형상으로 형성됨으로써, 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(252)(253)로부터 상기 가스 배출구(70)까지의 유동 경로가 보다 길어지기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(251)이외에 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(252)(253)로 유입되는 혼합유체의 유량이 증가하더라도 압력 강하 및 유속 저하 효과가 발생하고, 유속이 저하된 액적의 응축이 발생하여 액적의 크기가 증가하게 되며, 무거워진 액적은 하강하여 비산이 최소화될 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 복수의 가스 라이저들(350)은 좌,우측으로부터 중앙측으로 갈수록 높이가 점차 증가하도록 형성되고, 가스 헤더(360)는 적어도 일부분이 좌,우 양단으로부터 중앙측으로 상향 경사지게 경사부를 포함하는 점이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

상기 가스 라이저들(350)은, 중앙측에 배치된 센터 가스 라이저(351)와, 상기 센터 가스 라이저(351)의 높이(hc)다 짧은 제1높이(h1)로 형성된 제1사이드 가스 라이저(352)와, 상기 제1사이드 가스 라이저(352)의 높이(h1)보다 짧은 제2높이(h2)로 형성된 제2사이드 가스 라이저(353)를 포함한다.

본 실시예에서는, 상기 센터 가스 라이저(351)는 2개가 서로 동일한 높이(hc)로 형성되고, 상기 제1사이드 가스 라이저(352)도 2개가 한 쌍을 이루며 서로 동일한 높이로 형성되고, 상기 제2사이드 가스 라이저(353)도 2개가 한 쌍을 이루며 서로 동일한 높이로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 센터 가스 라이저(351)는, 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 가스 라이저이다. 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 중앙측에 배치된 분기관들(40)에 혼합유체의 유량이 집중되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(351)의 상방향으로 높이를 미리 설정된 최대 높이(hc)로 설정한다.

상기 가스 헤더(360)는 적어도 일부분이 하향 경사진 경사부를 포함한다. 상기 가스 헤더(360)는, 상기 분기관들(40)의 서로 다른 높이에 대응되도록 형성되되, 중앙측을 중심으로 좌,우 대칭인 형상으로 형성된다.

즉, 상기 가스 헤더(360)는, 상기 센터 가스 라이저(351)에 수평방향으로 길게 형성된 센터 수평부(361)와, 상기 센터 수평부(361)의 좌측 단부로부터 하향 경사지게 형성되고 상기 제1사이드 가스 라이저(352)에 연결된 좌측 경사부(362), 상기 센터 수평부(361)의 우측 단부로부터 하향 경사지게 형성되고 상기 제1사이드 가스 라이저(352)에 연결된 우측 경사부(363), 상기 좌측 경사부(362)의 하단으로부터 수평방향으로 길게 형성되고 상기 제2사이드 가스 라이저(353)에 연결된 좌측 수평부(364), 상기 우측 경사부(363)의 하단으로부터 수평방향으로 길게 형성되고 상기 제2사이드 가스 라이저(353)에 연결된 우측 수평부(365)를 포함한다.

상기 가스 헤더(360)는, 상기 좌측 경사부(362)와 상기 우측 경사부(363)를 포함함으로써, 상기 가스 라이저들(350)을 통해 액적이 유입될 경우, 액적이 응축된 후 상기 좌,우측 경사부(362)(363)를 통해 하방향으로 흘러내리게 되므로, 상기 가스 배출구(70)로 비산하는 것이 방지될 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 상기 복수의 가스 라이저들(350) 중에서 상기 혼합 유체의 유량이 집중되는 분기관에 연결된 센터 가스 라이저(351)의 높이가 가장 길고, 상기 센터 가스 라이저(351)로부터 좌측 또는 우측으로 갈수록 높이가 점차 감소하도록 형성됨으로써, 상기 혼합 유체의 유량이 서로 다르더라도 액적의 부유 밀도를 모두 최소화시켜 분리 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 가스 헤더(360)의 형상이 중앙에서 좌측 또는 우측으로 갈수록 하향 경사진 형상으로 형성됨으로써, 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(352)(353)로부터 상기 가스 배출구(70)까지의 유동 경로가 보다 길어지기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(351)이외에 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(352)(353)로 유입되는 혼합유체의 유량이 증가하더라도 압력 강하 및 유속 저하 효과가 발생하고, 유속이 저하된 액적의 응축이 발생하여 액적의 크기가 증가하게 되며, 무거워진 액적은 하강하여 비산이 최소화될 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 복수의 가스 라이저들(450)은 서로 높이는 동일하게 형성되되, 중앙측에 배치된 적어도 하나 이상의 센터 가스 라이저(461)의 평균 단면적은 나머지 가스 라이저들보다 크게 형성된 점이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에서는, 상기 가스 라이저들(450)은 상하방향으로 단면적이 일정한 원통 형상으로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 가스 라이저들(450)은, 중앙측에 배치되고 미리 설정된 제1단면적으로 형성된 센터 가스 라이저(451)와, 상기 센터 가스 라이저(451)의 제1단면적보다 작은 제2단면적으로 형성된 복수의 사이드 가스 라이저들(452)을 포함한다.

상기 센터 가스 라이저(451)는, 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 가스 라이저이다. 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 중앙측에 배치된 분기관들(40)에 혼합유체의 유량이 집중되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(451)의 단면적이 나머지 가스 라이저들의 단면적보다 가장 크게 형성된다.

즉, 상기 가스 라이저들(450)은 원통 형상으로 형성되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(451)의 직경(dc)은, 상기 사이드 가스 라이저들(452)의 직경(d1)보다 크게 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 센터 가스 라이저(451)의 직경(dc)은, 시뮬레이션을 통해 상기 센터 가스 라이저(451)가 연결된 해당 분기관을 통과하는 혼합유체의 유량과 액적의 속도를 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.

액적이 통과하는 배관의 단면적이 클수록 액적의 속도가 감소하게 되므로, 상기 가스 라이저(450)의 단면적이 클수록 상기 가스 라이저(450)로 유입된 액적이 상향 이동하는 것이 어려워진다. 즉, 액적이 하강하지 못하고 날아가는 속도를 액적의 종말 속도라고 하며, 상기 가스 라이저(450)의 단면적을 증가시켜 상기 액적의 속도가 상기 종말 속도 미만이 되도록 한다. 상기 액적의 속도가 종말 속도 미만이 되면, 액적이 비산하지 않고 하강하게 되므로, 분리 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 가스 라이저들(450)의 높이는 서로 동일하게 형성된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 가스 라이저들(450)의 높이와 상기 가스 헤더의 형상은 상기 제1실시예 내지 제3실시예에 따라 변경 가능하다.

한편, 도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 복수의 가스 라이저들(550)은 서로 높이는 동일하게 형성되되, 중앙측에 배치된 적어도 하나 이상의 센터 가스 라이저(551)는 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 형성된 점이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

상기 가스 라이저들(550)은, 중앙측에 배치된 센터 가스 라이저(551)와, 상기 센터 가스 라이저(551)보다 평균 단면적이 작게 형성된 사이드 가스 라이저(552)를 포함한다.

상기 센터 가스 라이저(551)는, 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 확장 형성된 형상으로 형성된다. 즉, 상기 센터 가스 라이저(551)의 상부 단면적은 하부 단면적보다 크게 형성된다.

상기 사이드 가스 라이저(552)는 상하방향으로 단면적이 일정한 원통 형상으로 형성된다.

상기 센터 가스 라이저(551)는, 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 가스 라이저이다. 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 중앙측에 배치된 분기관들(40)에 혼합유체의 유량이 집중되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(551)의 단면적을 증가시킴으로써, 상기 분기관(40)으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시킬 수 있다.

즉, 상기 액적의 속도는 상기 센터 가스 라이저(551)의 단면적의 제곱에 반비례하므로, 상기 센터 가스 라이저(551)를 상방향으로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 형상으로 형성함으로써 상기 액적의 속도를 감소시킬 수 있다.

상기 센터 가스 라이저(551)의 단면적은, 시뮬레이션을 통해 상기 센터 가스 라이저(551)가 연결된 해당 분기관을 통과하는 혼합유체의 유량, 상기 액적의 속도를 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.

액적이 통과하는 배관의 단면적이 클수록 액적의 속도가 감소하게 되므로, 상기 가스 라이저(550)의 단면적이 클수록 상기 가스 라이저(550)로 유입된 액적이 상향 이동하는 것이 어려워진다. 즉, 액적이 하강하지 못하고 날아가는 속도를 액적의 종말 속도라고 하며, 상기 가스 라이저(550)의 단면적을 증가시켜 상기 액적의 속도가 상기 종말 속도 미만이 되도록 한다. 상기 액적의 속도가 종말 속도 미만이 되면, 액적이 비산하지 않고 하강하게 되므로, 분리 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 가스 라이저들(550)의 높이는 서로 동일하게 형성된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 가스 라이저들(550)의 높이와 상기 가스 헤더의 형상은 상기 제1실시예 내지 제3실시예에 따라 변경 가능하다.

한편, 도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 다상 물질 분리 장치에서 복수의 가스 라이저들(650)은 모두 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 형성된 점이 상기 제5실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 제5실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

즉, 상기 가스 라이저들(650)은 각각 모두 동일한 높이와 동일한 형상으로 형성되되, 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 확장된 형상으로 형성된다.

다만, 이에 한정되지 않고 상기 가스 라이저들(650)의 높이와 상기 가스 헤더의 형상은 상기 제1실시예 내지 제3실시예에 따라 변경 가능하다.

한편, 도 9는 본 발명의 제7실시예에 따른 다상 물질 분리 장치의 가스 헤더와 가스 라이저들을 나타낸 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 다상 물질 분리 장치는, 복수의 가스 라이저들(750)은 서로 높이와 평균 단면적이 다르게 형성된 점이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

상기 복수의 가스 라이저들(750)은, 중앙측에 배치된 센터 가스 라이저(751)와, 상기 센터 가스 라이저(751)의 높이(hc)다 짧은 제1높이(h1)로 형성된 제1사이드 가스 라이저(752)와, 상기 제1사이드 가스 라이저(752)의 높이(h1)보다 짧은 제2높이(h2)로 형성된 제2사이드 가스 라이저(753)를 포함한다.

상기 센터 가스 라이저(751)는, 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관들에 연결된 가스 라이저이다. 상기 복수의 분기관들(40) 중에서 중앙측에 배치된 분기관들(40)에 혼합유체의 유량이 집중되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(751)의 상방향으로 높이를 최대 높이(hc)로 설정한다.

상기 센터 가스 라이저(751)의 직경(dc)은, 시뮬레이션을 통해 상기 센터 가스 라이저(751)가 연결된 해당 분기관을 통과하는 혼합유체의 유량과 액적의 속도를 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.

액적은 높은 곳에 위치할수록 부유 밀도가 낮아지기 때문에, 상기 가스 라이저(750)의 높이가 증가할수록 상기 가스 라이저(750)로 유입된 액적이 상향 이동하는 것이 어려워진다. 상기 혼합유체의 유량이 집중되는 분기관에 연결된 센터 가스 라이저(751)로는 다른 가스 라이저에 비해 보다 많은 액적이 유입될 수 있으나, 상기 센터 가스 라이저(751)의 높이를 다른 가스 라이저의 높이보다 길게 형성함으로써, 액적이 상향 이동하여 비산하는 것을 최소화시킬 수 있다.

또한, 상기 센터 가스 라이저(751)는, 상방향으로 갈수록 단면적이 점차 커지는 형상으로 형성되고, 상기 사이드 가스 라이저(752)는 상하방향으로 단면적이 일정한 원통 형상으로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 복수의 분기관들(40) 중에서 중앙측에 배치된 분기관들(40)에 혼합유체의 유량이 집중되기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(751)의 단면적을 나머지 가스 라이저의 단면적보다 크게 형성함으로써, 상기 분기관(40)으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시킬 수 있다.

즉, 상기 액적의 속도는 상기 센터 가스 라이저(751)의 단면적의 제곱에 반비례하므로, 상기 센터 가스 라이저(751)의 단면적을 상방향으로 갈수록 크게 증가시킴으로써 상기 액적의 속도가 감소된다.

상기 센터 가스 라이저(751)의 단면적은, 상기 센터 가스 라이저(751)가 연결된 해당 분기관을 통과하는 혼합유체의 유량, 상기 액적의 종말 속도를 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.

상기 가스 헤더(760)는, 상기 복수의 가스 라이저들(750)이 연결되어, 상기 복수의 가스 라이저들(750)로부터 배출되는 가스를 수집하는 헤더이다.

상기 가스 헤더(760)는, 상기 가스 라이저들(750)의 서로 다른 높이에 대응하는 곡률 반경의 원호 형상으로 만곡되게 형성된 관인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 가스 헤더(760)는 상기 제2실시예 및 제3실시예의 형상을 적용하는 것도 물론 가능하다.

상기와 같이 본 발명의 제7실시예에서는, 상기 복수의 가스 라이저들(750)이 좌,우측으로부터 중앙측으로 갈수록 높이가 길게 형성되고, 단면적이 크게 형성됨으로써, 상기 센터 가스 라이저(51)로 가스와 함께 유입되는 액적의 부유밀도와 속도를 모두 감소시킬 수 있으므로, 분리 효율이 보다 향상될 수 있다.

또한, 상기 가스 헤더(760)가 상기 가스 라이저들(750)의 서로 다른 높이에 대응되는 형상으로 형성됨으로써, 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(752)(753)로부터 상기 가스 배출구(70)까지의 유동 경로가 종래보다 길어지기 때문에, 상기 센터 가스 라이저(751)이외에 상기 제1,2사이드 가스 라이저들(752)(753)로 유입되는 혼합유체의 유량이 증가하더라도 압력 강하 및 유속 저하 효과가 발생하고, 유속이 저하된 액적의 응축이 발생하여 액적의 크기가 증가하게 되며, 무거워진 액적은 하강하여 비산이 최소화될 수 있다. 또한, 가스 라이저들(750)로부터 유입된 액적이 상기 가스 헤더(760)에서 응축되어 좌우방향으로 흘러내릴 수 있으므로, 상기 가스 배출구(70)를 통해 배출되는 것이 최소화될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 혼합유체 주입구 20: 혼합유체 안내관
30: 혼합유체 헤더 40: 분기관
50,250,350,450,550,650,750: 가스 라이저
51,251,351,451,551,751: 센터 가스 라이저
52,252,352,452,552,752: 제1사이드 가스 라이저
53,253,353,453,553,753: 제2사이드 가스 라이저
60,260,360: 가스 헤더

Claims (13)

1. 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 혼합유체 주입구와;
   상기 혼합유체 주입구에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 상기 혼합유체 주입구로부터 하향 경사지게 형성된 안내관 경사부를 포함하는 혼합유체 안내관과;
   상기 혼합유체 안내관의 하단에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관에서 나온 혼합유체를 복수의 방향으로 분배하는 혼합유체 헤더와;
   상기 혼합유체 헤더에서 복수개로 분기되어 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 각각 상기 혼합유체 헤더로부터 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부와, 상기 분기관 경사부에서 연장되어 수평방향으로 길게 형성된 분기관 수평부를 포함하는 분기관과;
   상기 분기관 경사부마다 연결되고 상기 분기관 경사부에 수직한 상방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 복수의 가스 라이저(riser)들과;
   상기 복수의 가스 라이저들이 연결되고, 상기 복수의 가스 라이저들로부터 배출되는 가스를 수집하는 가스 헤더와;
   상기 가스 헤더의 중앙 상부에 연결되어 가스를 배출하는 가스 배출구를 포함하고,
   상기 가스 라이저는 상기 분기관 경사부에서 상기 혼합유체 헤더로부터 미리 설정된 설정거리만큼 이격된 위치에 연결되고,
   상기 복수의 가스 라이저들은, 좌,우측으로부터 중앙측으로 갈수록 상방향으로의 높이가 증가하도록 형성되고,
   상기 복수의 가스 라이저들은,
   상기 복수의 분기관들 중에서 상기 혼합 유체의 유량이 상대적으로 집중되는 중앙측 분기관에 연결되어 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 부유 밀도를 감소시키도록 나머지 가스 라이저들보다 상방향으로의 높이가 길게 형성된 센터 가스 라이저와,
   상기 센터 가스 라이저를 중심으로 좌,우 방향으로 대칭을 이루도록 배치되고 상기 센터 가스 라이저의 높이보다 짧은 높이로 형성된 적어도 한 쌍의 제1사이드 가스 라이저와,
   상기 센터 가스 라이저를 중심으로 좌,우 방향으로 대칭을 이루도록 배치되고 상기 제1사이드 가스 라이저의 높이보다 짧은 높이로 형성된 적어도 한 쌍의 제2사이드 가스 라이저를 포함하고,
   상기 가스 헤더는, 상기 센터 가스 라이저가 연결된 중앙측의 높이가 가장 높고 좌,우 양측으로 갈수록 높이가 낮아지도록 형성된,
   다상 물질 분리 장치.
2. 가스와 액체가 혼합된 혼합 유체가 유입되는 혼합유체 주입구와;
   상기 혼합유체 주입구에 연결되어, 상기 혼합유체 주입구로부터 유입된 혼합유체를 하향 경사진 방향으로 안내하도록 상기 혼합유체 주입구로부터 하향 경사지게 형성된 안내관 경사부를 포함하는 혼합유체 안내관과;
   상기 혼합유체 안내관의 하단에 연결되고 수평방향으로 길게 배치되어, 상기 혼합유체 안내관에서 나온 혼합유체를 복수의 방향으로 분배하는 혼합유체 헤더와;
   상기 혼합유체 헤더에서 복수개로 분기되어 좌우방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치되고, 각각 상기 혼합유체 헤더로부터 하향 경사지게 형성된 분기관 경사부와, 상기 분기관 경사부에서 연장되어 수평방향으로 길게 형성된 분기관 수평부를 포함하는 분기관과;
   상기 분기관 경사부마다 연결되고 상기 분기관 경사부에 수직한 상방향으로 길게 형성되어, 상기 분기관 경사부를 통과하는 혼합유체에 포함된 가스를 상방향으로 배출하기 위한 복수의 가스 라이저(riser)들과;
   상기 복수의 가스 라이저들이 연결되고, 상기 복수의 가스 라이저들로부터 배출되는 가스를 수집하는 가스 헤더와;
   상기 가스 헤더의 중앙 상부에 연결되어 가스를 배출하는 가스 배출구를 포함하고,
   상기 가스 라이저는 상기 분기관 경사부에서 상기 혼합유체 헤더로부터 미리 설정된 설정 거리만큼 이격된 위치에 연결되고,
   상기 복수의 가스 라이저들은,
   상기 복수의 분기관들 중에서 중앙측에 배치되어 상기 혼합유체의 유량이 상대적으로 집중되는 분기관에 연결되어 액적의 속도를 감소시키도록 나머지 가스 라이저들보다 평균 단면적이 크도록 미리 설정된 제1단면적으로 형성된 센터 가스 라이저와,
   상기 센터 가스 라이저를 중심으로 좌,우 방향에 배치되어, 상기 센터 가스 라이저의 제1단면적보다 작은 제2단면적으로 형성된 복수의 사이드 가스 라이저들을 포함하는,
   다상 물질 분리 장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 센터 가스 라이저는, 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시키도록 나머지 가스 라이저들보다 평균 단면적이 크게 형성된 다상 물질 분리 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 센터 가스 라이저는, 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 확장 형성된 다상 물질 분리 장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 복수의 가스 라이저들은, 각각 상기 분기관으로부터 유입된 액적의 속도를 감소시키도록 상방향으로 갈수록 단면적이 크게 확장 형성된 다상 물질 분리 장치.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 복수의 가스 라이저들은, 좌,우측으로부터 중앙측으로 갈수록 상방향으로의 높이가 점차 증가하도록 형성된 다상 물질 분리 장치.
8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 가스 헤더는,
   상기 가스 라이저들의 서로 다른 높이에 대응하도록 만곡된 형상인 다상 물질 분리 장치.
9. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 가스 헤더는,
   좌측 단부에서 중앙측으로 상향 경사지게 형성된 좌측 경사부와,
   상기 좌측 경사부와 연통되고 우측 단부에서 중앙측으로 상향 경사지게 형성된 우측 경사부를 포함하는 다상 물질 분리 장치.
10. 삭제
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 헤더는,
    상기 센터 가스 라이저에 연결되고 수평방향으로 길게 형성된 센터 수평부와,
    상기 센터 수평부의 좌,우 양단으로부터 각각 하향 경사지게 형성되고 상기 제1사이드 가스 라이저에 연결된 좌,우측 경사부와,
    상기 좌,우측 경사부의 하단으로부터 수평방향으로 길게 형성되고 상기 제2사이드 가스 라이저에 연결된 좌,우측 수평부를 포함하는 다상 물질 분리 장치.
12. 삭제
13. 삭제

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