KR20170032654A - 상 분리 장치 - Google Patents

Abstract

상 분리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치는, 기액분리탱크의 유입관 내에 서로 이격 배치되어 그 사이로 기액 혼합 유체를 통과시키는 복수 개의 파형판, 및 복수 개의 파형판 각각의 후면에 배치되어 기액 혼합 유체의 일부를 포집하여 액상을 분리하는 액적 포집부를 포함한다.

Description

상 분리 장치{PHASE SEPARATION APPARATUS}

본 발명은 상 분리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오일이나 가스 유정으로부터 뽑아 올린 유정 유체(well fluid)에서 원유와 가스를 분리하기 위해서, 유정 유체에 포함되어 있는 혼합물간의 비중차이를 이용하여 분리시키는 방법이 사용된다. 상기 혼합물 간의 비중 차에 의한 상 분리 효율을 증대시키기 위해, 유정 유체에 전류를 가하여 혼합물 간에 전기적 평형을 깨뜨려 응결을 유도하고, 이 과정에서 발생하는 미세기포에 의해 응결, 응집된 물질을 부상시키는 방법이 적용되어 사용되기도 한다.

그러나, 상술한 바와 같이 혼합물간의 비중차를 이용하여 유정 유체를 상 분리하는 방법은, 시간이 많이 소요되며 효율을 높이기 위해 유체 저장 공간을 넓게 확보해야 하는 문제가 있다.

관련한 기술로는 한국 등록특허 제10-1489584호 (2015.01.28, 다공성 유수분리막 및 이를 이용한 기름 분리 방법과 장치)가 있다.

본 발명의 실시예들은 기액 혼합 유체의 상 분리 효율을 향상시킬 수 있는 상 분리 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기액분리탱크의 유입관 내에 서로 이격 배치되어 그 사이로 기액 혼합 유체를 통과시키는 복수 개의 파형판; 및 상기 복수 개의 파형판 각각의 후면에 배치되어, 상기 기액 혼합 유체의 일부를 포집하여 액상을 분리하는 액적 포집부를 포함하는 상 분리 장치가 제공된다.

상기 복수 개의 파형판 중 적어도 두 개 이상은 그 사이에 제1 유로가 형성되도록 일렬로 배열되어 제1 라인을 형성하고, 상기 복수 개의 파형판 중 다른 두 개 이상은 그 사이에 제2 유로가 형성되도록 일렬로 배열되어 상기 제1 라인과 평행한 제2 라인을 형성하되, 상기 제1 유로를 통과한 상기 기액 혼합 유체가 상기 제2 라인을 형성하는 파형판에 충돌한 후 상기 제2 유로를 통과하도록, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 어긋나게 배치할 수 있다.

상기 제1 유로와 상기 제2 유로는 각각의 사이를 통과하는 상기 기액 혼합 유체로 인해 양압(positive pressure) 환경을 형성하고, 상기 파형판의 후면은 내측으로 함몰된 구조를 가짐으로써 음압(negative pressure) 환경을 형성할 수 있다.

상기 액적 포집부는, 그물망 구조를 갖는 칼럼 몸체; 및 상기 칼럼 몸체에 결합되는 공극부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기액 혼합 유체의 상 분리 효율을 향상시킬 수 있는 상 분리 장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 A부분을 확대한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치의 구성을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치에서 기액 혼합 유체의 상 분리 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치에서 액적 포집부를 도시한 분해사시도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 상 분리 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 상 분리 장치는, 유입관(110)에 설치된 파형판(200) 및 액적 포집부(300)를 통해서, 기액 분리 탱크(100)내로 유입되는 기액 혼합 유체(GL: 예를 들어, 유정 유체)로부터 가스(G)와 리퀴드(L)를 선별적으로 상 분리시킴으로써 기액 혼합 유체의 상 분리 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치를 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 A부분을 확대한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치의 구성을 확대하여 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치에서 기액 혼합 유체의 상 분리 과정을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 장치는, 적어도 두 개 이상이 이격되도록 배치되어 그 사이로 기액 혼합 유체(GL)를 통과시키는 파형판(200); 및 상기 파형판(200)의 후면에 배치되어, 상기 기액 혼합 유체(GL)로부터 분리된 물질 중 적어도 일부를 포집하여 액상으로 만드는 액적 포집부(300)를 포함한다. 또한, 상기 상 분리 장치는 상기 파형판(200)와 상기 액적 포집부(300)가 설치되는 기액 분리 탱크(100)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 기액 분리 탱크(100)는 오일이나 가스 유정으로부터 뽑아 올린 유정 유체(well fluid), 즉 기액 혼합 유체(GL)로부터 원유와 가스를 분리하기 위한 것으로, 상기 기액 혼합 유체(GL)로부터 상 분리된 물질을 내부에 수용할 수 있다. 여기서, 상기 기액 혼합 유체(GL)로부터 상 분리된 물질은 가스(G), 리퀴드(L)를 포함할 수 있으며, 리퀴드(L)는 물(W)과 기름(O)을 포함할 수 있다.

기액 분리 탱크(100)에는 유입관(110)와 배출관(120, 130)이 구비될 수 있으며, 유입관(110)와 배출관(120, 130) 중 적어도 하나 이상에는 본 실시예에 따른 파형판(200)와 액적 포집부(300)가 설치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 파형판(200)는 적어도 두 개 이상이 이웃하여 배치(병렬 배치)됨으로써 하나의 라인(즉, 행 또는 열)을 형성할 수 있다. 이때, 인접한 복수의 파형판(200) 사이에는 적어도 하나 이상의 유로(10, 20)가 형성될 수 있다.

구체적으로, 복수의 파형판(200) 중 적어도 두 개 이상은 그 사이에 적어도 하나 이상의 제1 유로(10)가 형성되도록 일렬로 배열되어 제1 라인(1)을 형성할 수 있다. 이와 더불어, 복수의 파형판(200) 중 다른 두 개 이상은 그 사이에 적어도 하나 이상의 제2 유로(20)가 형성되도록 일렬로 배열됨으로써, 상기 제1 라인(1)에 대해 평행한 제2 라인(2)을 형성할 수 있다.

이때, 제1 유로(10)와 제2 유로(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 유로가 서로 어긋나도록 배치된 구조를 형성할 수 있다. 즉, 제1 유로(10)의 중심을 통과하는 가상의 축(미도시)이 제2 유로(20)의 중심을 통과하는 가상의 축(미도시)에 대해 소정의 이격거리를 두고 평행하도록 배열된 구조를 이룰 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 제1 유로(10)를 통과한 기액 혼합 유체(GL)는, 제2 라인(20)을 형성하는 복수의 파형판(200)에 먼저 충돌한 이후에 제2 유로(2)를 통과할 수 있다. 이때 기액 혼합 유체(GL)가 파형판(200)과 충돌하는 과정에서 상 분리가 부분적으로 이루어질 수 있고, 이렇게 상 분리된 유체는 인접한 또 다른 유체 흐름과 다시 충돌하는 과정(도 4의 화살표 참조)에서 추가로 상 분리가 이루어질 수 있다. 이러한 과정을 통해, 기액 혼합 유체(GL)의 상 분리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 파형판(200)의 후면은 내측으로 함몰된 구조를 가짐으로써 음압(negative pressure) 환경을 형성할 수 있다. 도 2를 참조하면, 파형판(200)은 "<"또는 ">" 횡단면 형상을 갖는 구조일 수 있다. 이외에도 비록 도시되지는 않았으나, 파형판(200)은 예를 들어 오목 또는 볼록한 횡단면을 갖는 구조 등 다양한 형태로 변형될 수 있다.

상기 파형판(200)의 후면에 형성된 음압 환경과 반대로, 제1 유로(10)와 제2 유로(20)는 각각의 사이를 통과하는 기액 혼합 유체(GL)로 인해 양압(positive pressure) 환경을 형성할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제1 라인(1)을 형성하는 복수의 파형판(200) 사이에 형성된 제1 유로(10)는 유입관(110)의 내측 직경 단면적에 비해 상대적으로 단면적이 축소된다. 이에 따라, 제1 유로(10)를 통과하는 기액 혼합 유체(GL)의 유속이 빨라지면서 난류 현상이 발생하는데, 이는 기액 혼합 유체(GL)의 상 분리를 촉진할 수 있다.

또한, 제1 유로(10)를 통과하면서 유속이 빨라진 기액 혼합 유체(GL)는 제2 라인(2)의 파형판(200)에 충돌함으로써 유체의 흐름이 정체됨과 동시에 압력이 갑자기 높아지는 현상이 발생한다. 이때, 정체된 기액 혼합 유체(GL)에는 상기 기액 혼합 유체(GL)의 흐름의 일부가 본류와 반대되는 방향으로 흐르는 소용돌이 현상이 발생하게 되고, 이러한 소용돌이 흐름은 상대적으로 압력이 낮은 영역으로 이동하게 된다. 이때, 파형판(200)의 후면은 내측으로 함몰된 구조를 가짐으로써 압력이 낮은 음압 환경이 조성됨에 따라, 본류에 반대방향을 갖는 상기 흐름은 파형판(200)의 후면 측으로 이동이 유도될 수 있다.

따라서 본 실시예에 따르면, 난류 현상으로 인해 기액 혼합 유체(GL)의 흐름의 일부가 가스(G)와 리퀴드(L)로 상 분리된 상태에서, 압력차이로 인해 파형판(200)의 후면 측으로 유도된 기액 혼합 유체(GL)의 가스(G)와 리퀴드(L)는 밀도 차이를 통해 선별적으로 분리될 수 있다. 즉, 상대적으로 밀도가 낮은 가스(G)는 기액 혼합 유체(GL)로부터 분리되어 상측으로 이동할 것이고, 상대적으로 밀도가 높은 리퀴드(L)는 기액 혼합 유체(GL)로부터 분리되어 액적 포집부(300)를 통해 하측으로 이동이 유도될 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 상 분리 장치에서 액적 포집부(300)를 도시한 분해사시도이다.

액적 포집부(300)는 기액 혼합 유체(GL)로부터 분리된 물질(G, L) 중 적어도 일부(즉, 리퀴드(L))를 선별적으로 포집하여 상기 리퀴드(L)의 밀도를 높임으로써 액상으로 만드는 장치이다. 일반적으로, 기액 혼합 유체(GL)로부터 분리된 리퀴드(L)는 입자가 매우 미세한 미스트(mist) 형태를 가질 수 있다. 이러한 미스트 형태의 리퀴드(L)는 밀도가 매우 낮아 기액 혼합 유체(GL)로부터 분리된 가스(G)와 다시 혼합되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해, 본 실시예에 따른 액적 포집부(300)는 기액 혼합 유체(GL)로부터 분리된 리퀴드(L)의 밀도를 키움으로써 분리된 리퀴드(L)가 가스(G)와 다시 혼합되어 이동하는 것을 최소화할 수 있다.

도 5를 참조하면, 액적 포집부(300)는 다수의 공극을 포함하는 공극부(320)를 포함하며, 내부에 상기 공극부(320)가 결합될 수 있도록 칼럼 몸체(310)를 더 포함할 수 있다.

칼럼 몸체(310)는 파형판(200)의 길이를 따라 상하로 연장된 칼럼 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 칼럼 몸체(310)는 외부에 다수의 유공이 형성된 그물망 구조일 수 있다. 칼럼 몸체(310)의 내부에는 공극부(320)가 수용될 수 있도록 공간부가 형성될 수 있다.

공극부(320)는 다수의 공극을 갖는 구성으로 도 5에 도시된 바와 같이 칼럼 몸체(310)의 공간부 내에 삽입되어 결합될 수 있다. 공극부(320)에는 다수의 공극이 형성될 수 있고, 상기 공극들은 서로가 유체 이동 가능되도록 연결되어 상기 공극에 포집된 액적을 하방향으로 유동시킬 수 있다. 이러한 공극부(320)로는 예를 들어 수세미와 같이 다수의 공극을 형성하는 재질이 이용될 수 있다. 이러한 공극부(320)는 대기 중에 유동하는 미스트 형태의 리퀴드(L)를 포집하여 액적과 같은 액상 형태로 만드는데 유리한 효과가 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 상 분리 장치는, 상술한 파형판(200) 및 액적 포집부(300)를 통해서, 기액 분리 탱크(100)내로 유입되는 기액 혼합 유체(GL)로부터 가스(G)와 리퀴드(L)를 선별적으로 상 분리시킴으로써 기액 혼합 유체의 상 분리 효율을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 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.

GL: 기액 혼합 유체 G: 가스
L: 리퀴드 1: 제1 라인
2: 제2 라인 3: 제3 라인
4: 제4 라인 10: 제1 유로
20: 제2 유로 1000: 상 분리 장치
100: 기액 분리 탱크 110: 유입관
200: 파형판 300: 액적 포집부
310: 칼럼 몸체 320: 공극부

Claims (4)

1. 기액분리탱크의 유입관 내에 서로 이격 배치되어 그 사이로 기액 혼합 유체를 통과시키는 복수 개의 파형판; 및
   상기 복수 개의 파형판 각각의 후면에 배치되어, 상기 기액 혼합 유체의 일부를 포집하여 액상을 분리하는 액적 포집부를 포함하는 상 분리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 파형판 중 적어도 두 개 이상은 그 사이에 제1 유로가 형성되도록 일렬로 배열되어 제1 라인을 형성하고,
   상기 복수 개의 파형판 중 다른 두 개 이상은 그 사이에 제2 유로가 형성되도록 일렬로 배열되어 상기 제1 라인과 평행한 제2 라인을 형성하되,
   상기 제1 유로를 통과한 상기 기액 혼합 유체가 상기 제2 라인을 형성하는 파형판에 충돌한 후 상기 제2 유로를 통과하도록, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 어긋나게 배치하는 상 분리 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 유로와 상기 제2 유로는 각각의 사이를 통과하는 상기 기액 혼합 유체로 인해 양압(positive pressure) 환경을 형성하고,
   상기 파형판의 후면은 내측으로 함몰된 구조를 가짐으로써 음압(negative pressure) 환경을 형성하는 상 분리 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 액적 포집부는,
   그물망 구조를 갖는 칼럼 몸체; 및
   상기 칼럼 몸체에 결합되는 공극부를 포함하는 상 분리 장치.

Images