KR890005260B1 - 다른 밀도 유체의 해양 분리 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다른 밀도 유체의 해양 분리 장치

제1도는 본 발명을 실시할 해상 구조물상에 장착될 수평 분리 장치 용기의 단면도.

제2도는 한쪽으로 기울어졌을때의 제1도의 분리 장치의 개략적인 단면도.

제3도는 제2도의 분리 장치가 다른쪽으로 기울어졌을때의 단면도.

제4도는 용기의 중앙에 분리될 유체 혼합물을 받아들이는 수평 분리 장치 용기의 단면도.

제5도는 한쪽으로 기울어졌을때의 제4도의 분리 장치의 단면도.

제6도는 제5도의 분리 장치가 다른쪽으로 기울어졌을때의 단면도.

제7도는 양 단부에서 용기에 들어가도록 분리될 유체가 분리될때의 본 발명을 실시할 수평 분리 장치 용기의 단면도.

제8도는 한쪽으로 기울어졌을때의 제7도의 수평 분리 장치 용기의 단면도.

제9도는 제8도의 분리 장치가 다른쪽으로 기울어졌을때의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 20, 40 : 용기 3, 21, 41, 42 : 입구

4, 5, 6, 33, 34, 36, 37, 53, 54 : 출구 7, 22, 43 : 테이블 또는 배플

9 : 수직관 15, 16 : 도관

본 발명은 해양 운동이 일어날때 서로 다른 밀도를 갖는 유체의 분리 장치에 관한 것이다. 보다 상세히 설명하면, 해양 운동이 일어날때 기름과 가스웰 유체의 분리 장치에 관한 것이다.

탄화수소와 물의 혼합물의 탐사와 제조는 보다 깊은 물속에서 수행됨에 따라 해저의 굴착 및 이에 정박된 제조 플랫폼에 도달하는 것은 거의 극한 상황에 도달하고 있다. 본원은 심해에서, 모두 6개의 해양 운동이 가해질 부유 구조물상에 장착될 플렛품을 제시하고자 한다.

웰 스트림(Well Stream) 성분의 분리는 부유 구조물상에 장착된 용기안에서 수행되어야하므로, 해양 운동의 분열력을 받는다. 이러한 웰 스트림 유체를 분리하는데 사용하는 모든 종래의 용기는 이러한 해양 환경을 고려하여 연구되어 왔다.

본 발명이 기름과 가스 웰에 관한 실사용력이 적을지라도 밀도가 다른 유체의 혼합물에 관하여 사용되어질 수 있다. 본 기술 분야에서 탄화수소 유체가 모든 다른 밀도의 유체 혼합물을 대표한다는 것을 명심하여야 한다.

플랫폼 및 선박-장착 처리 장비는 여러 크기의 해양 운동하에서 적절한 기능을 가져야만 한다. 바다에서 폭풍의 최악의 상태는 단지 30분후에 종료되지만, (가스라인으로부터 오일의 누출과 같은) 처리 불능상태가 발생된다면 전체 시설의 작업을 중단시켜야 한다. 복잡한 시설의 재 시동은 8시간 정도를 필요로 하며, 이는 생산 및 수입의 손실을 발생하게 한다. 처리 용기는 무게 및 해변의 공간 때문에 적어야만 하고, 그럼에도 불구하고 바다에서 간간히 발생되는 폭풍시에도 기능을 수행하여야만 한다. 이러한 제한에 대한 어려움의 해결책은 용기 내부의 설계에 달려 있다.

1978년 2월 14일자 릴리 이 로우리에게 허여된 미합중국 특허 제4,073,734호에는 해저 유정으로부터의 기름과 물, 가스의 효과적인 분리에 대하여 설명되어 있다. 이러한 구조는 두개의 상의 분리에는 효과적이지만, 해양 운동력이 가해질 세개의 상의 분리를 위해서는 부가적인 구조물을 필요로 한다. 차이점을 이해하기 위하여 상기 특허를 본원에 참고로 인용한다.

특히, 상기 특허에는 수평 연장된 선박의 전 길이로 연장된 수평 테이블 또는 배플이 마련되어 있다. 수평 테이블 또는 배풀의 높이는 분리 장치안의 기름과 물층 사이의 경계면상에 위치한다. 약간의 기름을 갖는 물은 중앙 위치한 웰을 통해 배플 아래의 그중 하나는 분리 장치의 각 반부안에 위치한 두 격실로 유입된다. 물은 각 격실안으로 연장된 웰벽안의 구멍을 통해 두 격실로 유입된다. 두 격실로 유입된 기름은 배플을 관통하는 수직 파이프를 통해 수평 배플 위의 기름 덩어리로 귀환한다. 물론 분리 장치의각 단부에 가까이 위치한 두 출구를 통해 용기를 빠져 나간다. 기름은 입구로부터 분리 장치의 먼쪽 단부에 그리고 수평 배플위에 위치한 수직 위어(weir)위로 흘러간 연후에 용기로 부터 제거된다.

상기 미합중국 특허와 또 다른 사실과 경험의 축적과 함께 이를 보다 연구하여 더 개선할 수 있다. 수평 튜브안의 중앙 웰의 내외측에서의 액체의 흔들림은 기름과 물의 중력 분리 고정을 방해한다. 배플 아래의 유체 내장 격실의 보다 나은 고립을 유지시키도록 부가적인 구조물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 특허의 문제점 또는 제한을 제거할 수 있는 분리 장치안의 변형된 구조의 구조물을 사용한다. 상기 특허에서는 충분히 고려하지 않은 중요한 인자가 거품의 감소 또는 감퇴의 주 문제점이다.

본 발명은 액체 덩어리들 사이의 안정된 경계면을 유지하여 플랫폼 상에 장착된 수평 분리장치 용기의 하부 체적부안에 분리된 액체 덩어리를 지지 또는 내장하도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명은 해양 운동시에 그 중력 분리의 효과를 최대화하고 액체의 속도 및 운동량을 감소시키도록 수평 분리 용기의 액체 내장 격실안에 기름-물 경계면을 제공하도록 구성되어 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점, 특징은 하기 설명과 청구범위 그리고 첨부된 도면을 참조하면 본 분야에 숙달된 자들에게 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

본원에서 "유체"라는 용어는 액체와 가스상 모두를 포함하는 것으로 사용되고 있다. 기름도 유체이고, 물도 유체이므로, 이 모두는 액체로써 설명한다. 거품은 보다 정확하게는 기름안의 가스 거품의 조합물로써 정의되어지지만 액체로써 설명한다.

본원에서 "혼합물"이란 용어를 사용할때, 이는 많은 양의 기름과 물, 가스, 그리고 거품의 조합으로 사용된다. 기름과 물 그리고 가스는 본원에서 제시한 시스템에 의해 분리된 최종 생성물일 것이다.

기포 수위(spirit level)는 중력에 의해 경계면을 수평으로 유지하려고 한다. 유체 표면은 일정한 수평평면이다. 표준지표 기준 간격을 갖는 선박에 있어서 기포 수위는 자유롭게 이동된다. 만일, 이러한 용기를 선박상에 위치시키면, 합성 일정 기포 수준 이동은 용기의 전체 내용물을 통상적으로 15초 주기로 전후 운동시킨다. 이는 분리를 감퇴시키는 많은 양의 난류를 발생시킨다. 또한, 경계면의 큰 수직 행정은 출구 노즐 가까이로 유체를 위험스럽게 접근하도록 한다.

기포 수위를 감쇄시키기에 충분한만큼 제한할 수 있는(다공판과 같은) 내부 구조물은 높은 속도를 발생 시켜서 분리된 유체를 혼합시킬 것이다. "기포 수위를 감쇄시키는 단 한가지 방법은 유체 패킹에 의한 것이다. 이는 두 유체중 어느 하나가 매우 적은 양으로 존재하거나 없는 격실을 마련하는 것을 의미한다. 물로써 완전히 충전된 병을 물안에 난류 와류의 발생없이 어느정도 진동 또는 가속시킬 수 있다. 처리 용기 유체-내장 격실은 연속적으로 유입, 유출되어야만 한다. 본 발명은 고분해 유체 패킹(high resolution fluid packing)과 무제한 처리 유체 통로를 제공한다.

본 발명에 도시된 구조는 원통형의 수직 연장된 용기안에 장착된다. 혼합물은 분리 장치 용기안으로 수용되고 본원에서는 테이블 또는 베풀로써 설명한 평면의 수평 연장판을 포함하는 배플들에 의해 조절된다. 격실은 배플 아래에 용기의 하부 부분안에 형성된다. 배플로부터 용기의 바닥까지 연장된 수직판에 의해 하나 또는 두개의 웰을 형성한다.

제1도, 제4도 및 제7도 각각에는 수평연장 원통형 용기안의 본 발명의 구조물이 도시되어 있다. 각 용기는 기름과 가스의 유용한 생성물을 포함한 여러 비율의 기름, 물, 거품 및 가스로 구성된 하나 또는 그 이상의 웰 스트림(well stream)을 받아들인다. 각 용기는 해면에 부유되어 있는 플랫폼이나 선박상에 장착되어 있다. 플랫폼 또는 선박안에 주어진 해양 운동은 그 상에 장착된 분리 장치에 전달된다. 6개의 모든 해양 운동을 해석하지는 않는다. 설명을 목적으로, 주 운동으로서 제2도, 제3도, 제5도, 제6도, 제8도, 제9도에서는 단지 피치 운동만을 고려하고 있다. 본 발명을 완전히 이해할 수 있도록 피치 운동만을 설명한다.

각 수평 연장 분리장치 용기안에는 용기의 축에 평행하게 연장되어 수평 배플이 장착되어 있다. 격실은 용기의 하부벽과 하나 또는 그 이상의 수직판이 용기의 내부면과 배플의 하부면 사이로 연장되어 배플 아래에 형성된다. 수직판과 분리 장치의 단부 사이의 체적부는 웰을 형성하고, 수직판을 통하여 장착된 하나 또는 그 이상의 역지 밸브를 통해 격실과 연통된다. 격실과, 일방 밸브 또는 역지 밸브, 그리고 웰은 본 발명의 필수 요소로 도시되어 있다.

제1도에는 수평연장 원통형 용기(1)가 도시되어 있다. 유용한 기름 웰 생성물은 입구(3)의 수단에 의해 단부(2)로 유입된다. 생성물의 가스, 기름 및 물은 분리되고 용기(1)로부터 각각 제거된다. 가스는 출구(4)를 통해 용기의 중앙으로 빠져나가고, 분리된 기름은 출구(5)를 통해 용기(1)를 빠져나가며, 물은 출구(6)를 통해 제거된다.

본 발명을 도시한 구조물은 많은 양의 거품을 포함할 수도 또는 포함하지 않는 기름 웰 생성물을 받아 들인다. 용기안으로 유입된 생성물의 액체 부분은 거의 평평한 수평 테이블 또는 배플(7)의 상부면에 가라 않는다. 그러면 액체는 용기의 한 단부상의 웰(8)안으로 유입된다. 물론 실제적으로는 액체를 수용하도록 용기의 각 단부에 웰을 마련하여, 어떠한 경우이건 수직판(9)은 배플(7) 아래에 격실(10)을 형성하며 또는 용기 쉘과 함께 웰(8)을 형성한다. 웰과 격실은 역지 밸브(11, 12)에 의해 수직판(9)안의 구멍을 통해 연결된다. 용기벽을 통해 추구(6)는 격실(10)로부터 물을 제거한다. 기름은 출구(5)를 통해 격실(10)로부터 제거되고, 가스는 출구(4)를 통해 용기(1)의 상부에서 제거된다. 역지밸브(11, 12)는 웰(8)로부터 격실(10)로의 통로를 형성한다. 두 밸브는 수직으로 위치하고, 웰(8)안에서 두 상이 분리되는 경우에 상부밸브(11)는 기름을 격실(10)로 유입되도록 하고 하부밸브(12)는 물을 격실로 유입되도록 하는 높이에 각각 위치한다. 양 밸브는, 밸브들이 웰(8)로부터 격실(10)로의 액체의 유동이 이루어지도록 하지만 액체가 격실로부터 웰로 귀환되지 않도록 하므로, 역지 밸브로써 호칭한다. 따라서, 격실(10)은 항상 액체가 모여 있다. 또한, 복수개의 밸브는 격실(10)로 유입되는 액체의 필요한 유동 형상을 제공할 수도 있다.

기름과 물은 경계면(14)을 형성하고, 출구(5, 6)를 통해 개별적으로 액체가 배출된다. 이러한 출구는 용기의 피치가 격실안의 경계면상에 최소 난류가 이루어지는 격실(10)안의 지점에 위치한다. 격실(10)안의 액체로부터 방출된 어떠한 가스도 출구(4)를 통해 제거되도록 도관(15, 16)중 하나 또는 모두를 통해 배출될 것이다. 입구(3)를 통한 용기로의 웰 스트림의 유입에 의하면, 가스 입구(4)로 이송될 수 있는 웰 스트림으로 부터의 거품(17)의 양은 변화될 것이다.

제1도에 도시된 바와같이, 기름과 물은 배플(7)의 상부면 위로 흐른다. 배플(7)의 평면 위에서의 이러한 이동은 어느정도 거품을 감소시킬 것이다. 배플(7)은 기름-거품 경계면의 기포 수위를 조절하도록 기름-거품 경계면에 위치한다. 배플 아래의 적은 가스층은 최소량으로 유체 이동 및 난류 그리고 수직 경계면 유동을 일으킨다. 격실(10)안의 기름 및 물층은 제2도에서 용기의 우측으로 또는 제3도에서 용기의 좌측으로 유동시킬 수 있는 방법이 없다. 격실(10)안의 기름 및 물층은 거품을 상승시키거나 제거시킬 수 없다. 거품-가스 경계면은 격실(10)안의 기름과 물의 고립에 의해 상대적으로 고정되게 된다. 격실안에서의 유체 운동은 격실 외측으로 유체를 이동시킬 수 없다. 건조 거품은 통상적으로 15초 주기의 해양 운동에 대하여 그 자체 중력에 의해 천천히 유동된다. 따라서, 거품층(17)은 빨리 진정 및 쇠퇴한다.

제2도 및 제3도에는 피치 운동의 양 피크에서의 용기(1)가 도시되어 있다. 액체의 수위는 피치 조건하에서 어떻게 액체가 분리되고 용기로부터 제거되는지를 설명하기 위하여 도시되어 있다.

제4도 내지 제6도는 본 발명을 도시한 것으로 제1도 내지 제3도와 어느정도 중복되어 있다. 용기(20)는 분리를 필요로 하는 유체 혼합물의 중앙 입구(21)를 가지고 있다. 배플 또는 배플(22)은 분리되는 액체의 경계면에 대한 기대 높이에서 수평으로 연장된다. 웰(23, 24)은 용기의 각 단부에 형성되고, 액체는 배플로부터 양 웰안으로 중력에 의해 이동된다. 수직 배플(25, 26)은 역지 밸브(27, 28, 29, 30)를 갖고 있어서, 양 웰로부터의 액체가 격실(31)안으로 유입될 수 있으며 격실로터 웰안으로 유체가 귀환되는 것을 방지한다. 입구(12)는 유체 혼합물을 배플(22)의 상부면상에 하향 유동시키고, 액체는 주직 배플(32)에 의해 균등하게 분할되고 가까운 입구(21)로부터 배플로 연장되어 각 웰안으로 유동될 것이다. 배플(32)은 배플에 균동하게 유입 유체를 분할할 뿐만 아니라 분리장치 용기의 피치 운동시에 배플의 상부상의 유체의 유동을 감쇄하도록 하는 기능을 한다. 혼합물로부터 발생된 어떠한 가스도 출구(33, 34)를 통해 용기(20)로부터 빠져나올 것이다. 또한 격실(31)안의 기름과 물 사이의 경계면(35)은 피치시에 비교적 안정적으로 남게될 것이다. 적어도 경계면은 피치시에 기름 출구(36)가 항상 상부 액체 덩어리로부터 기름을 제거하고 출구(37)가 격실안의 상부 액체 덩어리로부터 물을 제거할 수 있도록 충분히 안정될 것이다. 두 기름 및 물 출구는 격실로부터 기름과 물을 제거할 수 있도록 용기 길이의 중앙 가까이에 위치한다. 수직 배플(25, 26)안의 역지 밸브(27, 28, 29, 30)는 실안으로 유동되지만 실밖으로는 유동되지 않도록 한다. 이러한 형상에 있어서, 유체는 약간의 가스가 빠지는 배플(22)의 상부로 동시에 유입되어 가스와 거품이 유체와 함께 격실(31)로 이송되는 것을 방지한다.

제5도 및 제6도에서 액체 수위는 격실(31)이 어떻게 액체를 받아들이고 웰로의 귀환을 방지하는가 하는 것을 도시하고 있다. 이러한 구조는 또한 해양 운동시에 최종의 보다 높은 순도로 분리가 이루어질 수 있도록 경계면의 안정성을 얻을 수 있는 본원을 설명하고 있다.

제7도에서, 용기(40)는 분리될 유체 혼합물을 받아들이도록 두 입구(41, 42)를 가지고 있다. 이는 용기의 각 단부에 하나씩 위치한 두 입구를 사용하는 상태를 도시한 것이다. 테이블 또는 배플(43)은 두 입구로부터 혼합물을 받아들이고, 웰(44, 45)은 제4도와 같이 수직판(46, 47)에 의해 용기의 각 단부에 형성된다. 액체 혼합물은 각 웰로부터 수직판을 통해 배플 아래의 격실(48)로 유입된다. 역지 밸브(49, 50, 51, 52)는 각 웰로부터 격실(48)로의 혼합물의 일방향 유동을 제어한다. 출구(53, 54)를 통한 제거 지점은 제1도 및 제4도와 같이 용기 길이의 중앙 가까이에 위치한다.

제8도 및 제9도에서 액체 수위는 격실(48)이 어떻게 액체를 받아들이고 웰안으로의 액체의 귀환을 방지하는가를 도시하고 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 구조를 예시하고 있으며, 이러한 구조는 제1도 및 제4도와 일치한다.

상기로부터 본 발명은 본 발명을 명확히 하고 그 고유의 다른 장점과 함께 상기에서 언급한 모든 목적 및 목표를 얻을 수 있는 것임을 알 수 있을 것이다.

이러한 특징과 부속 결합물을 유용한 것이고 다른 특징 및 그 부속 결합물에 의하지 않고도 사용할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이는 본 발명의 영역에 의해 예측될 수 있는 것이고 본 발명의 영역에 속하는 것이다.

본 발명의 영역을 벗어남이 없이 본 발명에 의한 많은 가능한 실시예가 만들어질 수 있으므로, 상기에 설명되고 첨부된 도면에서 도시한 모든 사실은 하나의 예식적인 것이고 본 발명을 제한하는 것은 아님을 알 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 수평으로 연장되고 다른 밀도의 다수의 유체를 수용하는 입구를 갖는 원통형 분리장치 용기(1)와, 배플에 밀봉되고 용기의 바닥까지 하향 연장된 수직판(9)에 이해 용기의 한 단부에 형성된 웰(8)까지 입구로부터 유체를 수용하고 분산시키도록 용기축에 평행하게 용기의 주 길이에 걸쳐 연장되어 일체로 장착된 평면의 수평 테이블/배플(7)과, 보다 낮은 밀도의 유체를 위한 배플 위의 용기벽을 통한 출구(4)를 포함하는, 해양 운동이 가해지고 다른 밀도의 다수의 유체의 분리 시스템에 있어서, 배플과 수직판의 하부와 용기의 하부벽 사이에 형성된 액체 패킹 격실(10)과, 웰로부터 격실로 하나 이상의 유체의 일방 유동을 허용하도록 웰과 격실 사이의 수직판을 통해 장착된 하나 이상의 역지 밸브(11 또는 12)와, 격실로부터 낮은 밀도의 유체를 제거하도록 배플 위의 영역에 격실을 연통시키는 배플을 통과하는 출구도관(15, 16)과, 높은 밀도의 분리된 유체용의 격실 중앙 가까이의 격실로부터의 출구(5, 6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 시스템.
2. 제1항에 있어서, 다른 밀도의 유체들이 기름과 물, 가스, 거품인 것을 특징으로 하는 분리 시스템.
3. 수평으로 연장되고 다른 밀도의 다수의 유체를 수용하는 중앙 입구(21)를 갖는 원통형 분리장치 용기(20)와, 입구로부터 유체를 수용하고 분산시키도록 용기 축에 평행하게 용기의 각 단부로부터 미리 설정된 거리만큼 연장되어 일체로 장착된 평면의 수평 테이블/배플(22)과, 최소 밀도의 유체를 위한 배플 위의 그리고 용기의 벽을 통하는 하나이상의 출구를 포함하는, 해양 운동이 가해지고 다른 밀도의 다수의 유체 분리 시스템에 있어서, 배플에 밀봉되고 용기의 바닥까지 연장된 수직판에 의해 용기의 각 단부에 형성된 웰(23, 24)과, 배플 수직판(25, 26)의 하부와 용기의 하부벽 사이에 형성된 격실(31)과 각 웰로부터 격실로 하나이상의 유체의 일방 유동을 허용하도록 각 웰과 격실 사이의 각 수직판을 통해 장착된 하나이상의 역지 밸브(27, 28, 29, 30)와, 높은 밀도의 분리된 유체용의 용기 길이의 중앙 가까이의 격실로부터의 출구(36, 37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 시스템.
4. 제3항에 있어서, 해양 운동시에 배플상의 유체에 대한 감쇄 장치로써의 기능을 하고 입구를 통해 유입되는 유체를 분할하도록 입구로부터 연장된 수직 배플(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 시스템.
5. 제3항에 있어서, 다른 밀도의 유체들이 기름과 물, 가스, 거품인 것을 특징으로 하는 분리 시스템.
6. 수평으로 연장되고 다른 밀도의 다수의 유체를 수용하도록 각 단부에 입구(41, 42)를 구비한 원통형 분리 용기와, 입구로부터 유체를 수용하고 분산 시키도록 용기측에 평행하게 용기의 각 단부로부터 미리 설정된 거리만큼 연장되어 일체로 장착된 평면의 수평 테이블/배플(43)을 포함하는, 해양 운동이 가해지고 다른 밀도의 다수의 유체의 분리 시스템에 있어서, 배플에 밀봉되고 용기의 바닥까지 하향 연장된 수직판에 의해 용기의 각 단부에 형성된 웰(44, 45)과 배플 및 수직판의 하부면과 용기의 하부벽 사이에 형성된 격실(48)과, 각 웰로부터 격실로 하나 이상의 유체의 일방 유동을 허용하도록 각 웰과 격실 사이의 각 수직관을 통해 장착된 역지밸브(49, 50, 51, 52)와, 높은 밀도의 분리된 유체의 용기 길이의 중앙 가까이의 격실로부터의 출구(53, 54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 시스템.
7. 제6항에 있어서, 다른 밀도의 유체들이 기름과 물, 가스 거품인 것을 특징으로 하는 분리 시스템.

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