NL1012245C2

NL1012245C2 - Inrichting en werkwijze voor het verwerken van een mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof.

Info

Publication number: NL1012245C2
Application number: NL1012245A
Authority: NL
Inventors: Rombout Adriaan Swanborn
Original assignee: Spark Technologies And Innovat; Koch Glitsch N V
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2000-12-06
Also published as: NO20015925L; AU2003244046A1; WO2000074815A2; AU761007B2; NO20015925D0; WO2000074815A3; EP1187667A2; US6702877B1; AU5431300A; DE20023079U1

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET VERWERKEN VAN EEN MENGSEL VAN GAS MET VLOEISTOF ΕΝ/OF VASTE STOF

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het verwerken van een mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof.

Bekend zijn zwaartekrachtscheidingsvaten, ook 5 wel twee- of driefasenscheiders genoemd voor het scheiden van mengsels van respectievelijk gas met een vloeistof of gas met een lichte en een zware vloeistof. Als gevolg van de werking van de zwaartekracht wordt het gas bovenin het zwaartekrachtscheidingsvat verzameld, terwijl de vloei-10 stof onderin het vat wordt verzameld, waarbij de lichte vloeistof op de zware vloeistof blijft drijven. Hierdoor wordt de mogelijkheid verschaft om het mengsel te scheiden .

Tevens is een inrichting bekend die is opge-15 bouwd uit een zwaartekrachtscheidingsvat waarin een of meer inlaatappparaten zijn aangebracht. Met dergelijke inlaatapparaten is een voorbewerking op het toegevoerde mengsel uit te voeren alvorens het mengsel op boven beschreven wijze te scheiden. Dergelijke inlaatapparaten 20 hebben als belangrijkste functies het reduceren van de impuls van de inlaatstroom zodat de mate van scheiding binnen het zwaartekrachtscheidingsvat gemaximaliseerd kan worden, het verhinderen van het uiteenspatten van vloeistof waardoor kleine vloeistofdruppels zouden kunnen 25 ontstaan die het scheidingsproces bemoeilijken, en het verhinderen van het zogenaamde "foaming" oftewel het optreden van schuim.

Deze inlaatapparaten kennen echter een aantal bezwaren. Een eerste bezwaar is dat aangezien de vloei-30 stoffen en de gassen uit verschillende uitlaten uitgevoerd worden, beide uitlaten verschillende drukvallen kunnen hebben, met het resultaat dat gas uit de vloeistof 101 2245 2 uitlaat en/of vloeistof uit de gasuitlaat kan stromen.

Een tweede probleem is dat door toename van de hoeveelheid vloeistof in het inlaatapparaat de uitvoer van gas verhinderd kan worden.

5 Het doel van de onderhavige uitvinding is een inrichting en werkwijze te verschaffen waarbij bovengenoemde bezwaren zijn ondervangen en waarbij het vloeistofniveau zich op een geschikte hoogte in het inlaatapparaat (verwerkingsvat) bevindt.

10 Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt een inrichting verschaft voor het scheiden van een mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof, omvattende : - een zwaartekrachtscheidingsvat dat voorzien 15 is van een inlaat voor de toevoer van het mengsel; - een in het zwaartekrachtscheidingsvat beves-tigbaar en op de inlaat aansluitbaar verwerkingsvat dat een eerste en tweede uitlaatopening omvat voor de afvoer van respectievelijk een eerste mengseldeel en een tweede 20 mengseldeel naar een ruimte van het zwaartekrachtscheidingsvat voor verdere scheiding van het tweede mengseldeel ; - een in hoofdzaak concentrisch in het verwerkingsvat aangebracht stomingslichaam voorzien van een of 25 meer draaielementen voor het in draaiende beweging brengen van het toegevoerde mengsel ; - een in hoofdzaak door het inwendige van het stromingslichaam aangebracht en zich vanaf de stroomafwaartse zijde van het stromingslichaam tot de eerste 3 0 uitlaatopening uitstrekkend afvoerkanaal voor het naar de eerste uitlaatopening afvoeren van het eerste mengseldeel ; - een tussen de tweede uitlaatopening en het stromingslichaam aangebracht weerstandselement met een 35 vooraf bepaalde stromingsweerstand. Door het aangevoerde mengsel in rotatie te brengen is in het verwerkingsvat een drukverandering realiseerbaar waarmee het drukeven-wicht in het verwerkingsvat vooraf regelbaar is.

101224 5 3

Op zich is uit de Europese octrooiaanvrage EU 0436973 A2 een inrichting bekend waarbij een toegevoerd mengsel van gas met vloeistof en/of gas met vaste stof in een vat in draaiing wordt gebracht door een draaielement 5 (swirl element) welke draaiing centrifugaalkrachten in het mengsel opwekt waardoor een eerste mengseldeel hoofdzakelijk bestaande uit vloeistof of vaste stof tegen de wand van het verwerkingsvat wordt gedrukt, terwijl een tweede mengseldeel hoofdzakelijk bestaande uit gas naar 10 het midden van het verwerkingsvat beweegt. Het tweede mengseldeel wordt bij de bekende inrichting afgevoerd via een afvoerpijp bovenin het vat, terwijl het tweede mengseldeel via een afvoerpijp onderin het vat wordt afgevoerd. De bekende inrichting is echter van een geheel 15 ander type en is niet geschikt voor het uitvoeren van een voorbehandeling in een zwaartekrachtscheidingsvat waarin de eenmaal afgevoerde mengseldelen in open verbinding in (een ruimte van) het zwaartekrachtsscheidingsvat blijven ten behoeve van een verdere behandeling.

2 0 Volgens een voorkeursuitvoering omvat de in richting een of meer in het afvoerkanaal aangebrachte eerste contra-draaielementen voor het verminderen van de draaiende beweging van het eerste mengseldeel, stroomafwaarts waarvan de eerste uitlaatopening is aangebracht.

25 Door in het afvoerkanaal een contra-draaielement aan te brengen voor het verminderen van de draaiende beweging van het eerste mengseldeel wordt de drukval over het afvoerkanaal verminderd waardoor de afvoer van het eerste mengseldeel door het afvoerkanaal wordt verbeterd. Boven-30 dien wordt vermeden dat het eerste mengseldeel door het tweede mengseldeel wordt meegenomen en door de tweede uitlaatopening naar buiten treedt.

Volgens een verdere voorkeursuitvoering omvat het weerstandselement een of meer tweede contra-draaiele-35 menten omvat voor het verminderen van de draaiende beweging van het tweede mengseldeel. Met het tweede contra-draaielement is het drukevenwicht, en daarmee de hoogte 1012245 4 van het tweede mengseldeel (vloeistof) in het verwer-kingsvat, nader in te stellen.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een inrichting verschaft voor het scheiden van een 5 mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof, omvattende : - een zwaartekrachtscheidingsvat dat voorzien is van een inlaat voor de toevoer van het mengsel; - een in het zwaartekrachtscheidingsvat beves-10 tigbaar en op de inlaat aansluitbaar verwerkingsvat dat een eerste en tweede uitlaatopening omvat voor de afvoer van respectievelijk een eerste mengseldeel en een tweede mengseldeel naar een ruimte van het zwaartekrachtscheidingsvat voor verdere scheiding van het tweede mengsel-15 deel; - een in de langsrichting van het verwerkingsvat aangebracht stromingslichaam; - een in hoofdzaak door het inwendige van het stromingslichaam aangebracht en zich vanaf de stroomaf- 20 waartse zijde van het stromingslichaam tot de eerste uitlaatopening uitstrekkend afvoerkanaal voor het afvoeren van het eerste mengseldeel; - een tussen de tweede uitlaatopening en het stromingslichaam aangebracht weerstandselement met een 25 vooraf bepaalde stromingsweerstand, waarbij het weerstandselement een of meer contra-draaielementen omvat.

Met behulp van een op dergelijke wijze uitgevoerd weerstandselement kan door een juiste plaatsing en dimensio-nering van de platen en de oriëntatie daarvan ten op-30 zichte van elkaar de druk in het verwerkingsvat vooraf op een onder de gebruiksomstandigheden geschikte waarde ingesteld worden.

Bij voorkeur omvat de inrichting een of meer in het afvoerkanaal aangebrachte eerste contra-draaielemen-35 ten voor het verminderen van de draaiende beweging van het eerste mengseldeel, stroomafwaarts waarvan de eerste uitlaatopening is aangebracht.

101224S

5

Volgens nog een ander aspect van de uitvinding wordt een inrichting verschaft voor het scheiden van een mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof, omvattende : 5 - een zwaartekrachtscheidingsvat dat voorzien is van een inlaat voor de toevoer van het mengsel; - een in het zwaartekrachtscheidingsvat beves-tigbaar en op de inlaat aansluitbaar verwerkingsvat dat een eerste en tweede uitlaatopening omvat voor de afvoer 10 van respectievelijk een eerste mengseldeel en een tweede mengseldeel naar een ruimte van het zwaartekrachtscheidingsvat voor verdere scheiding van het tweede mengseldeel ; - een in de langsrichting van het verwerkings-15 vat aangebracht stromingslichaam; - een in hoofdzaak door het inwendige van het stromingslichaam aangebracht en zich vanaf de stroomafwaartse zijde van het stromingslichaam tot de eerste uitlaatopening uitstrekkend afvoerkanaal voor het afvoe- 20 ren van het eerste mengseldeel; - een of meer in het afvoerkanaal aangebrachte eerste contra-draaielementen voor het verminderen van de draaiende beweging van het eerste mengseldeel, stroomafwaarts waarvan de eerste uitlaatopening is aangebracht.

25 - een tussen de tweede uitlaatopening en het stromingslichaam aangebracht weerstandselement met een vooraf bepaalde stromingsweerstand.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat een draaielement een of meer bij voorkeur gekromde wervelbla-3 0 den, waarbij de wervelbladen gevormd zijn voor het in draaiende beweging brengen of het althans vergroten van de draaiende beweging van het daarlangs stromende mengsel of mengseldeel, terwijl een contra-element bij voorkeur een of meer bij voorkeur gekromde wervelbladen omvat, 3 5 waarbij de wervelbladen gevormd zijn voor het verminderen van de draaiende beweging van het daarlangs stromende mengsel of mengseldeel. Door een juiste keuze van de kromming kan de draaisnelheid van het daarlangs stromende !i 0 ii 4^ (j 6 mengsel en daarmee de drukval over het draaielement aangepast worden.

Opgemerkt wordt dat deze kromming kan variëren. Wanneer bijvoorbeeld de kromming van een wervelblad in 5 stromingsrichting toeneemt dan zal het daarlangs stromende mengsel een steeds sneller draaiende beweging ondervinden. Omgekeerd ondervindt een langs een wervelblad met afnemende kromming stromend mengsel een steeds langzamere draaibeweging.

10 Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat het verwerkingsvat een binnenmantel in stromingsrichting een konisch verlopend deel omvat, teneinde een gelijkmatige stroming van het eerste mengseldeel langs de binnenmantel te verkrijgen.

15 Volgens een verdere voorkeursuitvoering zijn de onderdelen van het verwerkingsvat zodanig uitgevoerd dat deze door een mangat in het zwaartekrachtscheidingsvat aan te voeren zijn. Hierbij bedraagt de grootste afmeting van een onderdeel maximaal 150 cm. Door het verwerkings-20 vat uit dergelijke relatief kleine componenten op te bouwen is het mogelijk om het verwerkingsvat in reeds bestaande zwaartekrachtscheiders aan te brengen.

Volgens een verder aspect van de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het ontwer-25 pen van een scheidingsvat voor het in een lichte en zware fractie scheiden van een mengsel, waarbij het verwerkingsvat omvat een inlaat voor het mengsel, een eerste uitlaat voor de lichte fractie en een tweede uitlaat voor de zware fractie, alsmede rotatiemiddelen voor het in 30 rotatie brengen van het mengsel, waarbij bij de inlaat aangebrachte draaielementen en/of bij de eerste en tweede uitlaat aangebrachte contra draaielementen, zijn voorzien van zodanig gedimensioneerde wervelbladen, dat door de gewenste mate van rotatie een druk in het scheidingsvat 35 beschikbaar is voor op optimaal mogelijke wijze scheiden van het mengsel.

Door op juiste wijze de rotatiemiddelen of de contra rotatiemiddelen te ontwerpen volgens vloeistofdy-

: U :i C

7 namische principes kan de gewenste rotatie van het mengsel alsmede de gewenste drukval over een dergelijk schei-dingsvat al naar gelang de omstandigheden vooraf worden gekozen, doordat het grensvlak tussen de zware en lichte 5 fractie zich op optimaal mogelijke wijze in het schei-dingsvat uitstrekt.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de navolgende beschrijving van voorkeursuitvoe- 10 ringsvormen daarvan. Hierbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: - figuur 1 een gedeeltelijk weggenomen aanzicht in perspectief van een zwaartekrachtscheider, welke is voorzien van een tweetal inrichtingen volgens een voor- 15 keursuitvoeringsvorm van de uitvinding; - figuur 2 een gedeeltelijk opengewerkt aanzicht in perspectief van de voorkeursuitvoeringsvorm van figuur 1; - figuur 3 een verder uitgewerkt aanzicht in 20 perspectief van de voorkeursuitvoeringsvorm van figuur 2; - figuur 4 een aanzicht in perspectief van een voorkeursuitvoeringsvorm van het contra-draaielement in het afvoerkanaal; - figuur 5 een aanzicht in perspectief van een 2 5 voorkeursuitvoeringsvorm van het concentrisch in het verwerkingsvat aangebrachte draaielement; en - figuur 6 een aanzicht in perspectief van een voorkeursuitvoeringsvorm van een weerstandselement volgens de uitvinding.

3 0 Figuur 1 is een in de offshore-industrie veel toegepast zwaartekrachtscheidingsvat S weergegeven. Via een toevoerkanaal t wordt in de richting van pijl a een mengsel van gas en vloeistof toegevoerd en vervolgens onder invloed van de zwaartekracht gescheiden. Het meng- 3 5 sel wordt gescheiden in een mengseldeel met een hoog gehalte aan gas (lichte fractie) en een mengseldeel met een laag gehalte aan gas (zware fractie). Bovendien treedt scheiding op van de zware fractie (water en olie) 101 2245 8 in een fractie met in hoofdzaak water en een fractie met in hoofdzaak olie, waarbij de lichtere olie op het zwaardere water blijft drijven. Het scheiden van de lagen water en olie geschiedt voorts op voor de vakman bekende 5 wijze en wordt hierin voor de eenvoud van beschrijving niet nader verklaard.

Ter verbetering van de werking van dergelijke (zwaartekracht)scheidingsvaten zijn, zoals reeds eerder is vermeld, in een aantal toepassingen in de olie- en 10 gasverwerkende industrie inlaatapparaten bekend die een voorbewerking op het toegevoerde mengsel uitvoeren alvorens het mengsel op bekende wijze verder te scheiden. Dergelijke inlaatapparaten hebben als belangrijkste functies het reduceren van de impuls van de inlaatstroom 15 zodat de mate van scheiding binnen het scheidingsvat S gemaximaliseerd kan worden, het verhinderen van het uiteenspatten van vloeistof waardoor kleine vloeistof-druppels zouden kunnen ontstaan die het scheidingsproces bemoeilijken, en het verhinderen van het zogenaamde 20 "foaming" oftewel het optreden van schuim. Een bepaalde uitvoering van inlaatapparaten wordt gevormd door zogenaamde inlaatcyclonen waarbij de vloeistoffen en gassen een eerste scheiding ondergaan onder invloed van in de inlaatcycloon opgewekte centrifugaalkrachten. De aldus 25 gescheiden mengseldelen komen terecht in het resterend deel van het zwaartekrachtscheidingsvat S, waarbij onderin het vat S de zware fractie en bovenin het vat S de lichte fractie gevormd wordt.

Het via toevoerbuis t toegevoerde mengsel 30 van vloeistof en gas wordt in een van de inlaatcyclonen 1 geleid. In het weergegeven voorbeeld zijn twee inlaatcyclonen 1 naast elkaar gerangschikt. Er zijn echter ook uitvoeringen mogelijk met slechts één inlaatcycloon of met meer dan twee inlaatcyclonen die naast elkaar of in 35 een willekeurige andere rangschikking ten opzichte van elkaar zijn geplaatst. In figuur 1 is met pijl b aangegeven dat het mengsel naar de rechter inlaatcycloon 1 stroomt. Het mengsel zou evengoed naar de linker inlaat- 101 2245 9 cycloon 1 kunnen stromen en op dezelfde wijze afgehandeld worden, aangezien het linker inlaatcycloon identiek is aan de rechter inlaatcycloon. Voor de duidelijkheid van de beschrijving zal hierna echter alleen de werking van 5 de rechter inlaatcycloon 1 worden beschreven.

Het mengsel treedt inlaatcycloon 1 binnen (pijl b) in een kamer 2 die gevormd is uit een viertal van flenzen 3 voorziene delen die met behulp van vestigings-middelen 4 met elkaar zijn bevestigd. Het mengsel stroomt 10 vervolgens (pijl c) naar beneden tussen een in hoofdzaak cylindrische buitenmantel 5 en een in hoofdzaak cylindri-sch stromingslichaam 20, dat concentrisch ten opzichte van de buitenmantel 5 is aangebracht. Het stromingslichaam 20 steekt aan één uiteinde over enige afstand uit 15 tot in de door de buitenmantel 5 omsloten ruimte terwijl met het andere uiteinde het stromingslichaam 20 zich uitstrekt tot een bovenwand 22 van de kamer 2.

Aan het buitenoppervlak van het stromingslichaam 20 is een aantal gebogen wervelbladen 25 aange-20 bracht, die een draaiing van het daarlangs stromende mengsel veroorzaken.

Een dergelijk wervelblad 25 is opgebouwd uit een eerste deel 25a een tweede deel 25b en een derde deel 25c, die zodanig gevormd zijn dat een wervelblad 25 een 25 toenemende kromming heeft, dat wil zeggen dat de kromming van deel 25b groter is dan van 25a terwijl de kromming van 25c groter is dan die van 25b. Hierdoor wordt het stromende mengsel steeds sneller in rotatie gebracht (pijl d) .

30 Als gevolg van de centrifugaalkrachten wordt de zware fractie van het mengsel, dat wil zeggen in hoofdzaak vloeistof, tegen de binnenzijde van de buitenmantel 5 gedrukt en in het gebied langs de buitenmantel 5 naar beneden getransporteerd (pijl e), terwijl de lichte 35 fractie van het mengsel, dat wil zeggen in hoofdzaak gas, in het middengebied van de door de buitenmantel 5 omsloten ruimte terechtkomt (pijl f).

ή r- : ' U ' < · · 10

De buitenmantel 5 is voorzien van een flens 6 die aansluit op een geperforeerde mantel 7. Tevens sluit de flens 6 aan op een konisch verlopend of trechtervormig onderdeel 10, dat aan de binnenzijde voorzien is van een 5 zestal verticale ribben 11.

Vervolgens komt de zware fractie terecht in een weerstandselement (pijl g) die de draaiing daarvan vermindert en waarmee de druk in de door de buitenmantel 5 omsloten ruimte wordt verhoogd. De uitvoering van een 10 dergelijk weerstandselement zal in een later stadium worden beschreven.

De zware fractie stroomt vervolgens van de onderzijde door een uittreeopening naar buiten en komt terecht in een bakvormig onderdeel 9 dat tegen de onder-15 rand van de geperforeerde mantel 7 is bevestigd. Vervolgens stroomt de zware fractie (v) via de perforaties in de geperforeerde plaat 7 naar buiten (pijl i, figuur 1) en komt terecht in een deel van de zwaartekrachtscheider 5 voor een verdere scheidingsbehandeling. Door een derge-20 lijk geperforeerde plaat 7 aan te brengen wordt een uniforme snelheidsverdeling van de naar buiten tredende zware fractie tot stand gebracht, hetgeen de scheiding van het mengsel van olie in water in een laag water met daarop drijvende olie bevordert.

25 De door het weerstandselement 12 veroorzaakte druk in de door de buitenmantel 5 omgeven ruimte zorgt er voor dat de lichte fractie in de richting van pijl f gedreven wordt tot in een afvoerkanaal, dat is voorzien in het inwendige van het stromingslichaam 20. Vervolgens 3 0 wordt de lichte fractie in de richting van pijl h afge-voerd.

Bij een te grote drukval in het afvoerkanaal is het echter mogelijk, dat het gas, in plaats van te worden getransporteerd door het afvoerkanaal, door de vloeistof-35 stroom (pijl e) wordt meegenomen. Dit vermindert de scheidende werking van de inlaatcycloon 1.

< 11

Teneinde de drukval in het in het stromingsli-chaam 20 gevormde afvoerkanaal te verkleinen is derhalve een contra-draaielement in het afvoerkanaal opgenomen.

In figuur 4 is een voorkeursuitvoeringsvorm van 5 een dergelijk contra-draaielement 60 weergegeven. De lichte fractie stroomt door het afvoerkanaal in de richting van pijl h, ondertussen draaiend als gevolg van de eerdergenoemde wervelbladen 25. Deze draaiing wordt tegengegaan doordat de lichte fractie geleid wordt (pijl 10 k in figuur 3) langs een contra-draaielement 60 gevormd door een aantal wervelbladen, die elk bestaan uit een eerste wervelbladdeel 41 en een tweede wervelbladdeel 42, waarbij de wervelbladdelen 41 en 42 een zodanige hoek α ten opzichte van de lengteas van het afvoerkanaal maken, 15 dat de aanvankelijk snel draaiende lichte fractie geleidelijk ertoe gebracht wordt minder snel te draaien. De hoek a kan in de praktijk, afhankelijk van de toepassing, variëren tussen 0 en 80 graden.

Middels een tussenstuk 43 zijn de wervelbladen 20 verbonden met een in hoofdzaak gekruist ten opzichte van elkaar geplaatst rechtopstaande platen 44 die de draaibe-weging van de lichte fractie verder beperken. Door een dergelijke geleidelijke afname van de draaibeweging van de lichte fractie wordt de drukval over het afvoerkanaal 25 verminderd.

Hierna treedt de lichte fractie naar buiten (pijl j) en komt terecht in een deel van de zwaarte-krachtscheider alwaar verdere scheiding van de zware fractie plaats zal vinden.

30 In figuur 6 is een voorkeursuitvoeringsvorm weergegeven van een weerstandselement, waarbij voor de duidelijkheid de buitenmantel 12 van het weerstandselement is weggelaten. Het weerstandselement is opgebouwd uit een centrale kern 50, aan de bovenzijde waarvan een 35 in de stromingsrichting breder wordend konisch onderdeel 51 is bevestigd. Bovendien is aan de centrale kern 50 een aantal zich waaiervormig uit de lengterichting uitstrekkende vlakke platen 52 aangebracht. Deze vlakke platen 52 1012245 12 beperken de rotatie van het daarlangs in de richting van pijl 6 stromende mengseldeel waardoor over het weer-standselement een dienovereenkomstige drukverandering optreedt. Hierdoor kan het drukevenwicht in het verwer-5 kingsvat aangepast worden.

In een niet-weergegeven uitvoeringsvorm zijn aan de buitenmantel 12 en de langsplaten 52 een aantal dwarsplaten aangebracht en wel zodanig, dat rondom de kern 50 een opening is voorzien waarlangs vloeistof kan 10 stromen. Aan de centrale kern 5 0 is bovendien een dwars-plaat aangebracht die een zodanige diameter heeft, dat tussen de omtreksrand daarvan en de buitenmantel 12 een tussenruimte bestaat waarlangs de vloeistof kan stromen.

Door de bovenbeschreven constructie zal de 15 zware fractie die naar beneden stroomt via de opening in de eerste dwarsplaat, de tussenruimte tussen tweede dwarsplaat en de buitenmantel 12 en de opening in de derde dwarsplaat naar beneden stromen. Door een juiste uitvoering van de openingen, het aantal platen, de vorm 20 van de platen, etc. kan de druk boven het weerstandsele-ment, dat wil zeggen in de door de buitenmantel 5 omsloten ruimte, van te voren naar believen worden ingesteld.

De genoemde druk dient hoog genoeg te zijn opdat de lichte fractie door het afvoerkanaal in het 25 draaielement wordt af gevoerd en laag genoeg te zijn om te voorkomen dat het vloeistofniveau in de inlaatcycloon te hoog wordt, bijvoorbeeld tot voorbij de onderzijde van de binnenmantel 20, zodat er geen lichte fractie meer afgevoerd kan worden.

30 In een alternatieve, niet weergegeven uitvoe ringsvorm wordt een weerstandselement uitgevoerd als een contra-draaielement, waardoor op analoge wijze als beschreven is in verband met het contra-draaielement in het afvoerkanaal de drukval te verminderen is. In deze uit-35 voeringsvorm kan de druk in de door de binnenmantel 5 omsloten ruimte ingesteld worden door een vooraf bepaalde juiste dimensionering van de wervelbladen, de kromming van de wervelbladen, het aantal wervelbladen, etc.

101 2245 13

In een andere, niet-weergegeven uitvoeringsvorm omvat de toevoerbuis t een tangent iele inlaat in de inlaatcycloon 1, dat wil zeggen dat het in de inlaatcy-cloon 1 binnentredende mengsel reeds een draaibeweging 5 heeft. Hierdoor kunnen de wervelbladen 25 voor het in een draaibeweging brengen van het mengsel achterwege blijven.

Alle onderdelen van de inlaatcycloon 1 zijn zodanig gevormd en hebben zodanig kleine afmetingen, bijvoorbeeld maximaal 1,5 m lang of breed, dat deze door 10 het mangat M (figuur 1) in het vat S zijn aan te brengen. Hierdoor is de mogelijkheid gecreëerd om de inlaatcycloon 1 in elk willekeurig stadium in het scheidingsvat S aan te brengen. Zo kan bijvoorbeeld de werking van reeds in gebruik zijnde scheidingsvaten S verbeterd worden door 15 achteraf daarin een of meer inlaatcyclonen volgens de uitvinding in te bouwen.

Naast toepassing van de uitvinding op inlaatcyclonen in een zwaartekrachtscheider zijn vele alternatieve toepassingen realiseerbaar die alle geacht worden 20 binnen het bereik van de uitvinding te liggen. Het is bijvoorbeeld mogelijk om een cycloon in te voegen in een offshore pijpleiding, waarbij de door de pijpleiding aangevoerde fluïdumstroom wordt gescheiden in een aantal verschillende fluïdumfasen. Ook in deze alternatieve 25 toepassingen dient te alle tijden vermeden te worden dat een zogenaamde "gas-blowby", d.w.z. het uittreden van gas uit de vloeistofuitlaat, optreedt. Indien dit gebeurt, verandert de werking van de cycloon aanzienlijk: emulsievorming in de vloeistof fase of schuimvorming in de 30 vloeistof fase leiden dan tot een volledige breakdown van de totale scheider.

Volgens de uitvinding kunnen alle ontwerp parameters integraal geoptimaliseerd worden (inlaat en beide uitlaten) zodat er geen hoge drukvallen op behoeven 35 te treden welke hoge drukvallen emulsieficatie van de vloeistoffase kan veroorzaken. Meer algemeen gesteld, is volgens de uitvinding de drukbalans over het gas/vloei-stof oppervlak in een roterend gas/vloeistof mengsel te 101£ü-;.ÏÏ 14 voorspellen, zodanig dat de plaats van het gas/ vloeistof oppervlak als functie van doorzet van het mengsel, samenstelling van het mengsel, mate van rotatie van het mengsel en de drukval over beide uitlaten ingesteld kan 5 worden. Hiermee kan worden bereikt dat de vloeistoffase en gasfase uit de daartoe bedoelde uitlaten stromen. De instelling van de positie van het oppervlak vindt plaats met schoepenkransen (die zich bevinden of in de inlaat sectie, waarmee de mate van rotatie bepaald wordt, of in 10 de gasuitlaat, waarmee de drukval over de gasuitlaatsec-tie ingesteld kan worden, of in een willekeurige combinatie van deze plaatsen).

Door de schoepen in de schoepenkrans in de inlaat met een sterkere of zwakkere spoed te voorzien 15 wordt de mate van rotatie bepaald van het mengsel. Hoe sterker deze rotatie, des te meer zal de gaskern in het mengsel geneigd zijn naar onder te 'kruipen' waar zich juist de vloeistof uit laat bevindt. Door daarentegen contraschoepen in de vloeistof uitlaat aan te brengen, 20 wordt niet alleen deze rotatie geëlimineerd, maar tevens druk teruggewonnen, hetgeen juist weer kan leiden tot verhoogde 'gas-carryunder1, dat wil zeggen het doorslippen van gas in de vloeistof uitlaat. Dit kan op zijn beurt weer tegengegaan worden door hetzelfde te doen in 25 de gasuitlaat, waar contra schoepen in principe een drukterugwinning van dezelfde orde van grootte kunnen realiseren en de drukopbouw beneden in de cycloon compenseren met een vergelijkbare drukopbouw boven in de cycloon. Hiermee is dan bereikt dat het gas-vloeistofop-3 0 pervlak 'in de cycloon gehouden wordt' . Dit is een ingewikkelde ontwerp-procedure die alleen met goed gevolg kan worden uitgevoerd met specifiek op dit gebied gevalideerde hoge druk stromingsmodellen.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot 35 de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

101 2245

Claims

1. Inrichting voor het scheiden van een mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof, omvattende: - een zwaartekrachtscheidingsvat dat voorzien is van een inlaat voor de toevoer van het mengsel; 5. een in het zwaartekrachtscheidingsvat beves- tigbaar en op de inlaat aansluitbaar verwerkingsvat dat een eerste en tweede uitlaatopening omvat voor de afvoer van respectievelijk een eerste mengseldeel en een tweede mengseldeel naar een ruimte van het zwaartekrachtschei- 10 dingsvat voor verdere scheiding van het tweede mengseldeel ; - een in hoofdzaak concentrisch in het verwerkingsvat aangebracht stomingslichaam voorzien van een of meer draaielementen voor het in draaiende beweging bren- 15 gen van het toegevoerde mengsel; - een in hoofdzaak door het inwendige van het stromingslichaam aangebracht en zich vanaf de stroomafwaartse zijde van het stromingslichaam tot de eerste uitlaatopening uitstrekkend afvoerkanaal voor het naar de 20 eerste uitlaatopening afvoeren van het eerste mengseldeel ; - een tussen de tweede uitlaatopening en het stromingslichaam aangebracht weerstandselement met een vooraf bepaalde stromingsweerstand.

2. Inrichting volgens conclusie 1, omvattende een of meer in het afvoerkanaal aangebrachte eerste contra-draaielementen voor het verminderen van de draaiende beweging van het eerste mengseldeel, stroomafwaarts waarvan de eerste uitlaatopening is aangebracht.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij het weerstandselement een of meer tweede contra-draaiele-menten omvat voor het verminderen van de draaiende beweging van het tweede mengseldeel. 1012245

4. Inrichting voor het scheiden van een mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof, omvattende: - een zwaartekrachtscheidingsvat dat voorzien is van een inlaat voor de toevoer van het mengsel; 5. een in het zwaartekrachtscheidingsvat beves- tigbaar en op de inlaat aansluitbaar verwerkingsvat dat een eerste en tweede uitlaatopening omvat voor de afvoer van respectievelijk een eerste mengseldeel en een tweede mengseldeel naar een ruimte van het zwaartekrachtschei-10 dingsvat voor verdere scheiding van het tweede mengseldeel ; - een in de langsrichting van het verwerkingsvat aangebracht stromingslichaam; - een in hoofdzaak door het inwendige van het 15 stromingslichaam aangebracht en zich vanaf de stroomafwaartse zijde van het stromingslichaam tot de eerste uitlaatopening uitstrekkend afvoerkanaal voor het afvoeren van het eerste mengseldeel; - een tussen de tweede uitlaatopening en het 20 stromingslichaam aangebracht weerstandselement met een vooraf bepaalde stromingsweerstand, waarbij het weerstandselement een of meer contra-draaielementen omvat.

5. Inrichting volgens conclusie 4, omvattende een of meer in het afvoerkanaal aangebrachte eerste 25 contra-draaielementen voor het verminderen van de draaiende beweging van het eerste mengseldeel, stroomafwaarts waarvan de eerste uitlaatopening is aangebracht.

6. Inrichting voor het scheiden van een mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof, omvattende: 30. een zwaartekrachtscheidingsvat dat voorzien is van een inlaat voor de toevoer van het mengsel; - een in het zwaartekrachtscheidingsvat beves-tigbaar en op de inlaat aansluitbaar verwerkingsvat dat een eerste en tweede uitlaatopening omvat voor de afvoer 35 van respectievelijk een eerste mengseldeel en een tweede mengseldeel naar een ruimte van het zwaartekrachtscheidingsvat voor verdere scheiding van het tweede mengseldeel ; 1. i - een in de langsrichting van het verwerkings-vat aangebracht stromingslichaam; - een in hoofdzaak door het inwendige van het stromingslichaam aangebracht en zich vanaf de stroomaf- 5 waartse zijde van het stromingslichaam tot de eerste uitlaatopening uitstrekkend afvoerkanaal voor het afvoeren van het eerste mengseldeel; - een of meer in het afvoerkanaal aangebrachte eerste contra-draaielementen voor het verminderen van de 10 draaiende beweging van het eerste mengseldeel, stroomafwaarts waarvan de eerste uitlaatopening is aangebracht. - een tussen de tweede uitlaatopening en het stromingslichaam aangebracht weerstandselement met een vooraf bepaalde stromingsweerstand.

7. Inrichting volgens een der voorgaande con clusies, waarbij een draaielement een of meer wervelbla-den omvat, waarbij de wervelbladen gevormd zijn voor het in draaiende beweging brengen of het althans vergroten van de draaiende beweging van het daarlangs stromende 20 mengsel of mengseldeel.

8. Inrichting volgens een der conclusies 1-6, waarbij een contra-draaielement een of meer wervelbladen omvat, waarbij de wervelbladen gevormd zijn voor het verminderen van de draaiende beweging van het daarlangs 25 stromende mengsel of mengseldeel.

9. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de hoek tussen de langsrichting van het verwerkingsvat en een wervelblad tussen 0 en 80 graden bedraagt.

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9, waar- 30 bij de wervelbladen gekromd zijn.

11. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het verwerkingsvat een binnenmantel omvat die een in stromingsrichting konisch verlopend deel 10 omvat.

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij het konisch verlopend deel tussen het draaielement en het weerstandselement gepositioneerd is. ' l J J ,

13. Inrichting volgens ten minste een der voorgaande conclusies, waarbij het eerste mengseldeel gevormd wordt door een lichte fractie, terwijl het tweede mengseldeel gevormd wordt door een zware fractie.

14. Inrichting volgens conclusie 13, waarbij de lichte fractie een of meer gassen en de zware fractie een of meer vloeistoffen omvat.

15. Inrichting volgens conclusie 14, waarbij de lichte fractie aardgas en de zware fractie olie en water 10 omvat.

16. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het eerste mengseldeel maximaal 1 volumeprocent water en/of vaste stof en het tweede mengseldeel ten minste 95 volumeprocent vloeistof en/of vaste 15 stof omvat.

17. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de onderdelen van het verwerkingsvat zodanig zijn uitgevoerd dat deze door een mangat in het zwaartekrachtscheidingsvat aan te voeren zijn.

18. Inrichting volgens conclusie 17, waarbij de grootste afmeting van een onderdeel maximaal 150 cm bedraagt .

19. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het verwerkingsvat ten minste gedeel- 25 telijk in het zich in de ruimte bevindende tweede mengseldeel geplaatst is.

20. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, omvattende een nabij de tweede uitlaatopening en stroomafwaarts daarvan geplaatste geperforeerde plaat 30 voor het verzekeren van een in hoofdzaak uniform snel-heidsprofiel aan de stroomafwaartse zijde daarvan.

21. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de inlaatopening van het verwerkingsvat voorzien is van middelen voor het met een verhoogde 35 tangentiele snelheid invoeren van het te scheiden mengsel . 101 2245

22. Verwerkingsvat, kennelijk bestemd voor een zwaartekrachtscheidingsvat volgens een der voorgaande conclusies.

23. Werkwijze voor het behandelen van een 5 mengsel van gas met vloeistof en/of vaste stof, waarbij de inrichting volgens een der conclusies 1-21 wordt toegepast.

24. Werkwijze voor het ontwerpen van een schei-dingsvat voor het in een lichte en zware fractie scheiden 10 van een mengsel, waarbij het verwerkingsvat omvat een inlaat voor het mengsel, een eerste uitlaat voor de lichte fractie en een tweede uitlaat voor de zware fractie, alsmede rotatiemiddelen voor het in rotatie brengen van het mengsel, waarbij bij de inlaat aangebrachte 15 draaielementen en/of bij de eerste en tweede uitlaat aangebrachte contra draaielementen, zijn voorzien van zodanig gedimensioneerde wervelbladen, dat door de gewenste mate van rotatie een druk in het scheidingsvat beschikbaar is voor op optimaal mogelijke wijze scheiden 20 van het mengsel.

25. Scheidingsvat ontworpen volgens de werkwijze van conclusie 24. * 8 4,., L· *¥