NL1020576C2

NL1020576C2 - Inrichting en werkwijze voor het scheiden van mengsels.

Info

Publication number: NL1020576C2
Application number: NL1020576A
Authority: NL
Inventors: Per-Reidar Larnholm
Original assignee: Spark Technologies And Innovat
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-11
Also published as: EP1506051B1; ATE548103T1; AU2003230464A1; EP1506051A1; AU2003230464B2; WO2003095069A1

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET SCHEIDEN VAN MENGSELS

5

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het scheiden van een mengsel van vloeistof en gas in een in hoofdzaak gas bevattende gasfractie en een in hoofdzaak vloeistof bevattende 10 vloeistoffractie.

Bij de winning van olie en/of gas is het van belang de aangevoerde gas- en vloeistofmengsels te scheiden, bijvoorbeeld in een stroom van in hoofdzaak gas en een stroom van in hoofdzaak vloeistof. Voor het scheiden van 15 dergelijke gas/vloeistofmengsels zijn verschillende schei-dingsinrichtingen bekend.

Een bekend type scheidingsinrichting betreft een zogenaamde "demister" waarin het gas-/vloeistofmengsel via een kanaal wordt aangevoerd en door een in het kanaal 20 aangebracht maaswerk van draden (wire mesh), ook wel "mesh-pad" genoemd, wordt geleid. Via het kanaal aangevoerde vloeistofdruppels botsen op de draden van de loodrecht in het kanaal aangebrachte maaswerk en vergroeien tot in een vloeistoflaag die vervolgens afgevoerd wordt. De bekende 25 demisters vertonen een relatief kleine drukval en een hoge scheidingsefficiency. Doordat er echter een vloeistoflaag ontstaat, beperkt overvloeien (flooding) het maximale debiet van de demister. Dit leidt tot relatief omvangrijke scheidingsinrichtingen.

30 Voor het vergroten van de capaciteit van derge lijke demisters of voor het verkleinen van de afmetingen van de demisters kan het maaswerk schuin in het kanaal worden opgesteld. Door het aanstroomoppervlak van het maaswerk te vergroten, zou de capaciteit van de demister 35 vergroot kunnen worden.

De toename van de capaciteit van de demister lijkt echter, in samenhang met een gewenste scheidingseffi-ciency, teleurstellend te zijn.

102C57R

2

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een scheidingsinrichting te verschaffen, waarvan de maximale capaciteit bij een bepaalde scheidingsefficiency wordt verkregen.

5 Volgens een eerste aspect van de onderhavige uitvinding wordt een scheidingsinrichting verschaft voor het scheiden van een mengsel van vloeistof en gas in een in hoofdzaak gas bevattende gasfractie en een in hoofdzaak vloeistof bevattende vloeistoffractie, omvattende: 10 een kanaal welke een aanvoerdeel voor het aan voeren van het vloeistof-/gasmengsel en een afvoerdeel voor het afvoeren de gasfractie omvat; in het kanaal tussen het aanvoerdeel en afvoerdeel aangebrachte scheidingsmiddelen voor het scheiden van 15 het aangevoerde vloeistof-/gasmengsel in een vloeistoffractie en een gasfractie, waarbij de scheidingsmiddelen ten minste een maaswerk van draden (wire mesh) omvatten tegen welke draden vloeistof wordt opgevangen, waarbij het maaswerk schuin in het kanaal is aangebracht voor het vergroten 20 van het aanstroomoppervlak van het maaswerk en waarbij in het kanaal geleidingsmiddelen zijn voorzien voor het in hoofdzaak dwars op het aanstroomoppervlak van het maaswerk leiden van het aangevoerde mengsel.

Wanneer het draadmaaswerk schuin in het kanaal 25 wordt opgesteld, neemt weliswaar het aanstroomoppervlak toe ten opzichte van een zich loodrecht op de stromingsrichting in het kanaal aangebracht maaswerk, hetgeen de verwerkingscapaciteit van de scheidingsinrichting vergroot, doch de snelheid van het mengsel door het maaswerk blijft gelijk.

30 Het grotere aanstroomoppervlak wordt derhalve niet aangestroomd met de mengselsnelheid (gassnelheid) die behoort bij het grotere aanstroomoppervlak. Door het maaswerk te voorzien van een geleidingsmiddelen voor het daarlangs geleiden van de stroom, neemt de snelheid ter plaatse van 35 het maaswerk toe tot een bij het vergrote aanstroomoppervlak behorende waarde. De hogere snelheid heeft tot gevolg dat een grotere hoeveelheid mengsel in de beschikbare oppervlakte (dwarsdoorsnede van het kanaal) behandeld 1 0 L· ü h ï 6 3 wordt en daarmee de scheidingscapaciteit van de scheidings-inrichting toeneemt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvatten de geleidingsmiddelen een aantal door het 5 maaswerk aangebrachte geleidingsvinnen. De geleidingsvinnen hebben als doel het daarlangs stromende mengsel van vloeistof en gas volgens een voorafbepaald patroon door het maaswerk te leiden. Zodra het mengsel "gevangen" wordt door tussen twee geleidingsvinnen of tussen een geleidingsvin en 10 een kanaalwand, wordt het mengsel gedwongen om in een door de vinnen bepaalde richting door een bepaald deel van het maaswerk te stromen. De geleidingsvinnen delen het kanaal derhalve op in een aantal kleinere compartimenten waar een op het vergrote maaswerk-aanstroomoppervlak afgestemde 15 gasfractiesnelheid heerst. Bovendien zorgen de geleidingsvinnen zorgen dat een eenmaal door een paar geleidingsvinnen "gevangen" mengseldeel slechts door het bij de betreffende geleidingsvinnen behorende compartiment stroomt.

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvatten-20 de de geleidingsmiddelen een aantal aansluitend op het buitenoppervlak van het maaswerk aangebrachte geleidingsvinnen. In deze uitvoeringsvorm steken de geleidingsvinnen derhalve niet door het maaswerk heen, maar zijn aan een zijde, of bij voorkeur aan tweede zijden, van het maaswerk 25 aangebracht en wel zodanig dat de geleidingsvinnen aansluiten op het maaswerk.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is een geleidingsvin opgebouwd uit een door het maaswerk stekend lijf-gedeelte, een stroomopwaarts zich in hoofdzaak evenwijdig 30 aan de stromingsrichting in het aanvoerdeel van het kanaal uitstrekkend eindgedeelte en een stroomafwaarts zich in hoofdzaak evenwijdig aan de stromingsrichting in het af-voerdeel van het kanaal uitstrekkend eindgedeelte. In deze uitvoeringsvorm is het drukverlies als gevolg van de aanwe-35 zigheid van het maaswerk met geleidingsvinnen relatief klein.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is op het kanaal een zich neerwaarts uitstrekkend vloeistofaf- ' '"'I '’·· ..

4 voerkanaal is aangesloten voor het onder invloed van de zwaartekracht afvoeren van de vloeistoffractie. De op de draden van het maaswerk verzamelde vloeistof kan aldus op eenvoudige wijze via het vloeistofafvoerkanaal (liquid 5 drain channel) worden afgevoerd.

Bij voorkeur zijn in hoofdzaak dwars op de ge-leidingsvinnen een aantal van perforaties voorziene verd-eelschotten aangebracht voor het verdelen van de vloeistof-/gasmengselstroom in een aantal compartimenten.

10 Het maaswerk is schuin ten opzichte van (de stromingsrichting van het mengsel in) het kanaal aangebracht en wel bij voorkeur onder een hoek van tussen de 10 en 80 graden, en bij voorkeur tussen 40 en 50 graden. Bij een dergelijke hoek tussen de stromingsrichting van het 15 aangevoerde vloeistof-/gasmengsel en een maaswerk wordt een optimale scheidingscapaciteit bij een voldoende scheidings-efficiency tot stand gebracht. Bij een te grote hoek kan dit een relatief slechte verdeling tot gevolg hebben, waardoor de kans op ongelijkmatige doorslag toeneemt, 20 terwijl bij te kleine hoek dit te weinig effectieve opper-vlaktevergroting tot gevolg kan hebben.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zijn het aanvoerdeel en het afvoerdeel van het kanaal ten opzichte van elkaar gealigneerd, hetgeen de 25 drukval ter plaatse van de overgang tussen het aanvoerdeel en het afvoerdeel tot een minimum beperkt.

Volgens een ander aspect van de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het scheiden van een mengsel van vloeistof en gas in een in hoofdzaak 30 gas bevattende gasfractie en een in hoofdzaak vloeistof bevattende vloeistoffractie, de stappen omvattende van: het via een aanvoerdeel van een kanaal aanvoeren van het vloeistof-/gasmengsel; het leiden van het vloeistof-/gasmengsel door 35 een of meer maaswerken van draden waartegen de vloeistof wordt opgevangen voor het scheiden van het aangevoerde vloeistof-/gasmengsel in een vloeistoffractie en een gasfractie, waarbij de maaswerken schuin ten opzichte van de

Hf f). -v.v, 5 stromingsrichting van het gas-/vloeistofmengsel in het kanaal zijn aangebracht en waarbij het vloeistof-/gasmeng-sel in een richting in hoofdzaak dwars op het betreffende maaswerk wordt geleid; 5 het via een afvoerdeel van het kanaal afvoeren van de gasfractie.

Door het vloeistof-/gasmengsel op deze wijze door het maaswerk te leiden, neemt de snelheid ter plaatse van het maaswerk toe tot een bij het vergrote aanstroomop-10 pervlak van het schuin geplaatste maaswerk behorende waarde. De hogere snelheid heeft tot gevolg dat een grotere hoeveelheid mengsel, relatief ten opzichte van de afmetingen in dwarsdoorsnede van het kanaal, te behandelen is, met als gevolg dat de scheidingscapaciteit van de scheidingsin-15 richting toeneemt.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een maaswerk ("wire mesh") dat kennelijk bestemd is voor de bovengenoemde scheidingsinrichting. Een dergelijk maaswerk omvat een aantal door het maaswerk aangebrachte geleidings-20 vinnen en/of een aantal op het oppervlak van het maaswerk aansluitende geleidingsvinnen. Een aantal van deze gelei-dingsvinnen omvat bij voorkeur een door het maaswerk stekend lijfgedeelte, aan beide uiteinden waarvan gebogen eindgedeeltes zijn voorzien. In gemonteerde toestand strek-25 ken de lijfgedeeltes van naast elkaar gesitueerde geleidingsvinnen zich in hoofdzaak evenwijdig ten opzichte van elkaar uit. Dit geldt ook voor de eindgedeeltes aan de uiteinden van de lijfgedeeltes. Bij nabij de kanaalwand gesitueerde geleidingsvinnen kan een van de eindgedeeltes 30 of kunnen beide eindgedeeltes achterwege zijn gelaten om de stroom nabij de kanaalwand niet negatief te beïnvloeden.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen verduidelijkt worden aan de hand van de navolgende beschrijving van de voorkeursuitvoe-35 ringsvorm daarvan. In de beschrijving wordt verwezen naar de figuren, waarin tonen:

Figuur 1 een gedeeltelijk schematisch aanzicht in perspectief van de voorkeursuitvoeringsvorm van de ·, p ' j r- ~y ,r\ >- *J L· U ü / 0 6 uitvinding; en

Figuur 2 een meer gedetailleerd aanzicht in perspectief van de uitvoering van figuur 1.

In figuur 1 is een horizontale transportleiding 5 1 weergegeven waarlangs een mengsel van vloeistof en gas, in het bijzonder een mengsel van olie en/of water en/of aardgas, wordt getransporteerd. Het mengsel stroomt door het kanaal dat wordt begrensd door de binnenwand 2 van de transportleiding 1, een onderste vlakke plaat 3 en een 10 bovenste vlakke plaat 4. In het voorste deel van het kanaal stroomt het mengsel in de richting van pijl Plf terwijl in het achterste deel van het kanaal het mengsel in de richting van pijl P2 stroomt. In de weergegeven uitvoeringsvorm liggen beide delen van het kanaal in eikaars verlengde en 15 is de stromingsrichting in het voorste deel dezelfde als de stromingsrichting in het achterste deel. Alhoewel dit met het oog op een geringe stromingsweerstand de voorkeur heeft, behoeft dit echter niet altijd zo te zijn. Het voorste en achterste deel kunnen zich onder een willekeuri-20 ge hoek ten opzichte van elkaar uitstrekken.

In het genoemde kanaal, tussen het voorste en achterste deel daarvan, is een scheidingsinrichting 14 aangebracht. De scheidingsinrichting 14 omvat een of meer maaswerken 5, 5'. De maaswerken bestaan uit een laag van 25 dicht opeengebrachte of aaneengeregen draden, bij voorkeur vervaardigd van staal, en staan in het vakgebied van schei-dingsinrichtingen bekend als "wire mesh pads".

In de weergegeven uitvoeringsvorm zijn twee maaswerken voorzien die elk schuin ten opzichte van de 30 langsrichting van het kanaal zijn gepositioneerd. Het linker maaswerk 5 is onder een bepaalde hoek ten opzichte van de stromingsrichting (PjJ in het voorste deel aangebracht, terwijl het tweede maaswerk 5' onder in hoofdzaak dezelfde hoek ten opzichte van de stromingsrichting (ofte-35 wel de langsrichting van het voorste deel van het kanaal) is aangebracht en wel zodanig dat de uiteinden van de maaswerken 5 en 5' op elkaar aansluiten. De aldus gepositioneerde maaswerken strekken zich derhalve in een V-vorm in

; ü 'C U O i K

7 het kanaal uit.

In figuur 1 is weergegeven dat een maatwerk door een tussenschot 16 in twee compartimenten is verdeeld. Bij relatief lage maaswerken kan een dergelijk tussenschot 5 achterwege blijven.

Wanneer een mengsel van vloeistof en gas wordt aangevoerd (pijl PJ via het voorste deel van het kanaal, komt het terecht bij de scheidingsinrichting voor het gas van de vloeistof te scheiden. Dit geschiedt door het meng-10 sel van vloeistof en gas door de maaswerken 5, 5' te leiden, waarbij de vloeistof in het mengsel botst op de draden (wires) van het maaswerk. De vloeistofdruppels vergroeien met het maaswerk en vormen een vloeistoflaag in het maaswerk, welke vloeistoflaag onder de invloed van de zwaarte-15 kracht zich neerwaarts verplaatst en via een (niet weergegeven) afvoerkanaal in de richting van pijl P3 wordt af gevoerd. De vloeistof in het compartiment boven het tussenschot 16 geraakt via in het tussenschot 16 voorziene perforaties 15 in het onderste compartiment en wordt vervolgens 20 via het afvoerkanaal afgevoerd. De resterende stroming, die hoofdzakelijk gas bevat, vervolgt zijn weg in de richting van pijl P2 door het kanaal, bij voorkeur naar een volgende scheidingsinrichting van een ander type, zoals bijvoorbeeld een scheidingscycloon of dergelijke.

25 In figuur 2 is de scheidingsinrichting 14 in meer detail weergegeven. Het maaswerk 5 is aan één uiteinde vastgezet aan het maaswerk 5'. Aan het andere uiteinde, zijn de maaswerken voorzien van omgebogen maaswerkdelen 6,6' die zodanig zijn gevormd dat deze in gemonteerde 30 toestand nauw aansluit tegen de binnenwand 2 van de transportleiding 1.

Het linker maaswerk 5 is voorzien van een groot aantal in hoofdzaak evenwijdig ten opzichte van elkaar gerangschikte geleidingsvinnen. Aan het stroomopwaartse 35 einde van het maaswerk 5 bestaan de geleidingsvinnen uit een lijf 8 dat aansluitend tegen het maaswerk 5 is aangebracht, alsmede een gebogen deel 7. Aan stroomafwaartse zijde bestaan de geleidingsvinnen uit een aansluitend tegen ί lJ £ ü 0 ί 0 8 het stroomafwaartse oppervlak van het maaswerk 5 aangebracht lijf 10 en een gebogen deel 9. De lijven 8 van de geleidingsvinnen zijn in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar gepositioneerd. Ook de lijven 10 van de verschillende 5 geleidingsvinnen strekken zich evenwijdig ten opzichte van elkaar uit. De geleidingsvinnen zijn hierbij zodanig gevormd dat het aangevoerde mengsel (pijl Pi) met zo min mogelijk drukverlies van richting wordt veranderd zodat het mengsel in hoofdzaak loodrecht op het stroomopwaartse 10 oppervlak van het maaswerk 5 wordt gericht en in de richting door het maaswerk stroomt. Aan de stroomafwaartse zijde zorgen de gebogen delen 9 ervoor dat de het daarlangs stromende mengsel de gewenste stromingsrichting P2 in het achterste deel van het kanaal krijgt.

15 De geleidingsvin die in gemonteerde toestand zich het dichtst mogelijk bij de kanaalwand bevindt, dat wil zeggen geleidingsvin 12, en de geleidingsvin die zich zo dicht mogelijk bij het punt begint waar beide maaswerken 5, 5' samenkomen, dat wil zeggen geleidingsvin 13, hebben 20 een enigszins aangepaste vorm om te voorkomen dat de stroming van het langs deze geleidingsvinnen stromende mengsel nadelig wordt beïnvloed door respectievelijk de kanaalwand en het tegenoverliggende maaswerk 5'.

In figuur 2 is weergegeven dat het rechter maas-25 werk 5' ook voorzien is van geleidingsvinnen. Deze zijn echter van een tweede type, waarin de geleidingsvinnen zich echter door het maaswerk 5' heen uitstrekken. Dat wil zeggen dat de lijfdelen 8 en 10 onderling met een lijfdeel 11 verbonden zijn.

30 Opgemerkt wordt dat in de weergegeven voorkeurs- uitvormen de stroomopwaartse geleidingsvinnen zijn opgelijnd met de stroomafwaartse geleidingsvinnen. In andere, niet weergegeven voorkeursuitvoeringsvormen, kunnen de stroomopwaartse en stroomafwaartse geleidingsvinnen echter 35 ten opzichte van elkaar verschoven zijn.

Voorts betreffen de weergegeven uitvoeringsvormen een horizontaal opgestelde transportleiding. De uitvinding is echter tevens toepasbaar op hellend opgestelde of > h 1 / '· \ 9 zelfs verticale transportleidingen, waarbij bovendien onder transportleiding tevens een kolom, vast of iedere willekeurige houder verstaan moet worden.

Het moge duidelijk zijn, dat al naar gelang de 5 specifieke toepassing, alle geleidingsvinnen van het als eerste beschreven type of van het tweede beschreven type of van de verschillende types door elkaar heen, vervaardigd kunnen zijn. Ook kan in plaats van een tweetal relatief kleine maaswerken 5, 5' een enkel maaswerk worden toegepast 10 of kunnen meer dan twee maaswerken worden toegepast. Ook deze uitvoeringen vallen binnen het bereik van de uitvinding.

De hoek tussen de stromingsrichting van het aangevoerde mengsel van vloeistof en gas en het maaswerk 15 bedraagt tussen de 0 en 80° en in de weergegeven uitvoeringsvorm circa 45°. Bij deze hoek is een optimum bereikt tussen enerzijds een goede scheidingsefficiency en anderzijds een voldoend grote scheidingscapaciteit.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de 20 boven beschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald in de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

1020576

Claims

5

1. Scheidingsinrichting voor het scheiden van een mengsel van vloeistof en gas in een in hoofdzaak gas bevattende gasfractie en een in hoofdzaak vloeistof bevattende vloeistoffractie, omvattende: 10 een kanaal welke een aanvoerdeel voor het aan voeren van het vloeistof-/gasmensgel en een afvoerdeel voor het afvoeren de gasfractie omvat; in het kanaal tussen het aanvoerdeel en afvoerdeel aangebrachte scheidingsmiddelen voor het scheiden van 15 het aangevoerde vloeistof-/gasmengsel in een vloeistoffractie en een gasfractie, waarbij de scheidingsmiddelen ten minste een maaswerk van draden (wire mesh) omvatten tegen welke draden vloeistof wordt opgevangen, waarbij het maaswerk schuin in het kanaal is aangebracht voor het vergroten 20 van het aanstroomoppervlak van het maaswerk en waarbij in het kanaal geleidingsmiddelen zijn voorzien voor het in hoofdzaak dwars op het aanstroomoppervlak van het maaswerk leiden van het aangevoerde mengsel.

2. Scheidingsinrichting volgens conclusie 1, 25 waarbij de geleidingsmiddelen een aantal door het maaswerk aangebrachte geleidingsvinnen omvatten.

3. Scheidingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de geleidingsmiddelen een aantal aansluitend op het buitenoppervlak van het maaswerk aangebrachte gelei- 30 dingsvinnen omvatten.

4. Scheidingsinrichting volgens conclusie 2, waarbij een geleidingsvin is opgebouwd uit een door het maaswerk stekend lijfgedeelte, een stroomopwaarts zich in hoofdzaak evenwijdig aan de stromingsrichting in het aan- 35 voerdeel van het kanaal uitstrekkend eindgedeelte en een stroomafwaarts zich in hoofdzaak evenwijdig aan de stromingsrichting in het afvoerdeel van het kanaal uitstrekkend eindgedeelte. 1020576

5. Scheidingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarin op het kanaal een zich neerwaarts uitstrekkend vloeistofafvoerkanaal is aangesloten voor het onder invloed van de zwaartekracht afvoeren van de vloei- 5 stoffractie.

6. Scheidingsinrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij een eerste maaswerk en een tweede maaswerk in V-vorm in het kanaal zijn opgesteld.

7. Scheidingsinrichting volgens een der conclu-10 sies 2-6, waarbij in hoofdzaak dwars op de geleidingsvinnen een aantal van perforaties voorziene verdeelschotten zijn aangebracht voor het verdelen van de vloeistof-/gasmengsel-stroom in een aantal compartimenten.

8. Inrichting volgens een der voorgaande conclu-15 sies, waarbij de hoek tussen de stromingsrichting van het aangevoerde vloeistof-/gasmengsel en een maaswerk tussen 10 en 80 graden, en bij voorkeur tussen 40 en 50 graden bedraagt .

9. Scheidingsinrichting volgens een der voor-20 gaande conclusies, waarbij het aanvoerdeel en het afvoer- deel van het kanaal ten opzichte van elkaar gealigneerd zi jn.

10. Werkwijze voor het scheiden van een mengsel van vloeistof en gas in een in hoofdzaak gas bevattende 25 gasfractie en een in hoofdzaak vloeistof bevattende vloeistof fractie, de stappen omvattende van: het via een aanvoerdeel van een kanaal aanvoeren van het vloeistof-/gasmengsel; het leiden van het vloeistof-/gasmengsel door 30 een of meer maaswerken van draden waartegen de vloeistof wordt opgevangen voor het scheiden van het aangevoerde vloeistof-/gasmengsel in een vloeistoffractie en een gasfractie, waarbij de maaswerken schuin ten opzichte van de stromingsrichting van het gas-/vloeistofmengsel in het 35 kanaal zijn aangebracht en waarbij het vloeistof-/gasmeng-sel in een richting in hoofdzaak dwars op het betreffende maaswerk wordt geleid; het via een afvoerdeel van het kanaal afvoeren van de gasfractie.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, omvattende het onder invloed van de zwaartekracht via een vloeistofka-naal afvoeren van de opgevangen vloeistoffractie.

12. Werkwijze volgens conclusie 10 of 11, omvat tende het scheiden van het vloeistof-/gasmengsel in de scheidingsinrichting volgens een der conclusies 1-9.

13. Maaswerk kennelijk bestemd voor een scheidingsinrichting volgens een der conclusies 1-9. 10 15 20 25 1 35