NO146892B - Anordning for spredning i atmosfaeren av en restgass som inneholder gassformige hydrokarboner - Google Patents

Abstract

Anordning for spredning i atmosfæren av en restgass som inneholder gassformige hydrokarboner.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for spredning i atmosfæren av en restgass i form av en blanding som har en kon-trollert sammensetning, og mere spesielt i form av en blanding hvor prosentandelen av restgass er lavere enn den nedre eksplosjonsgrense (NEG).

Anordninger av denne type er allerede blitt beskrevet i ansøker-ens franske patent nr. 2.225.200. Den kjente anordning utgjøres av en stort sett sylindrisk blandekanal som definerer en symme-triakse og som er forsynt med en koaksial injektor forbundet med en trykkgasskilde. Disse anordninger kan mates under det vari-able trykk som hersker i et gitt rom eller volum som skal renses eller tømmes, eller under det konstante trykk som hersker i en utløpskanal.

Ansøkerens franske patentansøkning nr. 75/23892 viser midler for optimalisering av funksjonsbetingelsene for slike spredningsanordninger ved å anordne en kontrollmekanisme i utløpskanalen som fører gassen til injektoren, hvilken kontrollmekanisme mater injektoren med gass ved et trykk som ligger mellom et høyt mat-ningstrykk og det trykk som hersker i blandekanalen.

Bruk av slike spredningsanordninger, med eller uten optimaliser-ingsinnretninger, gir opphav til plassproblemer når volumet av gassen som skal spres, øker i stor grad.

I de forskjellige kjente anordninger bygger gasstrålen seg opp fritt i et luftmiljø i form av en konus som har en toppvinkel -på omtrent 20°. Når periferien av denne konus nar veggen av blandekanalen, utsettes de tynne gasstråler for en endring i strøm-ningsretning slik at gassen strømmer i en retning parallell med veggen av blandekanalen mens den utøver en "stempeleffekt" på lignende måte som i en strålepumpe.

Mengden av gass som injiseres avhenger av forholdet mellom tverr-snittet av injektoren og blandekanalen for et gitt injeksjons-trykk.

Lengden av blandekanalen må være tilstrekkelig til å la periferien av den injiserte gasskonus nå veggen av kanalen. Dersom således : - D representerer diameteren av blandekanalen i form av en sylin-der med sirkulært tverrsnitt, og

- a representerer konusens toppvinkel,-

vil minimumslengden av kanalen være gitt følgende ligning:

og således, ved tilstrekkelig overdimensjonering:

Det er blitt vist i fransk patent nr. 2.225.200 at for å oppnå

et gassinnhold N av den utstrømmende blanding når injeksjonstryk-ket er lik P, bestemmes forholdet mellom kvadratrøttene av tverr-snittene av blandekanalen og injeksjonsdysen ved et eksperiment-forhold som begrunnes ved hjelp' av hydromekanikk.

Når verdiene av N og P er gitt, vil det til hver residuell gass-strømningshastighet -svare en minimumsverdi av strømningstverr-snittet av luftinjeksjonsdysen, et bestemt tverrsnitt av blandekanalen og en bestemt lengde av denne. Siden det for en gitt verdi av strømningstverrsnittet av blandekanalen er en maksi-mumsverdi av gasstrømningshastigheten som kan spres samtidig med at prosentandelen av slik gass i den utstrømmende blanding holdes under NEG, vil det ses at når strømningshastigheten av gass som skal spres øker, vil det minste strømningstverrsnittet av kanalen øke med strømningshastigheten og således dens lengde øke med kvadratroten av strømningshastigheten.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning for spredning i atmosfæren av en restgass, spesielt en restgass som inneholder gassformige hydrokarboner, hvilken anordning omfatter en blandekanal som har to åpne endepartier, en injeksjonsanordning som åpner inn i en injeksjonssone dannet i nærheten av et-endeparti av en blandekanal, idet forholdet mellom kvadratroten av strømningstverrsnittet av blandekanalen og kvadratroten av strøm-ningstverrsnittet for åpningen av injeksjonsanordningen ligger mellom 35 og 300, hvor det karakteristiske er at injeksjonsanordningen omfatter i det minste én sammenstilling av dyser, idet hver dyse i én sammenstilling er forbundet med en felles kilde av restgass under trykk.

Når plassforholdene ikke tillater installasjon av én eller flere vertikale eller skrå blandekanaler - hvilket er tilfellet ved mange boreinstallasjoner eller oljeproduksjonsinstallasjoner til sjøs - kan disse blandekanaler monteres horisontalt langs sidene av boreplattformene og orienteres i den dominerende vindretning. Når vindretningen snur, vil imidlertid funksjonen av en spredningsanordning av denne type være betydelig dårligere, noe som medfører betydelig reduksjon av dens effektivitet.

Foreliggende oppfinnelse overvinner denne ulempe ved å tilveiebringe symmetriske spredningsanordninger som kan funksjonere i to motsatt rettede strømningsretninger.

Dette utførelseseksempel på anordningen ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at blandekanalen er montert stort sett horisontalt og at hver av de to åpne endepartier av blandekanalen er forsynt med en injeksjonsanordning som åpner inn i en injeksjonssone, idet begge injeksjonsanordninger er av lignende konstruksjon og er montert symmetrisk slik at de er rettet mot hverandre i det indre rom av blandekanalen, og idet injeksjonsanordningene er forbundet med en reguleringsmekanisme slik at injeksjonsanordningen etter valg settes i drift ved det ene eller andre endeparti.

I en utførelse blir trykktapet på grunn av dysene og deres under-støttelseselementer kompensert ved å forsyne hver av nevnte endepartier av blandekanalen med en koaksial forlengelse som har konisk fasong som smalner av i retning mot det indre rom av blandekanalen .

I den sistnevnte utførelse kan anordningens virkningsgrad forbe;d-res ved å montere dysene i hver dyseinnretning på en slik måte at deres utløpsåpning er plassert foran det respektive endeparti av blandekanalen.

Oppfinnelsen skal beskrives i det følgende i større detalj

under henvisning til vedføyede tegninger som viser flere utfør-elseseksempler på oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en spredningsanordning med én enkelt injeksjonsdyse for restgass under trykk. Fig. 2 viser en spredningsanordning som har flere injeksjonsdyser for restgass under trykk. Fig. 3 viser en spredningsanordning som har flere injeksjonsdyser for restgassen, gruppert slik at de danner et antall injeksjonsdyseinnretninger. Fig. 4 viser en spredningsanordning forsynt med to symmetrisk monterte injeksjonsinstallasjoner. Fig. 5 er et forenklet diagram av en anordning i likhet med den på fig. 4, men som videre er forsynt med forlengelser i form av avkortede kjegler plassert ved de respektive endepartier av blandekanalen. Fig. 1 viser skjematisk en kjent spredningsanordning av den type som er vist i fransk patent nr. 2.225.200. En slik anordning omfatter hovedsakelig en blandekanal 1 med sirkulært tverrsnitt og to åpne ender eller endepartier, hvilken kanal definerer en sym-metriakse ZZ'. Anordningen omfatter videre en injeksjonskanal 2 som er koaksial med kanalen 1 og avsluttes av en dyse 2a i et tversgående tverrsnittsplan 3, eller injeksjonsplan, som er plassert i nærheten av den tilstøtende endeseksjon 4, eller innløps-seksjon, av blandekanalen 1. Injeksjonskanalen 2 forbinder dysen med en trykkgasskilde (ikke vist på figuren).

Erfaringen viser at trykkgass injisert i en kanal såsom kanal 2, strømmer innen en omkrets som definerer en konus 5, hvis akse faller sammen med aksen ZZ' og hvis toppvinkel er stort sett lik 20°. Ved grensen mellom gassen og luften - hvilken grense defineres av konusen 5 - vil det stort sett ikke skje noen blanding mellom gassen og luften. Derimot vil luft, i sonen for kontakt-linjen-eller skjæringslinjen mellom konusen 5 og innerveggen av blandekanalen 1, meget sterkt suges inn og blandes med gassen etter denne sone.

Dersom D angir diameteren av blandekanalen 1 og L angir lengden av strømningsbanepartiet nedstrøms for det punkt hvor blandingen skjer, vil følgende forhold gjøre seg gjeldende:

I praksis velges lengden L' større av sikkerhetsgrunner, f.eks. slik at L' #4 D.

En kanal 6 med en utløpsåpning 6a i nærheten av injeksjonssonen definert av åpningen av ovennevnte dyse er forbundet med en kilde (ikke vist) for gass med et trykk som er betydelig lavere enn trykket i kilden som injeksjonsmunnstykket 2a er forbundet med. Fig. 2 viser skjematisk en gasspredningsanordning som også omfatter - i likhet med fig. l-en blandekanal 1 som har to åpne ender. I nærheten av innløpsenden eller innløpspartiet 4, munner to injeksjonsdyser 2'a, 2"a forbundet med kanaler 2' og 2", ut i blandekanalen 1, istedenfor en enkelt injeksjonsdyse 2a (som vist på fig. 1) i injeksjonsplanet 3. En kanal 6 som åpner gjennom en åpning 6a ved injeksjonssonen forbinder åpningen 6a med en kilde (ikke vist) for gass med et trykk som er betydelig lavere enn trykket i kilden som er forbundet med munnstykkene 2'a, 2"a. Fig. 3 viser skjematisk en flerinjektors dispersjonsanordning som omfatter to injeksjonsdyseinnretninger A og B, hvor dysene 2a i hver innretning er forbundet ved hjelp av kanaler 2 til en felles kilde (ikke vist) for gass under trykk. De to innretninger A og B kan være forbundet til respektive trykkgasskilder med forskjellige trykk, eller til respektive trykkgasskilder med samme trykk.

Dysene i de to innretninger munner ut i en injeksjonssone 3'

som defineres på figuren av dennes yttergrenser.

Uavhengig av injeksjonsdyseinnretningene 2a omfatter sprednings-anordningen flere kanaler 6 med utløpsåpninger 6a, som er forbundet med en kilde (ikke vist) for gass med et trykk som er lavere enn det laveste trykk i kildene forbundet med injeksjonsdysene.

En slik kilde for restgass med relativt lavt trykk, kan ha et trykk nær atmosfæretrykk eller til og med under atmosfæretrykk, men innen grensene for det lave trykk som dannes i ano"rdningen ved innløpsenden av blandekanalen.

I utførelseseksempelet på fig. 2 vil det ses at lengden L ned-strøms av det sted hvor luft blandes med injisert gass, er redu-sert med en halvpart sammenlignet med tilsvarende lengde i den konvensjonelle anordning vist på fig. 1.

I et utførelseseksempel på anordningen ifølge fig. 1 er strøm-ningstverrsnittet s av dysen 2a valgt slik at for et strømnings-tverrsnitt S av blandekanalen 1, oppnås det maksimal gasstrømr-ningshastighet forenlig med ønskede spredningsbetingelser definert ved den -nedre eksplosjonsgrense (NEG) . Dette fører til at følgende forhold: kvadratroten av blandekanalens strømningstverrsnitt kvadratroten av injeksjonsdysens strømningstverrsnitt ikke er lavere enn 50.

For å tilfredsstille de samme krav med hensyn til dispersjonsbe-tingelser, er det således nødvendig i utførelseseksempelet på fig. 2 å tilveiebringe injeksjonsdyser slik som 2'a og 2"a som har slike dimensjoner at summen av deres respektive strømnings-tverrsnitt er lik strømningstverrsnittet av dysen 2a i utførel-seseksempelet på fig. 1.

Tilveiebringelsen av flere injeksjonsdyser medfører den fordel at det gir mulighet for å redusere lengden, og således plassbe-hovene såvel som vekten av installasjonen, hvilket er ett av foreliggende oppfinnelses formål.

Prøver har overraskende vist at tilveiebringelse av flere dyser for injeksjon av restgass som skal spres, resulterer i betydelig forbedring av luftaspirasjon og at det under disse forhold er mulig å tilveiebringe en injeksjonsdyseinnretning som er arran-gert på en slik måte at summen av deres resp. strømningstverr-snitt er betydelig høyere enn den verdi som ikke må overskrides i'konvensjonelle installasjoner. I en dispersjonsanordning med flere injeksjonsdyser kan således forholdet mellom kvadratroten av den sylindriske blandekanals strømningstverrsnitt og kvadratroten av summen av de resp. injeksjonsdysers strømningstverr-snitt være lavere enn 50, og dette forholds nedre grenseverdi kan være så lav som 35.

Dette har spesielle fordeler når det gjelder eliminering av rest-gasser med lavt trykk, spesielt med et trykk som kun er noen ti-talls millibar over atmosfæretrykket. Disse forhold møtes i forskjellige typer lagringstanker for flytende hydrokarboner og i atmosfæriske separatorer.

Fig. 4 viser skjematisk en anordning for spredning av restgass som omfatter to symmetrisk motstående injeksjonsinstallasjoner.

Gasspredningsanordningen omfatter i dette utførelseseksempel en sylindrisk blandekanal 1 som har to åpne ender eller endepartier la og 1'aogto motstående og symmetrisk monterte in jeks jonsin-stallasjoner plassert hhv. ved de to ender l'aog lb.

Fig. 4 viser skjematisk et eksempel på en anordning hvor hver av injeksjonsinstallasjonene omfatter to injeksjonsdyseinnretninger A, B og A', B<1>. Dysene 2a i hver innretning såsom A er forbundet ved en kanal såsom 7a til en felles kilde (ikke vist) for gass under trykk. Dysene 2'a i innretningen A', som er symmetrisk i forhold til innretningen A, er tilsvarende forbundet ved en kanal 7a til en felles kilde (ikke vist) for drivgass.

Kanalene 7a og 7'a er hver forbundet med nevnte kilde ved resp. tre-veis ventiler 8 som fjernstyres på en slik måte at de beveger seg fra én stilling hvor de forbinder kanalen 7a i innretningene A, B til kilden gjennom en kanal 9, til en andre stilling hvor ventilene 8 forbinder kanalen 7'a i innretningene A', B' med kilden gjennom kanalen 9.

Hver tre-veis ventil 8 påvirkes av en påvirkningsanordning 10 som fjernstyres ved hjelp av en manuell styringsanordning, eller ved hjelp av en anordning 11 som måler vindretningen.

Innretningene A, B, A<1>, B<1> er forbundet respektivt med forskjellige gasskilder. Imidlertid kan de også være forbundet med en enkelt, felles gasskilde.

Når den er montert i stort sett horisontal stilling, er en slik spredningsanordning på grunn av reverseringsmekanismen som vir-ker på ventilen 8, i stand til å virke i én retning eller i motsatt retning, og spesielt i den retning som tilsvarer den midlere retning av den rådende vind.

Det er fordelaktig å forsyne fjernstyringsmidlene med en tidskon-stantanordning, slik at reversering av funksjonsretningen kun iverksettes etter at endringen i vindretning har stabilisert seg.

Når injeksjon av restgass utføres ved hjelp av innretningene A og B, forårsaker innretningene A' og B<1> og tilhørende kanaler et visst trykkfall eller trykktap i gasstrømmen og utgjør således en faktor som øker turbulensen og derved forbedrer blandingen mellom gass og luft.

På grunn av oppfinnelsens særtrekk er det mulig å forlenge blandekanalen ved dens to ender eller endepartier ved hjelp av kanal-partier 12 og 12' med form av en avkortet kjegle som har en pas-sende toppvinkel og som smalner av mot det indre rom i blandeka-

nalen 1, slik det fremgår av fig. 5.

Denne konstruksjon gjør det mulig å redusere, eller til og med fullstendig å kompensere, trykktapet som bevirkes av injeksjons-installasjonenes tilstedeværelse.

I utførelseseksempelet vist på fig. 5 åpner injeksjonsdysene 2a og 2'a hhv. foran innløps- og utløpsendepartiene av selve blandekanalen.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de viste og beskrevne utførel-seseksempler, idet en fagmann kan forestille seg mange modifika-sjoner uten å avvike fra oppfinnelsens idé og ramme slik den er definert i de følgende krav.

Claims (2)

1. Anordning for spredning i atmosfæren av en restgass

som inneholder gassformige hydrokarboner, omfattende en blandekanal (1) som har to åpne endepartier, en injeksjonsanordning (2) som åpner inn i en injeksjonssone dannet i nærheten av et endeparti (4) av en blandekanal (1), idet forholdet mellom kvadratroten av strømningstverrsnittet av blandekanalen og kvadratroten av strømningstverrsnittet for åpningen av injeksjonsanordningen ligger mellom 35 og 300, karakterisert ved at injeksjonsanordningen omfatter i det minste en sammenstilling (A) av dyser (2a), idet hver dyse i én sammenstilling er forbundet med en felles kilde av restgass under trykk.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at blandekanalen (1) er montert stort sett horisontalt og at hver av de to åpne endepartier (la, l'a) av blandekanalen (1) er forsynt med en injeksjonsanordning som åpner inn i en injeksjonssone, idet begge injeksjonsanordninger er av lignende konstruksjon og er montert symmetrisk slik at de er rettet mot hverandre i det indre rom av blandekanalen, og idet injeksjonsanordningene er forbundet med en reguleringsmekanisme (8, 10, 11) slik at injeksjonsanordningen etter valg settes i drift ved det ene eller andre endeparti.