NO149148B - Fremgangsmaate og innretning for separasjon og adskilt stroemning av gass og vaeske i et stroemningssystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår separasjon og adskilt eller

ledet strømning av gass og væske i et strømningssystem,

f.eks. ved transport av gass og væske, såsom olje, i en rørledning.

Innenfor den kjemiske prosessindustri, og også

innenfor oljeindustrien, er man ofte stillet overfor problemer med varierende gassansamlinger innenfor tran-sportsystemer (rørsystemer) som i det vesentlige er dimensjonert og konstruert på grunnlag av hydrauliske kriterier.

Innenfor prosessindustrien kan gassansamlinger oppstå i et væsketransportsystem som funksjon av ulike damptrykk for forskjellige komponenter i en væskeblanding, eller p.g.a. kjemiske reaksjoner som bevirker intermitterende eller kontinuerlig' gassdannelse under transport av væsken. Man er oppmerksom på at slike fenomener forekommer men det finnes ikke dimensjonerende regler for å kompensere for de uheldige virkninger som kan oppstå. Man står overfor problemer med ofte betydelig redusert kapasitet i et system,

pulserende væskeføringer, såkalt slug-flow, samt vanskelig-

heter med drift av pumper, instrumentering etc.

Innenfor oljeindustrien er problemene spesielt

store, idet man som oftest har variabel strømning av

olje og gass ved produksjon fra et brønnhode.

Generelt gjelder at de fenomener som dekkes av betegnelsen "slug-flow"^opptrer når gassansamlinger i en væske under transport i et rørsystem er blitt så store

at det ved det rådende trykk oppstår et intermitterende, pneumatisk system over en viss utstrekning av.rørsystemet.

I et horisontalt, rett rørsystem vil man få en relativt

liten forstyrrelse av væskestrømmen. Større forstyrrelser opptrer ved retningsforandringer, spesielt i vertikal-

planet, når det dannes gassplugger som helt eller delvis bryter væskestrømmen. Når en gassansamling frigjøres i en prosessinnretning, tank eller lignende, ofte ved samtidig

reduksjon av trykket, skjer en gassekspansjon som medfører uønskede akselerasjoner og retardasjoner på væskesiden,

ofte med betydelige mekaniske belastninger på rørsystemet..

Man vil innse at de omtalte problemer ville kunn unngås dersom man kunne sørge tor separasjon av gasse og væsKen i et slikt strømnings-system, og ledet eller tvungen strømning av det ene eller begge medier i bestemte retninger i strømningssystemet.

Formålet med oppfinnelsen er således å tilveie-bringe en fremgangsmåte og en innretning som sørger for separasjon og ledning av en gass/væskeblanding, tofasestrømning, innenfor ett og samme strømningssystem, ved at det opprettes adskilte,pneumatiske og hydrauliske strømningsmønstre innenfor systemet.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveie-brakt en fremgangsmåte for separasjon og adskilt strømning av gass og væske i et strømningssystem, f.eks. et rørsystem,

i hvilket det strømmer en væske eller en væskeblanding som inneholder gass eller avgir gass som en funksjon av tid og/eller variabelt trykk, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at gassen tillates å separeres kontinuerlig fra væskefasen og derved opprette og vedlikeholde et pneumatisk system som er i trykklikevekt med det hydrauliske system, ved at de to faser adskilles av minst ett permeabelt sperresjikt, f.eks. av tekstilmateriale, som er slik anordnet langs strømningssystemets lengde at det tyngste medium til enhver tid vil befinne seg på den side av sperresjiktet som gravimetriske krefter betinger, samtidig som sjiktet tillater endring av det tilgjengelige tverrsnitt for de to faser langs strømningssystemets lengde, for å kompensere for variasjoner i mengde mellom de to faser.

En innretning for utførelse av fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den omfatter minst ett på tvers av strømningsretningen permeabelt sperresjikt som er anordnet i strømningssystemets lengderetning slik at gassen tillates å separeres kontinuerlig fra væskefasen ved vandring gjennom sperresjiktet, idet sperresjiktet er slik anordnet langs strømningssystemets lengde at det tyngste medium til enhver tid vil befinne seg på den side av sperresjiktet som gravimetriske krefter betinger, og idet sjiktet tillater endring av det tilgjengelige tverrsnitt for de to faser langs strøm-ningssystemets lengde.

Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes

et permeabelt materiale som et sperresjikt for å skille og holde adskilt gass fra væske innenfor systemer hvor i det vesentlige de samme totale, statiske trykk råder i begge medier på samme punkt i systemet. Måten trykkene oppstår på er i denne sammenheng uvesentlig. Bevegel-

sene av mediene kan være fra vertikal til horisontal idet kravet til friksjonsmotstand i sperresjiktet vil variere med vinkelen på sperresjiktet og tilsvarende med strømningsvinkelen på mediet eller mediene i for-

hold til horisontalplanet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i

det følgende under henvisning til tegningene som viser illustrerende skisser for forklaring av prin-

sippene for oppfinnelsen, samt utførelseseksempler på innretninger ifølge oppfinnelsen, og der fig. la - lc viser forskjellige, prinsipielle tilstander i for-

bindelse med et permeabelt sperresjikt mellom et pneumatisk og et hydraulisk system, fig. 2a - 2c viser en innretning ifølge oppfinnelsen representert ved en rørledning som utgjør et prinsipielt, delt strøm-ningssystem med separasjon og ledning av en gass/oljeblanding, og fig. 3a og 3b viser et ytterligere eksempel på et rør for tofasestrømning hvor det permeable materiale er innspent i røret i en stjerneformet konfigurasjon.

Bobler som er dispergert i væske i et

lukket strømningssystem, utgjør en del av det hydrau-

liske system, men er dog selvstendige, pneuamtiske enheter» Dersom man kan kan samle flere bobler til større enheter, vil man imidlertid kunne oppnå å skape pneumatiske strømningssystemer som helt eller delvis omgitt av væske fungerer med de statiske trykk som forefinner i systemet som drivende kraft.

For å oppnå dette må det statiske, hydrauliske trykk overføres til gassen samtidig som de to medier får adgang til å danne separate strømningssystemer innenfor hvilke henholdsvis pneumatiske og hydrauliske, kjente strømningsbe-tingelser gjør seg gjeldende. Generelt kan man si at disse betingelser er ensartede for gass- og væskesysterner. Det er imidlertid kjent at et mediums spesifikke vekt og viskositet påvirker trykkfallet innenfor de respektive systemer og således f.eks. betinger ulike transporthastigheter for de nevnte medier ved det samme absolutte trykk.

Fig. la viser et homogent, permeabelt materiale som et sperresjikt 1 mellom et pneumatisk system 2 og et hydraulisk system 3 bestående av en definert væske eller en blanding av flere væsker. Så lenge det mellom mediene ikke eksisterer noe differansetrykk som overstiger den hydropneumatiske friksjonsmotstand, (bestående av bl.a. kapillærkrefter og overflatespenninger),! sperresjiktet 1, vil dette forhindre at systemets strømningsmønstre påvirker hverandre.

Skulle man, som vist på fig. lb, få en gassansamling 4 på sperresjiktets 1 væskeside 3, vil det oppstå en trykkdifferanse mellom det pneumatiske system 2 og gassansamlingen 4 som utgjøres av høyden H av gassansamlingen. Dette pneumatiske differansetrykk vil bevirke at gassansamlingen vil vandre gjennom sperresjiktet 1 og bli en del av det pneumatiske system når H > .

På tilsvarende måte vil en væskeansamling 5 på sperresjiktets 1 overside, som vist på fig. lc, forårsake et hydraulisk tilskuddstrykk, i prinsippet tilsvarende væskeansamlingens høyde h. Trykkdifferansen vil bevirke at væsken vandrer gjennom materialet 1 inntil hydropneumatisk likevekt er gjenopprettet. Dette vil skje såfremt hastig-heter i det pneumatiske system ikke forårsaker medrykking og desintegrering av væsken til partikler som kan transporteres pneumatisk.

De foran omtalte forhold danner grunnlaget for den ifølge oppfinnelsen tilveiebrakte fremgangsmåte for kontroll av en to-fasestrømning, hvormed man generelt sett forbinder strømning av en gass og en væske eller væskeblanding innenfor ett og samme system eller samme innretning, f.eks. en rør-ledning.

I det følgende skal det beskrives eksempler på innretninger for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnel-

sen.

På fig. 2a - 2c er det skjematisk og prinsipielt

vist en innretning for separasjon og ledning av en gass/ oljeblanding, tofasestrømning, innenfor ett og samme system.

Figurene viser en seksjon av en rørledning 6 i lengdesnitt og i tverrsnitt, i hvilken et permeabelt sperresjikt 7 ad-

skiller en gassmengde 8 og en oljemengde 9 som strømmer i retning av de viste piler. Fig. 2b viser hvordan gassansamlinger 10 og 11 under påvirkning av de virkende, gravimetriske krefter stiger mot sperresjiktet 7 og vandrer gjennom dette, idet sperresjiktet er dimensjonert og anordnet i overensstemmelse med de foran omtalte prinsipper.

Når det dreier seg om et rørsystem med retningsforandringer, må sperresjiktet, eller en konfigurasjon av sjikt,

være anbrakt og orientert slik at det tyngste medium til enhver tid vil befinne seg på den side av sperresjiktet som gravimetriske krefter betinger, f.eks. ved at sperresjiktet gis skruelinjeform i en 180° rørledningsbøy i vertikalplanet.

Eksemplet ifølge fig. 2a - 2c viser kun ett perme-

abelt sperresjikt, med man kan i praksis tenke seg flere sjikt med forskjellig permeabilitet avhengig av væskefasens viskøse egenskaper som vil påvirke de hydropneumatiske frik-sjonsforhold over sjiktene. Sperresjiktet 7 er vist i sentrum av røret 6, men andre posisjoner o.g konfigurasjoner kan meget vel tenkes avhengig av hvilke kvantiteter av de ulike faser man forutsetter å transportere.

Innenfor oljeindustrien opererer man med GOR-tall (Gas/Oil Ratio) som kan variere betydelig, f.eks. 1/50, 1/300, 1/1000 etc. Betingelsene for funksjonen er at det råder trykklikevekt mellom de to faser på ethvert punkt i strømnings-systernet, samt at sperresjiktet og trykkfallet over dette er slik dimensjonert at hastighetsdifferansen mellom de to /

medier ikke bevirker en tilbakeføring av gass gjennom materi-

alet til væskefasen. Sperresjiktets struktur og/eller konfigurasjon bør således være slik at man oppnår fleksibilitet i det vesentlige kun på tvers av bevegelsesretningen slik at tilgjengelig tverrsnitt for de to faser kan varieres auto-

matisk innenfor gitte grenser.

Fig. 3a og 3b viser et ytterligere utførelseseksem-pel på et rør 12 for tofasestrømning i hvilket det permeable materiale 13 er innspent i røret i en stjerneformet konfigurasjon. I det viste rørtverrsnitt er arrangementet vist helt skjematisk. Det innspente materiale kan eksempelvis være formet som et sekskantet rør som er forbundet med det ytre rør 12 ved hjelp av materialstykker som sammen med det sekskantede rør danner passasjer med trekantet tverrsnitt på den viste måte.

På horisontale rørstrekninger vil den transpor-terte væskeblanding befinne seg nederst i røret 12. Ved retningsforandringer i horisontalplanet vil væskefasen 14 forskyve seg gjennom sjiktene og bli liggende langs rørets 12 periferi i en vinkel med vertikalen som vil være bestemt av de opptredende gravitasjons- og sentrifugalkref-ter.

Ved retningsforandring fra horisontal til vertikal rørføring vil man også få en fordeling av væskefasen langs rørets 12 periferi utenfor det sentrale, i eksemplet sekskantede rør som ved loddrett transport vil befordre gass-fasen.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for separasjon og adskilt strømning av gass og væske i et strømningssystem, f.eks. et rørsystem, i hvilket det strømmer en væske eller en væskeblanding som inneholder gass eller avgir gass som en funksjon av tid og/ eller variabelt trykk, karakterisert ved at gassen tillates å separeres kontinuerlig fra væskefasen (9) og derved opprette og vedlikeholde et pneumatisk system som er i trykklikevekt med det hydrauliske system, ved at de to faser adskilles av minst ett permeabelt sperresjikt (7), f.eks. av tekstilmateriale, som er slik anordnet langs strømningssystemets lengde at det tyngste medium (9) til enhver tid vil befinne seg på den side av sperresjiktet (7) som gravimetriske krefter betinger, samtidig som sjiktet tillater endring av det tilgjengelige tverrsnitt for de to faser (8, 9) langs strømningssystemets lengde, for å kompensere for variasjoner i mengde mellom de to faser.

2. Innretning for separasjon og adskilt strømning av gass og væske i et strømningssystem, f.eks. et rørsystem, i hvilket det strømmer en væske eller en væskeblanding som inneholder gass eller avgir gass som en funksjon av tid og/eller variabelt trykk, karakterisert ved at den omfatter minst ett på tvers av strømningsretningen permeabelt sperresjikt (7) som er anordnet i strømnings-systemets lengderetning slik at gassen (10, 11) tillates å separeres kontinuerlig fra væskefasen (9) ved vandring gjennom sperresjiktet (7), idet sperresjiktet er slik anordnet langs strømningssystemets lengde at det tyngste medium (9) til enhver tid vil befinne seg på den side av sperresjiktet som gravimetriske krefter betinger, og idet sjiktet (7) tillater endring av det tilgjengelige tverrsnitt for de to faser (8, 9) langs strømningssystemets lengde.