NO152730B - Separator for adskillelse av olje og gass - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en separator for separering

av en raoljetilførsel som inneholder gass til gass og væske, hvor separatoren innbefatter et innløpskammer som har et kontrollerbart variabelt innløp til tilførsel, anbragt slik at tilførselen som innføres gis anledning til å danne en nedad strømmende virvel av væske, fra hvilken en oppad strømmende virvel av gass separeres, et øvre utløp for virvelen av gass innbefattende et rør som rager nedad inn i innløpskammeret fra toppen av dette som en virvelsøker, hvor innløpskammeret strekker seg nedad inn i et frigjøringskammer fra hvis indre overflate det er bragt i avstand, den nedre åpne enden av inn-løpskammeret er anordnet for å slippe ut den nedad strømmende

virvel av væske inn i frigjøringskammeret, hvor frigjørings-kammeret har et nedre væskeutløp som i bruk tilveiebringer en væsketetning.

Når olje produseres fra en brønn, tvinges den fra forrådet av det naturlige trykk opp gjennom brønnen til over-flaten. Når oljen stiger, blir trykket mindre, og gass som er forbundet med oljen blir etterhvert frigitt fra oppløsningen.

Etter utstrømningen fra brønnen er det nødvendig å behandle blandingen av flytende olje og gass for å fjerne den frie gass og også oppløst gass som har en tendens til å komme ut av oppløsningen når oljen holdes ved ca. atmosfæretrykk, f. eks. under transport i et tankskip.

For å gjøre dette er det tidligere benyttet store beholdere kjent som separatorer. Disse er vanligvis utformet som lange, horisontalt plasserte sylindre som inneholder et system av ledeplater, skumfjernere og tåkefjernere. Enkelttrinnsseparasjon hvor det benyttes én béholder og flertrinns-separasjon hvor det benyttes en rekke beholdere er begge deler tidligere anvendt. I tilfelle av en enkelttrinnsseparasjon vil i hvert fall noen av butanene og pentanene skille seg fra gassen,og andre tyngre komponenter kan også skille seg fra gassen og således bli tapt fra væsken.

Dette tap kan i stor grad unngås ved flertrinns-separasjon hvor et antall beholdere benyttes i serie, og hvor oljen føres fra en beholder til neste og utsettes for en etter hverandre følgende reduksjon av trykket i hver beholder. I hver beholder blir bare en del av gassen trukket ut av opp-løsningen. Så mange som syv separasjonstrinn er blitt benyttet for å sikre en maksimal tilbakeholding av butan og pentan i den flytende olje.

Slikt voluminøst og tungt utstyr er egnet for bruk på land hvor plass og vekt ikke er av primær betydning. På

offshore produksjonsplattformer er det imidlertid av vesentlig økonomisk betydning å redusere størrelsen og vekten til behand-lingsutstyret, og særlig til den dekkflate som opptas av slikt utstyr.

Sykloner, dvs. beholdere, som separerer blandinger

i motsatt bevegede hvirvler er tidligere blitt foreslått for separering av gass og væske. F. eks. er det i britisk patent nr. 1227128 beskrevet en syklonseparator som omfatter et skall med sirkulært tverrsnitt som er plassert vertikalt og har et innløp hosliggende til den øvre ende hvor det innføres en blanding tangensielt til skallet, hvilken blanding bringes til å strømme langs en nedoverrettet skruelinjeformet bane i skallet. Blandingen separeres i en indre gasshvirvel og en ytre væskehvirvel. Skallet har et utløp for fjerning av gassen fra skallet og et system for fjerning av væsken fra hvirvelen av gass og tilføring av denne til den separerte væske. Separatoren er egnet for bruk som en gassvasker, dvs. for en innmating i hvilken den kontinuerlige fase er en gass og inneholder mindre væskemengder.

Imidlertid består råolje som kommer fra en brønn vanligvis av en skummende blanding, den kontinuerlige fase er væskeformet og det er et behov for en separator som er i stand til å separere en slik blanding, men som er mindre enn de vanlige separatorer som omtalt ovenfor.

Videre er det i U.S. patent nr. 3548569 beskrevet

en syklonseparator for separering av gass-væskeblandinger, særlig kjemisk reaktive gasser som er mottagelige for dimeriser-ing fra tilhørende væsker. Et oppdemmingssystem er innbefattet som en innretning for nivåkontroll.

For operasjoner, f. eks. i et oljefelt ved et råolje-oppsamlingssenter, har erfaringene vist at strømningshastighe-ten for innmatingen til separatoren kan variere innenfor vide grenser, f. eks. med en faktor på 5 : 1. Også sammensetningen av innmatingen har en tendens til å variere ved at ansamlinger av flytende olje eller ansamlinger av gass blir mottatt av separatoren. For effektiv bruk på oljefelt må en separtor være i stand til å håndtere såvel variasjoner i strømningsmengden for innmatingen og forandringer i innmatingens forhold mellom gass og væske. Det ovenfor nevnte U.S. patent nr. 3548569 vil ikke være egnet for slik bruk fordi den krever at såvel strøm-ningsmengde og sammensetning skal være relativt konstant.

Britisk patent nr. 2.000.054B beskriver en syklonseparator som er i stand til å separere en skummende råolje-blanding og et separatorsystem som benytter denne, og britisk patent nr. 2.035.150B beskriver en forbedret syklonseparator. Syklonseparatoren er nu videre utviklet og forbedret.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det til-veiebragt en syklonseparator av den art som er definert i inn-ledningen til krav 1 og som kjennetegnes ved at den nedre åpne enden av innløpskammeret er formet enten som en sylinder eller som en konus hvis vinkel er mindre enn 5°, og at en sirkulær støtplate med diameter hensiktsmessig minst 0,75 og høyst 1,5 av diameteren for basisen til konusen eller sylinderen, er anbragt på tvers i forhold til aksen av konusen inntil og under nevnte nedre ende for å lede den nedad strømmende væskevirvel, og ved at et væsketetningsutløp innbefatter et rør, hvor den nedre innløpsenden av dette er lokalisert inntil basisen av frigjøringskammeret for å tilveiebringe nevnte væsketetning.

Separatoren er hensiktsmessig dimensjonert slik at den kan drives med innmatninger medcvarierende sammensetning, f.eks. sansamlinger av væske etterfulgt av ansamlinger av gass, slik det vanligvis forefinnes ved et råoljesamlesenter.

Hensiktsmessig er det i området ved den nedre ende av den sylindriske flate plasserten ledeplate eller støt-plate for å danne kontakt med den nedoverstrømmende hvirvel av væske.

En hensiktsmessig anordning for ledeplaten er i form av en plate som er plassertpå tvers i forhold til sylinderen og i området ved den nedre ende av denne, f.eks. under, for å tilveiebringe en åpning mellom platen og den nedre ende av sylinderen, slik at ved bruk væsken kommer i kontakt med platen og strømmer over dens kanter til den nedre del av beholderen. Hensiktsmessig er størrelsen til åpningen innstillbar, og platen er plassert symmetrisk i forhold til lengdeaksen til sylinderen.

Med regulerbart innløp er ment et innløp som kan reguleres for å variere innløpshastigheten uavhengig av innmat-ingsmengden. Ventilanordninger eller lignende oppstrøms for det regulerbare innløp kan anordnes for å regulere hastigheten med hvilken innmatingen tilføres til beholderen.

Innløpet til beholderen er fortrinnsvis rektangulært eller firkantet i tverrsnitt for å være behjelpelig med en tangensiell innføring.

Det regulerbare innløp kan omfatte en innstill-

bar lukker for å begrense innløpet, f.eks. som beskrevet i britisk patent nr. 2.000.054B og i britisk patent nr. 2.035.150B.

Det kan være truffet tiltak for injisering av et oppskummingsmiddel, f. eks. silikonolje, ved et egnet sted.

Med uttrykket sylinder er det ment å innbefatte ikke bare en sylinder, men også en avkortet kjegle, hvis vinkel ved spissen er mindre enn 5° (sett i vertikalretning). I tilfelle av en avkortet kjegle er diameteren for kjeglen ved dens nedre ende hensiktsmessig minst 0,90 av diameteren ved den øvre ende.

I tillegg kan det være en ansamling av ledeplater som er plassert under platen, hvilken ansamling omfatter flere flate ledeplater som er plassert radielt i forhold til beholderens akse og vertikalt.

Forholdet mellom diameteren for hvirvelsøkeren og den for beholderen i området ved innløpet kan ligge mellom 0,40 og 0,80, hensiktsmessig mellom 0,55 og 0,65. Hvirvelsøke-ren kan rage inn i beholderen under senterlinjen for innløpet og kan hensiktsmessig ende ved et nivå mellom senterlinjen for innløpet og den øvre ende av frigjøringskammeret, eller den kan utstrekke seg til nivået med den øvre ende av frigjørings-kammeret .

Hvirvelsøkeren kan i området ved den nedre ende ha en utvidet del som betegnes som et skjørt, for å redusere meng-den av væske som medføres i gassen som strømmer oppover i hvir-velsøkeren .

Betegnelsen som er brukt angående nedre, øvre og vertikal viser til separatoren i dens plassering for normal bruk.

Hensiktsmessig er det nedre utløp for væske utformet som et rør som er plassert slik at det trekker ut væske fra et punkt nær bunnen av beholderen.

Frigjøringskammeret kan være anordnet ved en for-størret nedre del av beholderen.

I tilfelle av en beholder hvis horisontalsnitt er sirkulært kan diameteren til den forstørrede del hensiktsmessig være 1,10 - 2,0 av diameteren for den øvre del.

Utløpet for utføring av gass fra frigjøringskamme-ret har til formål å forhindre at gass .som ikke er separert fra væske ved sentrifugalvirkningen i sylinderen skal bevirke en utstrakt oppskumming i frigjøringskammeret.

Med volumet i beholderen under hvor den sylindriske flate ender er det ment en del av frigjøringskammeret.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er det tilveie-bragt et separatorsystem som er egnet for separering av råolje som inneholder gass og med et gass til væske volumforhold mellom 1,5 : 1 og 15 : 1 ved separasjonsbetingelser til en væske som inneholder ikke mer enn 10 % gass med en gass som ikke inneholder mer enn 500 volum ppm væske, hvilket system omfatter en separator som beskrevet ovenfor hvor hvirvelsøkeren er forbundet enten til a) en gassvasker for fjerning av olje fra gassen eller b) innløpet til en andre separator, som beskrevet ovenfor.

Volumet til den første separatorbeholder i forhold til volumet for den andre separatorbeholder kan ligge i området mellom 1,5 : 1 og 6 : 1.

Når systemet omfatter to separatorer, kan hvirvel-søkeren for den ene være forbundet til innløpet og den andre ved hjelp av et rør som innbefatter en albue og hensiktsmessig flere utrettingsvinger som er anordnet på linje for å redusere en spinnbevegelse for gassen.

Hensikten med gassvaskeren eller den andre separator er å fjerne dråper av flytende olje fra gassen. Gassvaskeren kan være. en beholder som inneholder en flate som er utstyrt f. eks. med stålull, fin tråd, stenull, glassfiber eller lignende, på hvilken flate dråpene av olje samles. Flaten kan være anordnet slik at dråpene faller ned på den og samles ved bunnen av beholderen. En særlig hensiktsmessig flate er utstyrt med en vevet stålull som markedsføres under betegnelsen "Knitmesh".

Innmatingen kan også inneholde faste stoffer som vanligvis er tilstede i råolje i mengder som er vanlige. Slike faste stoffer separeres med den flytende olje.

Innmatingen kan ha et gass til væskeforhold mellom 1,5 : 1 og 15 : 1 og kan eventuelt inneholde vann i mengder opp til 50 % (begge mengder er volummengder som viser til væsken ved separasjonsbetingelser), og trykket i beholderen kan være mellom 1 og 7 0 bar abolutt trykk og prosessen kan innbefatte regulering og driftsbetingelser innenfor de angitte områder for å oppnå en separert gass som inneholder ikke mer enn 100 volum ppm av væskeformet olje og en separert væskeformet olje som inneholder ikke mer enn 10 % gass.

Prosessen kan reguleres for å gi gass som inneholder mindre enn 50 ppm av flytende olje og mindre enn 10 ppm.

I mange tilfeller er det foretrukket å regulere innløpshastigheten til beholderen i området mellom 5 og 100 m/sek. for å forbedre hvirveldannelsen.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegnin-gen, som viser: fig. 1 og 2 vertikalsnitt av forskjellige utførel-ser av en separator ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 og 4 sideriss av ytterligere utførelser av oppfinnelsen.

Selv om det ikke er vist på tegningene, innbefatter alle utførelser innstillbare lukkere for å begrense, innløpet, som beskrevet i de britiske patenter nr. 2.000.054B og 2.035.150B og også en ventil oppstrøms for lukkeren for å regulere inngangshastigheten for innmatingen til beholderen.

Ved alle utførelser som er vist på fig. 1 - 4 er separatoren generelt betegnet med henvisningstallet 2 og omfatter en beholder 4 med et innløp 6 med rektangulært tverrsnitt som er plassert tangensielt i forhold til beholderen 4 for å bevirke at den innkommende mengde danner en nedover roterende hvirvel av væske og en oppover roterende hvirvel av gass. Innløpet 6 er styrbart variabelt, som beskrevet i de britiske patenter nr. 2.000.054B og 2.035.150B for å gi endr-

ing av kapasiteten. Separatoren har en hvirvelsø-

ker 8 som fører til et utløpsrør 10. Ved utførelsene som er vist på fig. 1, 3 og 4 har separatoren en hul avkortet kjeglekonus 12 med liten vinkel (vinkelen ved spissen av konusen er 3°) for å gi en flate for hvirvelen av væske. Forholdet mellom diameteren til konusen ved dens nedre ende og den ved den øvre ende er 0,88. På fig. 2 er det anordnet en hul sylinder 12 som understøttes av en avkortet kjeglekonus 11. På alle figurer er et frigjøringskammer 15 anordnet ved rommet mellom konusen 12 og veggene 7 til den nedre del av beholderen, og et utløp er vist for fjerning av gass fra frigjøringskammeret.

Plassert på tvers i forhold til aksen til konusen 12 og en liten avstand under den nedre ende av denne er en ledeplate i form av en sirkulær plate 14, hvis formål er å stoppe hvirvelen av væske. Diameteren til platen er hensiktsmessig minst 0,7 5 av diameteren for basisen til konusen eller sylinderen og kan være opp til 1,50. Det er anordnet innret-ninger (ikke vist) for bevegelse av platen opp for å innstille størrelsen av åpningen mellom den nedre ende av konusen og platen for å optimalisere ytelsen. På fig. 3 er det under platen 14 plassert en ledeplateanordning som generelt er be-, tegnet med henvisningstallet 29, og som består av seks rektan-gulære plater 22, 24, 26, 28 og 32 som er plassert vertikalt og radielt i forhold til beholderens akse. Ved basisen av beholderen er et krummet utløp 16 for væske anordnet slik at væsken trekkes ut fra nær bunnen av beholderen for å redusere risikoen for medføring av gass i væsken under utstrømningen.

Et sett utrettingsblad (ikke vist) kan være anordnet i utløpsrøret 10 for å eliminere ethvert spinn eller rotasjon for gassen.

På fig. 2 har separatoren en kort konisk del 11 fra hvilken det utgår en sylinder 12. Hvirvelsøkeren 8 har en utvidet del for å tilveiebringe et skjørt 9 for å redusere ten-densen til at væskedråper på det ytre medføres i gassen som strømmer oppover i hvirvelsøkeren.

Alle utførelser innbefatter et væskenivåregulerings-system 30 (vist bare på fig. 4), hvor en ventil 31 på utløps-røret 16 reguleres av en nivåregulator som reagerer på væske-nivået i beholderen.

Eksempler 1 og 2

Bruk av en enkelt syklon: innmating inneholder antiskummings-middel

Syklonseparatoren var en enkelt beholder, som vist på fig. 2, og dimensjonene var følgende:

Henvisninger til diametre er til indre diameter hvor det er egnet.

Driftsbetingelsene og ytelsesdata for begge eksempler er angitt i den følgende tabell:

Separatorene beskrevet ovenfor kan drives med inn-matinger som kan inneholde ansamlinger og gass etterfulgt av ansamlinger av væske på opp til 20 rørdiametre. De kan også drives ved hastigheter for gjennomgangen som kan variere med en faktor på 10.

Separatorene er også egnet for anbringelse ved et råolj esamlested.

Hvis ikke sammenhengen klart angir annet, er henvis-ningen til volum for gass og gass til væskeforhold gitt ved standardbetingelser med hensyn til temperatur og trykk, dvs. 1,013 bar absoluttrykk og 15,6°C temperatur.

Angivelsen ppm angir deler pr. million regnet ut fra volum.

Claims (4)

1. Separator egnet for separering av en råoljetilførsel

som inneholder gass til gass og væske, hvor separatoren innbefatter et innløpskammer (4) som har et kontrollerbart variabelt innløp (6) til tilførsel, anbragt slik at tilførselen som inn-føres gis anledning til å danne en nedad strømmende hvirvel av væske, fra hvilken en oppad strømmende hvirvel av gass separeres, et øvre utløp fra hvirvelen av gass innbefattende et rør (8) som rager nedad inn i innløpskammeret (4) fra toppen av dette som en hvirvelsøker, hvor innløpskammeret (4) strekker seg nedad inn i et frigjøringskammer (15) fra hvis indre overflate deter bragt i avstand, den nedre åpne enden av innløps-kammeret (4) er anordnet for å slippe ut den nedad strømmende hvirvel av væske inn i frigjøringskammeret (15), hvor frigjør-ingskammeret har et nedre væskeutløp som i bruk tilveiebringer en væsketetning, karakterisert ved at den nedre åpne enden (12) av innløpskammeret (4) er formet enten som en sylinder eller somen konus hvis vinkel er mindre enn 5°, og at en sirkulær støtplate (14) med diameter hensiktsmessig minst 0,75 og høyst 1,5 av diameteren for basisen til konusen eller sylinderen, er anbragt på tvers i forhold til aksen av konusen inntil og under nevnte nedre ende for å lede den nedad strømm-endevæskehvirvel, og ved atet væsketetningsutløp innbefatter et rør (16), hvor den nedre innløpsenden av dette er lokalisert inntil basisen av frigjøringskammeret (15) for å tilveiebringe nevnte væsketetning.

2. Separator ifølge krav 1, karakterisert v e d at det under ledeplaten (14) er anordnet en ledeplate-ansamling (2) som omfatter flere plater (22,24,26,28,30 og 32) som er plassert radielt i forhold til beholderens (4) akse og vertikalt.

3. Separator ifølge krav 1, karakterisert ved at det nedre utløp for væske er plassert slik at væsken trekkes ut fra nær beholderens (4) bunn for å redusere inn-blanding av gass i væsken.

4. Separator ifølge krav 1, karakterisert ved at hvirvelsøkeren (8) er utstyrt med et skjørt (9).