NO160052B - Innretning for behandling av blandinger av vaeske og gass. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en innretning for behandling av blandinger med væske og gass ifølge kravenes innledning.

Betegnelsen gass benyttes i denne sammenheng som også å omfatte damp.

I det etterfølgende vil en slik rørvegg med hvirvel-fordelingsanordninger bli betegnet med uttrykket hvirvelrør. Hvirvelrør er i utstrakt bruk i oljeindustrien og i den kjemiske industri. De kan benyttes i søyler kun for separering av gass-væskeblandinger, samt i søyler for kontakt-dannelse mellom væsker og gass for å gjennomføre en utveks-1 ling av substanser og/eller varme mellom fasene og etterføl-gende separering av fasene. Hvirvelrørene er normalt montert i eller over åpningene i ett eller flere horisontale trau. Dersom de benyttes i søyler for kontakt mellom væsker og gasser, har de blandekamre med separate inntaksanordninger for væske og gass. I blandekamrene forstøves væsken i den tilførte gasstrøm slik at partikler og/eller varme kan utveksles mellom væsken og gassen. Den på denne måte dannede blanding av væske og gass tilføres deretter til hvirvelforde-lingsanordningene for adskillelse av væsken fra gasstrømmen.

Et eksempel på en innretning av den ovenfor beskrevne type er omtalt i GB 1 123 546. Denne kjente innretning omfatter en sylindrisk vegg som omslutter et indre rom

i hvilket en skovlkonstruksjon er anordnet for adskillelse

av væske fra en gass/væskeblanding. Den sylindriske vegg har tappeåpninger for væske for å trekke ut mesteparten av den separerte væske. Under drift vil en mindre del av den utskilte væske forlate det indre rom via den øvre ende av den sylindriske vegg.

Et annet eksempel på en innretning av den ovenfor beskrevne type for separasjon av gass og væske, er beskrevet i US 4 015 960. Denne kjente innretning omfatter et indre rom som er omgitt av et rør og som har blader for å utvirke en roterende bevegelse mot en blanding av væske og gass som innføres til det indre rom via den åpne nedre ende av røret. Væsken som utskilles fra gasstrømmen etter å ha passert bladene, kan tømmes ut fra det indre rom via en åpning i rørets vegg. Tappeåpningen for væske er anordnet tilnærmet i samme nivå som bladene. Den resterende gasstrøm kan tappes fra det indre rom via et uttaksrør anordnet koaksialt med hovedrøret og med dettes nedre ende anordnet på innsiden av hovedrøret.

De ovenfor nevnte anordninger har en tilfredsstil-lende separeringseffekt ved relativt moderate strømningshas-tigheter for blandingen som skal behandles og ved forholdsvis moderate væskemengder. Imidlertid vil en økning av strøm-ningshastigheten og en økning av væskemengden føre til en nedsettelse av separeringseffekten. Denne effektreduksjon fremkommer på grunn av fenomenet med tilbakeføring av væske av gasstrømmen når denne forlater det indre rom i behandlings-anordningen.

Søkerens Europa patentsøknad 81200963.7 med publi-seringsnummer 0048508 beskriver en forbedret utformning av den type innretninger som er beskrevet ovenfor. Denne for-bedrede behandlingsanordning for gass/væske har et gassuttak, betegnet med uttrykket primærgassuttak, med sin nedre ende anordnet under den øvre ende av det indre rom og med et separat sekundært gassuttak for å trekke ut gass som er med-ført av væskestrømmen som forlater det indre rom. Anordningen av gassuttak bedrer separasjonen av gass og væske ved større gass- og/eller væskemengder.

En ytterligere forbedring av de kjente behandlings-innretninger for gass/væske er beskrevet i søkerens Europa patentsøknad nr. 82201420.5, publisert under nr. 0083811. Denne behandlingsinnretning for gass/væske har anordninger for behandling av gasstrømmen fra det (de) sekundære gass-uttaksrør for ytterligere tørking av gassen før den primære gasstrøm og den sekundære gasstrøm forenes, for å oppnå en i det vesentlige væskefri gass også ved store væskemengder og/eller strømningshastigheter.

Det er foreliggende oppfinnelses mål ytterligere å forbedre de ovenfor nevnte innretninger for behandling av blandinger av væske og gass, det vil si å frembringe en innretning med en enda høyere separeringseffekt ved en gitt mengde eller en høyere behandlingsmengde ved en ønsket effekt,

enn tilfellet er med innretningene beskrevet ovenfor.

Det økende behov for gass for bruk i hjemmene og industrien medfører økende behov for installasjoner som kan behandle rågass slik at denne blir egnet for bruk. En av de nødvendige behandlinger er tørking av gassen for å øke den termiske effektivitet og minimere risikoen for korrosjon på de rørledninger som transporterer gassen. En økning av behovet for gass medfører således behov for separeringsinn-retninger for gass/væske, med stor kapasitet.

Innretningen for behandling av blandinger med væske og gass i henhold til oppfinnelsen tilfredsstiller de foran-nevnte mål med de i kravenes karakteriserende deler anførte trekk.

Under bruk av innretningen ifølge oppfinnelsen tørkes gassen både fra det sekundære gassuttaksrør og gassen fra det primære gassuttaksrør ytterligere for å frembringe en i det vesentlige væskefri gasstrøm. Innretningen kan benyttes med meget store gass- og væskemengder uten en vesentlig reduksjon av innretningens effektivitet. Ved en krevet effektivitet kan meget store behandlingsmengder oppnås da kun en del av den totale gassmengde, nemlig gass-strømmen fra det sekundære gassuttaksrør, må passere gjennom de strømningspåvirkende anordninger.

Oppfinnelsen beskrives ytterligere i henhold til

tegningen hvor fig. 1 viser et vertikalsnitt av den nedre del av innretningen ifølge oppfinnelsen, for separering av blandinger av væske og gass, og fig. 2 viser et vertikalsnitt av en andre utførelse av oppfinnelsen.

Identiske elementer vist på tegningene er betegnet med samme henvisningstall.

Videre er det underforstått at elementene i én av oppfinnelsen utførelser, vist på tegningen, kan benyttes individuelt i den andre utførelse.

Fig. 1 viser bunndelen av en innretning i henhold til oppfinnelsen for separering av blandinger av væske og gass, med hovedkomponenter, flere hvirvelrør anordnet for å samvirke med en såkalt avfuktermatte (demister mat) som beskrives detaljert nedenfor. Hvirvelrørene 1 er anordnet i

åpninger i et i det vesentlige horisontalt trau 2 montert i en vertikalt anordnet søyle 3, hvorav kun den nedre del er vist. Et inntak 4 for en gass-væskeblanding som skal separe-res, er anordnet i den nedre del av søylen 3. Hvert hvirvel-rør 1 er utformet som en i det vesentlige vertikalt forlø-pende rørformet vegg 5 som danner et i det vesentlige rørfor-met indre rom 6 og et i det vesentlige ringformet ytre rom. De ytre rom i de ulike hvirvelrør danner det ytre rom 7 rundt hvirvelrørene 1 , idet rommet 7 er avgrenset i sideretningen av søylens 3 vegg og i nedadgående retning av trauet 2. En øvre vegg 8 strekker seg over søylens 3 tverrsnitt og er anordnet i en avstand over de rørformede vegger 5 slik at det dannes fluidpassasjer 9 mellom de indre rom 6 og det ytre rom 7. Hver rørformet vegg 5 omgir en i det vesentlige sentralt

anordnet vingeanordning 10, bestående av flere fast monterte blader som ikke er betegnet nærmere. Som vist på fig. 1 er disse vinger anordnet i de nedre deler av de indre rom 6. De øvre deler av de rørformede vegger 5 har flere avlange væske-uttømmingsåpninger 11 som er i det vesentlige ensartet fordelt over sideveggenes 5 periferier.

For uttømming av gass fra hvirvelrørene 1 foreligger flere primære gassuttaksrør 12 som strekker seg gjennom åpninger i den øvre vegg 8. Hvert gassuttaksrør 12 er anordnet i det vesentlige konsentrisk i forhold til et hvirvelrør 1 og har sin nedre ende anordnet nedenfor den øvre ende av den tilsvarende rørformede vegg 5. Bortsett fra de primære gass-uttaksrør 12, foreligger en ytterligere rørgruppe, indikert som sekundære gassuttaksrør 13, som strekker seg gjennom åpninger i den øvre vegg 8. Disse sekundære gassuttaksrør 13 som har deres nedre ender anordnet nedenfor den øvre vegg 8, er innrettet for uttømming av den gass som oppsamles i det ytre rom 7. De sekundære gassuttaksrør 13 er fortrinnsvis fordelt ensartet over det ytre rom 7, rundt de rørformede vegger 5. Et tømmingsrør 14 for uttømming av væske fra det ytre rom er montert i en åpning i beholderens 1 vegg.

Den andre hovedkomponent i separeringsutstyret vist på fig. 1, er dannet av en avfuktermatte 15 anordnet i det vesentlige horisontalt i noen avstand over den øvre vegg 8.

I den viste utførelse består avfuktermatten 15 av et lag med sammenknyttede eller på annen måte sammenpakkede tråder eller fibre, som er sammenpresset mellom holderinger 16 festet til eller på annen måte understøttet av søylens vegg. For ytterligere understøttelse av matten 15 kan en ikke vist perforert vegg om ønsket anordnes på mattens overside. Avfuktermatten 5 har flere hull 17 i hvilke deler av de primære gassuttaks-rør 17 tettende er innsatt. Som vist på fig. 1 er de øvre ender av rørene 12 anordnet nedenfor den øvre ende av avfuktermatten 15 for å tillate sideveis transport av væske fra rørene til avfuktermatten. En avstand på omtrent 1 cm mellom den øvre ende av rørene 12 og den øvre ende av avfuktermatten 15 er funnet å være tilstrekkelig for å oppnå en korrekt drift av innretningen. De øvre ender av de sekundære gass-uttaksrør 13 bør imidlertid være anordnet nedenfor den nedre ende av avfuktermatten 15 for å bidra til distribusjon av gasstrømmen fra rørene 13 over hele avfuktermattens tverrsnitt. For uttømming av væske som oppfanges av avfuktermatten 15 er et væskeuttak 18 fra søylen anordnet i søylens side-vegg. Den ikke viste øvre del av søylen har et uttak for uttømming av i det vesentlige væskefri gass og kan omfatte ytterligere utstyr for behandling av den væskefrie gass fra avfuktermatten 15.

Under bruk innføres en blanding av væskedråper og gass, eksempelvis våt naturgass, som skal tørkes, inn i søylen 3 via inntaket 4 og bringes til å strømme inn i de indre rom 6 via de åpne nedre ender av hvirvelrørene 1. I hvirvelrørene passerer gass/væskeblandingen gjennom vinge-anordningene 10 og bringes herved i en roterende bevegelse. Ved den påførte rotasjonsbevegelse slenges de relativt tunge væskedråper utad, slår mot de rørformede veggers 5 indre flater og forenes deretter her. Den oppsamlede væske på innsiden av hver rørformet vegg kryper deretter oppover og den vesentlige del av den på denne måte dannede væskefilm vil forlate de indre rom 6 hovedsakelig via væskeuttaksåpningene II og fluidpassasjene 9 mellom de rørformede vegger 5 og den øvre vegg 8. Den separerte væske oppsamles i det ytre rom 7 og tømmes deretter ut fra søylen 3 via væsketømmingsrøret 14.

Den vesentlige del av de gassformede komponenter i gass/væskeblandingen forlater hvirvelrørenes 1 indre rom 6 via hovedgassuttaksrørene 12. Især ved store gassmengder kan det forekomme at noe av den væske som oppsamles på den rørformede vegg 5 medbringes av den gass som passerer gjennom uttaksrørene 12. En mulighet for å redusere risikoen for at væske medføres gjennom de primære gassuttaksrør, er å justere de primære gassuttaksrørs tverrsnittsareal i forhold til de rørformede veggers 5 dimensjoner. Det skal imidlertid bemerkes at en reduksjon av de primære gassuttaksrørs tverrsnitt også vil ha en negativ effekt ved at det forårsaker en økning av trykkfallet"over hvirvelrøret. Især ved meget store gassmengder kan denne økning av trykkfallet spille en viktig rolle.

Oppfinnelsen frembringer således en ytterligere løsning for å redusere den væske som medbringes av gasstrøm-men. Væsken som medføres av gassen som passerer gjennom de primære gassuttaksrør 12 vil fremdeles være i roterende bevegelse som er påført væsken ved passering av vingeanord-ningen 10. Under hensyntagen til forskjellen i spesifikk vekt for væske og gass, vil den medførte væske derfor strømme langs innsiden av uttaksrørene 12. Etter å være kommet til den øvre ende av rørene 12, vil sentrifugalkraften som virker mot væsken tvinge denne til å strømme utad inn i avfuktermatten 15 som virker som et støtsjikt for strømmen hvor strøm-ningshastigheten for fluidet reduseres plutselig slik at de relativt tunge væskedråper kan strømme nedover, mens gassen som trenger inn i matten, vil fortsette strømningsretningen oppover. Den vesentlige del av gassen i de primære gass-uttaksrør 12 vil strømme gjennom hullene 17 i avfuktermatten 15 og vil derfor knapt belaste avfuktermatten. På den ovenfor anførte måte vil den gass som forlater hullene 17 via de primære gassuttaksrør 12 være i det vesentlige fri for væske selv om uttaksrørenes tverrsnittsarealer er valgt relativt store på grunn av trykkfallet.

De adskilte væskestrømninger som trenger inn i det ytre rom 7 kan inneholde mindre mengder gass som tillates å forlate rommet 7 via de sekundære gassuttaksrør 13. For å tillate at i det vesentlige all væske skal kunne forlate hvirvelrørene 1 via væskeuttaksåpningene 11 eller fluidpassasjene 9, er det uunngåelig, især ved små væskemengder, at noe gass vil forlate hvirvelrørene sammen med væsken, via væske-uttakene. Separeringen i det ytre rom 7 oppnås kun ved for-skjellene i spesifikk vekt mellom væsken og gassen og vil derfor ikke være optimal * For å kunne oppnå i det vesentlige væskefri gass, bringes gassen fra de sekundære uttaksrør til å strømme gjennom avfuktermatten 15 for å fjerne medbragt væske fra gasstrømmen. Den ovenfor nevnte fordeling av gass-strømmen over hele avfuktermattens tilgjengelige areal hjel-per til å eliminere at væske medføres. Når rørene 13 har deres øvre ender anordnet under avfuktermatten, vil gass som forlater de sekundære gassuttaksrør 13 fordeles over beholderens tverrsnitt før den trenger inn i avfuktermatten slik at avfuktermatten i det vesentlige er ensartet fylt med gass. Væsken i gasstrømmen vil støte mot massens fibre og selv adskille seg fra den oppadgående gasstrøm på grunn av den plutselige reduksjon i væskehastigheten når væskedråpene treffer fibrene. Den separerte væske vil strømme nedover og trekkes ut fra beholderen via væskeuttømmingsrøret 18. Væskefri gass som forlater avfuktermatten kan benyttes direkte eller kan behandles ytterligere i beholderens øvre del.

Da kun en mindre del av den totale gassmengde fra hvirvelrørene 1 vil passere via gassuttaksrørene 13 gjennom avfuktermatten, kan store totale gassmengder tilføres søylen uten risiko for overbelastning og dermed medføring av væske når gassen passerer gjennom avfuktermatten. På den annen side tillates meget store belastninger av den viste innretning uten negative trykktapeffekter, da væsken som medbringes av den hovedgasstrøm som passerer gjennom de primære gass-uttaksrør 12, fjernes derfra ved hjelp av avfuktermatten 15.

Fig. 2 viser en andre utførelse av oppfinnelsen.

I denne utførelse er avfuktermatten som danner del av den første utførelse, erstattet av et støtlag 4 0 bestående av flere perforerte vegger som eksempelvis er dannet av ekspanderte metallplater. Veggene er slik anordnet over hverandre at fluid hindres i å stige rett opp gjennom laget uten å treffe én eller flere vegger. En ytterligere forskjell i forhold til den første viste utførelse, består i at det mellom de øvre ender av de sekundære gassuttaksrør 13 og strømningsstøtlaget 40, er anordnet plater 41 for å frem-: bringe en korrekt distribusjon av fluidet fra rørene, over i det vesentlige hele lagets 40 totale tverrsnitt. Videre har de primære gassuttaksrør 12 deres øvre ender i det vesentlige fluktende med lagets 40 øvre ende. For å tillate væske å passere fra rørenes 12 indre til laget 40, har den øvre del av disse rør flere væskeuttømmingsåpninger 42, i det vesentlige ensartet fordelt over rørenes 12 periferi. En lett ut-strømming av den hvirvlende væske oppnås ved anordning av åpningene i retningen for væskens hvirvelbevegelse. Væske som strømmer ut av rørene 12 oppfanges i laget 40, slik at væskefri gass forlater hullene 17 i laget 40.

Fordelingsplatene 41 i innretningen vist på fig. 2f gjør især innretningen egnet for meget store gassmengder, da disse plater 41 hindrer lokal overbelastning av laget 40 og bidrar til en ensartet gassfordeling over hele lagets 40 tverrsnitt. Istedenfor åpningene 4 2 for væskeuttømming, kan den øvre del av de primære gassuttaksrør 12 være fremstilt av ekspandert metall, en rist eller enhver annen væskegjennom-trengelig konstruksjon.

Selv om kun to typer støtanordninger for strømmen er omtalt ovenfor, i sammenheng med tegningene, nemlig et lag med tett sammenpakkede tråder eller fibre 15 og et lag med ekspanderte metallvegger 40, kan andre anordninger velges, eksempelvis flere lag med skråstilte vinger som er slik anordnet over hverandre at det oppnås en optisk avmaskering av beholderens øvre del fra dens nedre del hvori hvirvel-rørene er anordnet.

Det skal bemerkes at selv om de primære gassuttaks-rør som er vist på tegningen har deres nedre ender anordnet nedenfor de øvre ender av de rørformede vegger 5 i hvirvel-rørene 1 for å kunne redusere mengden væske som medføres av den primære gasstrøm, danner dette trekk ingen vesentlig del av innretningen i henhold til oppfinnelsen. Ifølge oppfinnelsen behandles nemlig primærgassen ytterligere av en avfuktermatte for å fjerne væske fra gassen. Det forstås således lett at de nedre ender av de primære gassuttaksrør også kan anordnes ovenfor de rørformede vegger 5, især ved relativt små væskemengder.

Hvirvelrørene på tegningen er montert i åpninger i

en vegg. Det er underforstått at det også er mulig å anordne hvirvelrørene over åpningene i en vegg.

Det skal videre bemerkes at fordelingsplatene 41

kan være perforert eller helt lukket. Disse fordelingsplater 41 kan være forbundet med hverandre for å frembringe et for-delingstrau som strekker seg over hele søylens. 3 tverrsnitt.

Innretningene vist på tegningen kan også benyttes

i søyler med kontakt mellom gass og væske. Med dette formål kan hvirvelrørene som er vist på tegningene, utstyres med blandekamre som står i forbindelse med de nedre ender av hvirvelrørene, slik det er beskrevet i europeisk patentsøknad 81200963.7. Søylene bør da ha separate inntak for væske og gass.

Claims (11)

1. Innretning for behandling av blandinger med

væske og gass, omfattende et hus (3) som omgir minst en normalt i det vesentlige vertikalt forløpende rørformet vegg (5) som danner et i det vesentlige rørformet indre rom (6) og et i det vesentlige ringformet ytre rom (7) i huset (3), en øvre vegg (8) anordnet over den rørformede vegg (5) og som avgrenser det indre rom (6) og det ytre rom oppad, inntaksanordninger (4) for tilførsel av en blanding med gass og væske til det nedre parti av det indre rom (6), anordninger (10) i det indre rom (6) for å påføre en rotasjonsbevegelse til blandingen for å adskille gass og væske, uttaksanordninger for separat uttømming av gass og væske fra det indre rom (6), omfattende et primært gassut-taksrør (12) anordnet koaksialt med den rørformede vegg (5) fortløpende gjennom den øvre vegg (8) og med sin nedre ende i det indre rom (6) og minst én væskeuttømmingsåpning (11) i den rørformede vegg (5) og uttaksanordninger for separat uttømming av gass og væske fra det ytre rom (7), bestående av minst ett sekundært gassuttaksrør (13) gjennom den øvre vegg (8) og en væskeuttappingsåpning (14.) gjennom huset (3), idet innretningen videre omfatter et lag (15, 40) med strømningsanstøtsanordninger for separering av væske fra gass, anordnet over den øvre ende av det sekundære gass-uttaksrør (13), hvor det primære gassuttaksrør (12) tettende er anordnet i en åpning som strekker seg i det vesentlige vertikalt gjennom laget (15, 40), KARAKTERISERT VED at en fluidforbindelse (17) er anordnet for i det vesentlige tverr-uttømming av væske fra det primære gassuttaksrør (12) til laget (15, 40) med strømningsanstøtsanordninger.

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den øvre ende av det primære gassuttaksrør (12) er anordnet nedenfor den øvre ende av laget (15, 40) med strømnings-anstøtsanordninger.

3. Innretning ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED at den øvre del av det primære gassuttaksrør (12) har åpninger (42) for tverruttømming av væske til laget (40) med strøm-ningsanslagsanordninger.

4. Innretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at åpningene (42) i det vesentlige er anordnet i en retning som tilsvarer væskestrømmens retning i det primære gassut-taksrør,- (12 ) .

5. Innretning ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at laget (15, 40) med strømningsanstøtsanordninger er dannet av et lag med tett sammenpakkede tråder eller fibre.

6. Innretning ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at laget (15, 40). med strømningsanstøtsanordninger er dannet av flere perforerte vegger.

7. Innretning ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at laget (15, 40) med strømningsanstøtsanordninger er dannet av ett eller flere lag med vinger som er anordnet skråstilt i forhold til hovedstrømningsretningen.

8. Innretning ifølge krav 1-7, KARAKTERISERT VED at inntaksanordningene (4) står i fluidforbindelse med et blandekammer for preparering og tilførsel av en blanding av gass og væske til inntaksanordningene.

9. Innretning ifølge krav 1-8, KARAKTERISERT VED at den nedre ende av det primære gassuttaksrør (12) er anordnet nedenfor den øvre ende av den rørformede vegg (5).

10. Innretning ifølge krav 1-9, KARAKTERISERT VED at en strømningsfordelerplate (41) er anordnet mellom den øvre ende av det eller de sekundære gassuttaksrør (13) og laget (15, 40) med strømningsanstøtsanordninger.

11. Innretning ifølge krav 1-10, KARAKTERISERT VED at flere rørformede vegger (5) med hvirveldannende anordninger (10) og uttaksanordninger (11) er montert i eller over åpningene i et i det vesentlige horisontalt trau (2) i en i det vesentlige vertikalt anordnet søyle (3) for behandling av blandinger med væske og gass.