NO176310B - Fremgangsmåte og apparat for sammenblanding eller homogenisering av en væske og en gass i en venturi - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for sammenblanding eller homogenisering av en væske og en gass i en venturi, hvor apparatet omfatter en beholder for opptakelse av væsken og gassen fra et felles innløp, en kanal med en innløpsende og en utløpsende og en venturi-innsnevring mellom endene, og en rørseksjon med en innløps-ende og en utløpsende, idet utløpsenden er anordnet inne i kanalen ved eller oppstrøms for venturi-innsnevringen.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for sammenblanding eller homogenisering av en væske og en gass i en venturi-innsnevring i en kanal, omfattende trinnene å tilføye en ikke-homogen blanding av væsken og gassen i en beholder, å etablere et væskenivå inne i beholderen med gassen over væskenivået, at væsken og gassen bringes til å strømme gjennom venturi-innsnevringen via kanalen og via en rørseksjon som omfatter en utløpsende inne i kanalen ved eller oppstrøms for venturi-innsnevringen.

Oppfinnelsen har spesiell befatning med behandling av fluidstrømmer som er flerfaset, i og med at de inneholder såvel gass- som væskekomponenter, men som på ingen måte er mer ensartet blandet eller homogenisert. En blanding av gass og olje som ekstraheres eksempelvis fra en brønn på land eller under vann, kan variere betraktelig med hensyn til sine gass- og væskekomponenter. Den kan inneholde kvanta av stort sett ublandet væske, som ad-skilles av hovedsaklig gassmengder, samt kvanta som er mer eller mindre homogene. Denne uensartede sammensetning gjør det ekstraherte materiale vanskelig å håndtere, særlig med pumpeutstyr, som lettere vil kunne behandle en mer homogen blanding.

Oppfinnelsens formål er derfor på praktisk måte å oppnå flerfase-fluidstrømmer som er effektivt blandet eller homogenisert, og det er følgelig frembrakt en fremgangsmåte og et apparat som vil gi en blandet eller homogenisert flerfase-fluidstrøm på enkel og praktisk måte.

Apparatet er kjennetegnet ved at kanalen er en ut-løpskanal hvis innløpsende kommuniserer med beholderens indre via en åpning i en vegg av beholderen, og at rørsek-sjonens innløpsende kommuniserer med beholderens indre ved en posisjon i en avstand fra åpningen.

Fremgangsmåten kjennetegnes ved at væsken og gassen bringes til å strømme gjennom venturi-innsnevringen fra beholderen ved hjelp av en åpning i beholderens vegg som danner en innløpsende for kanalen, og ved hjelp av et inn-løp i rørseksjonen som kommuniserer med beholderens indre ved en posisjon i en avstand fra åpningen.

Væskestrømmen i kanalen hvori venturi-innsnevringen er installert fremkaller en sugevirkning som medfører at gassen innsuges i væskestrømmen som gjennom et rør med en innløpsende i forbindelse med beholderens øvre sone og en utløpsende i kanalen eller umiddelbart foran venturi-innsnevringen. Hvis beholderens utløp til utløpsrøret er hensiktsmessig plasser i beholderbunnen, kan væsken overføres til utløpsrøret ved falltilførsel. Væskestrømmen kan i stedet innføres eller innstyres ved pumping, og venturi-innsnevringen kan i så fall være plassert direkte foran et pumpeaggregat.

Gasskomponenten kan ekstraheres fra gassreservoaret gjennom en åpning som er anordnet i beholdertoppen, og som står i forbindelse med gasstilførselsrøret gjennom en tverrgående forlengelse av dette utenfor beholderen eller gjennom et kammer på beholdertoppen. Et slikt tilførsels-kammer kan alternativt være adskilt fra beholderens hoved-rom gjennom en innvendig og hensiktsmessig perforert skillevegg.

Apparatet er fortrinnsvis utstyrt med midler som vil sikre at beholderen til enhver tid inneholder en del av såvel væske- som gasskomponentene. Ifølge oppfinnelsen kan derfor tilførselsrøret for overføring av gass til venturien rage gjennom væskereservoaret i beholderen og være forsynt med åpninger eller perforeringer som er fordelt i rørets lengderetning. Noe av væsken vil derved inn-strømme sammen med gassen i tilførselsrøret til venturien. Mengden eller proporsjonen av gasskomponenten som ekstraheres ovenfor væsken, avtar følgelig som en funksjon av en økning i væskenivået når flere av perforeringene ned-dykkes. Derved oppnås fullstendig regulering.

Ifølge oppfinnelsen er det således frembrakt en enkel og effektiv fremgangsmåte for sammenblanding og homogenisering samt et apparat som kan fungere under tyngdekraftpåvirkning i egnete situasjoner, og som kan omfatte et automatisk virkende reguleringssystem.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etter-følgende under henvisning til den medfølgende tegning, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk snitt av blande- eller homogeniseringsapparatet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et diagram som illustrerer forholdet mellom væskenivået i apparatet ifølge fig. 1 og den ekstraherte tomromsfraksjon.

Blandeapparatet ifølge fig. 1 omfatter et kar eller en beholder 10 av stort sett vertikal, sylindrisk form, hvis indre er lukket, bortsett fra de fluid-innløp og

-utløp som er beskrevet i det etterfølgende. I den øvre sone av beholderens sylindriske sidevegg 11 er det anordnet en innløpsåpning 12 som gjennom et rør 14 står i forbindelse med en kilde (ikke vist) av et flerfasefluid. En væskeutløpsåpning 15 er anbrakt midt i gulvet 16 på

beholderen 10 og står i forbindelse med et utløp eller ut-løpsrør eller en armatur 17 med innvendig innsnevring 19 som danner en venturi. En gassutløpsåpning 20 i beholder-taket 21 står i forbindelse med et øvre kammer 22 på taket. Kammeret 22 står også i forbindelse med et stort sett vertikalt rør 24 som strekker seg nedad fra en midt-åpning 25 i taket. Røret 24 løper nedad gjennom beholderens indre til utløpsarmaturen 17, og rørets åpne under-ende 26 er konsentrisk innplassert i armaturen umiddelbart ovenfor innsnevringen 19 som danner venturien.

Den øvre del av beholderen 10 står følgelig i forbindelse med røret 24 gjennom kammeret 22, og dessuten, som forklart i det etterfølgende, i forbindelse med røret 24 gjennom en rekke perforeringer 27 i rørveggen. Perforeringene 27 er fordelt stort sett langs hele lengden av røret 24 i beholderen.

Væskekomponenten av en f lerf ase-f luidstrøm som inn-føres i beholderen gjennom innløpsåpningen 12 vil, under tyngdekraftpåvirkning, separeres fra gasskomponenten og danne et reservoar 29 i den nedre del av beholderen. Et kvantum av gasskomponenten opptar den øvre del av beholderen, ovenfor væskereservoarets frie overflate.

Under tyngdekraftpåvirkning ekstraheres væskekomponenten fra reservoaret 29 i beholderen gjennom utløps-åpningen 15 med eller uten assistanse fra en bakenfor-liggende pumpe 31 som eksempelvis er innkoplet ved den nedre ende av utløpsrøret 27, som vist skjematisk, og venturien bevirker at gassen fra den øvre del av tankens indre suges gjennom røret 24, sammenblandet med væske-fasen, slik at et homogenisert eller praktisk talt homogenisert fluid vil strømme gjennom utløpsrøret 17. Hvis f lerf ase-f luidstrømmen som innføres i beholderen allerede er helt eller stort sett homogen, vil blandingen utstrømme fra røret 17 både gjennom utløpsåpningen 15 og den åpne ende 26.

Tomromsfraksjonen a av fluidet som utstrømmer fra beholderen 10 bestemmes av venturiens dimensjoner og kan gjøres uavhengig av den totale strømningsmengde QT, væskenivå h i beholderen, og det absolutte trykk p.

Under antakelse av at beholderen inneholder både en del væske og en del gass, vil det totale trykkfall for gassen og de gjennomstrømmende væskefaser være likt, og tomromsfraksjonen kan beregnes slik at den derav følgende likning:

hvor:

AT - beholderens tverrsnittsflate,

AL - tverrsnittsflaten av væsken i venturien,

Aq - tverrsnittsflaten av gassen i venturien,

eL - total væsketapskoeffisient,

Eq - total gasstapskoeffisient,

*L - væskeegenvekt,

Pg ~ gassegenvekt, og

g - tyngdekraft.

Under stabile strømningsforhold vil tomromsfraksjonen som ekstraheres fra beholderen ha samme middelverdi som tomromsfraksjonen som innføres. For å sikre at beholderen til enhver tid inneholder væske og gass, er det praktisk å minske den utstrømmende gassfraksjon når væskenivået øker, og omvendt, og dette kan gjennomføres ved hjelp av perforeringene 27 i røret 24. Det perforerte rør 24 vil derved virke som en integrerende regulator som muliggjør variasjon i tomromsfraksjonen.

Forholdet mellom væskenivået i beholderen og den ekstraherte tomromsf raks jon (blandeapparat-karakteristikk) er vist i fig. 2. Enhver ønsket blandeapparat-karakteristikk kan oppnås ved hensiktsmessig valg av dimensjoner for venturien og perforeringen 27 i rørdelen 24.

Claims (9)

1. Apparat for sammenblanding eller homogenisering av en væske og en gass i en venturi, hvor apparatet omfatter en beholder (11) for opptakelse av væsken og gassen fra et felles innløp, en kanal (17) med en innløpsende og en ut-løpsende og en venturi-innsnevring (19) mellom endene, og en rørseksjon (24) med en innløpsende og en utløpsende, idet utløpsenden er anordnet inne i kanalen ved eller opp-strøms for venturi-innsnevringen, karakterisert ved at kanalen (17) er en utløpskanal hvis innløpsende kommuniserer med beholderens (11) indre via en åpning (15) i en vegg av beholderen, og at rørseksjonens (24) innløpsende kommuniserer med beholderens indre ved en posisjon i en avstand fra åpningen.

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at rørseksjonen, fra dens utløpsende, rager gjennom åpningen og væsken og inn i beholderen (11) .

3. Apparat i samsvar med krav 2, karakterisert ved at rørseksjonen (24) omfatter et an-tall innbyrdes adskilte åpninger (27) langs dens lengde inne i beholderen (11) .

4. Apparat i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at rørseksjonen (24) kommuniserer med beholderens indre via et kammer (22) som er lokalisert ved beholderen (11), og som rørseksjonen kommuniserer med, og kammeret kommuniserer med beholderen.

5. Apparat i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at åpningen (15) er lokalisert i beholderens (11) nedre del.

6. Apparat i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at utløpskanalens (17) utløpsende kommuniserer med en sugepumpes (34) inn-løp.

7. Fremgangsmåte for sammenblanding eller homogenisering av en væske og en gass i en venturi-innsnevring i en kanal, omfattende trinnene å tilføye en ikke-homogen blanding av væsken og gassen i en beholder (11), å etablere et væskenivå inne i beholderen med gassen over væskenivået, at væsken og gassen bringes til å strømme gjennom venturi-innsnevringen (19) via kanalen og via en rørseksjon (24) som omfatter en utløpsende inne i kanalen ved eller oppstrøms for venturi-innsnevringen, karakterisert ved at væsken og gassen bringes til å strømme gjennom venturi-innsnevringen fra beholderen ved hjelp av en åpning (15) i beholderens vegg som danner en innløpsende for kanalen, og ved hjelp av et innløp i rørseksjonen som kommuniserer med beholderens indre ved en posisjon i en avstand fra åpningen.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at væsken og gassen bringes til å strømme gjennom venturi-innsnevringen ved hastigheter som medvirker til å opprettholde væskenivået i beholderen.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8, karakterisert ved at gassen og væsken bringes til å strømme fra beholderen i relative mengder.avhengig av væskenivået.