NO180224B - Trefase-syklonseparator - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en trefase-syklonseparator av den art som er angitt i krav l's ingress.

Separatorer, mere vanlig kalt "hydrosykloner" er generelt beregnet på separasjon av to ikke-blandbare faser med forskjellige densiteter. I denne type separator blir blandingen av de to faser injisert med høy hastighet inn i et kammer, som vanligvis er sylindrisk slik at blandingen beveger seg inne i kammeret i en roterende bevegelse. De forskjellige densiteter for de to faser forårsaker migre-ring av den tettere fase mot veggen av kammeret under påvirkning av sentrifugalkraften som genereres av den roterende bevegelse, den lettere fase forblir nærmere innsiden av kammeret. Ved å anordne to utløp for to faser, en mot veggen av kammeret og den andre langs kammerets akse, kan de to faser separeres. Dette arbeidsprinsipp kan anvendes for å separere olje/vannemulsjoner i dens to komponenter. US patent nummer 4.749.490 beskriver en separator av hydrosyklontypen omfattende et legeme dannet av en sylindrisk del forsynt med et tangentielt innløp og et aksielt utløp og forbundet med det rørformede element er en konisk del med lav konisitet. En olje/vannemulsjon injisert igjennom det tangentielle innløp følger en roterende bane inne i den sylindriske del. Oljen med en densitet mindre enn den for vannet, migrerer mot innsiden av legemet og utgår igjennom det aksiale utløp, mens vann, som et tettere, har en tendens til å følge veggen i legemet mot rørformede element med lav konisitet. Vannet, befridd for olje utgår igjennom et utløp ved den frie ende av det rørformede element.

Denne type hydrosyklon har den ulempe at den ikke er tilpasset for separasjon av en trefaseemulsjon.

Innen visse felt, eksempelvis ved behandling av avløpsvann fra en oljebrønn oppstår ofte en olje/vannemulsjon som inneholder faststoff i suspensjon, hvilket faststoff eksempelvis kan være sand. En separator som beskrevet i US patent nummer 4.74 9.490 gjør det mulig å separere den lette fase fra de to andre faser som forblir blandede. Tilstedeværelsen av sand i vannet som føres ut igjennom hydrosyklonen forårsaker erosjon på den indre vegg, hvilken erosjon i vesentlig grad kan nedsette separatorens effekti-vitet .

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en syklonsylinder som er tilpasset for separasjon av en blanding av tre faser, som dannes av to fluida med forskjellige densiteter og en fast fase i suspensjon.

For dette formål tilveiebringer oppfinnelsen en trefase-syklonseparator omfattende et legeme dannet av en sylindrisk del som utstrekker seg ved en av dens ender av en konvergerende, i det vesentlige konisk del, i det minste ett innløp montert tangentielt på den sylindriske del og et i det vesentlig rørformet element montert på legemet og som kommuniserer hydraulisk med dette, er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del, nemlig at det i det vesentlige rørformede element (26) definerer det tredje utløp for den mellomliggende fase, og at de tre utløp er anordnet koaksialt i forhold til hverandre. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-4.

Med syklonen i henhold til oppfinnelsen er det mulig å separere først den faste fase i suspensjon og for det andre å separere de to fluida med forskjellige densiteter.

Ved først å fjerne den faste fase vil erosjonen av den indre vegg i separatoren nedsettes til et minimum.

Andre fordeler og egenskaper vil fremgå av den etterføl-gende beskrivelse, som er gitt for å indikere, uten be-grensning, en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, såvel som fra den vedlagte tegning, hvor: - Figur 1 representerer et skjematisk sidesnitt av en syklonseparator i henhold til oppfinnelsen, og - Figur 2 er et lignende snitt som på Figur 1 og indikerer de relative dimensjoner for separatoren.

Som vist på Figur 1, omfatter en syklonseparator i henhold til oppfinnelsen et legeme 10 dannet av en sylindrisk del 12 og en konisk del 14. Den koniske del 14 er forsynt, mot spissen av konusen, med et sylindrisk endestykke 16, inne i hvilket er anordnet et rørformet utløp 18, begge er anordnet koaksialt med den sylindriske del 12.

Legemet 10 er lukket av et ringformet element 20 som omfatter to innløp 22 og 24, anordnet tangentielt i forhold til den sylindriske del 12. De to innløp er montert dia-metralt motsatt på det ringformede element 20 og i motsatte retning til hverandre. Det ringformede element 20 mottar på en lekkasjefri måte et i det vesentlige rørformet element 26, anordnet koaksialt med legeme 10 og er dannet av en del 28 med lav konisitet og av en sylindrisk forlengelse 30.

Den beskrevne syklon arbeider på følgende måte:

En olje/vannemulsjon inneholdende faststoff i suspensjon innføres under høyt trykk i legemet 10 gjennom de to innløp 22 og 24. Strømningshastigheten for fluidumet er av stør-relsesorden 8-10 m/s. Emulsjonen innføres i legemet 10 tangentielt i pilenes 32 retning og strømmer med høy hastighet i en roterende bevegelse inne i den sylindriske del 12. Under påvirkning av sentrifugalkraften som således genereres vil faststoffet i suspensjonen migrere mot veggene av den sylindriske del 12 og av den koniske del 14 og utføres gjennom endestykket 16, som indikert med pilene 34.

Den koniske form av del 14 bringer olje/vannemulsjonen, fra hvilken faststoffet er fjernet, til å endre sin langsgående strømningsretning som indikert av pilene 36 å føres inn i det rørformede element 26, mens det fortsetter å strømme i sin roterende bevegelse. De to faser av emulsjonen blir separert når emulsjonen føres langs delen 28 med lav konisitet og den sylindriske forlengelse 30, idet vannet vil befinne seg mot veggen av 28 og 30 mens oljen vil befinne seg innenfor. Den bortre ende av den sylindriske forlengelse 3 0 omfatter en innsnevring, dannet enten av en delvis lukket ventil eller av en stasjonær innsnevring (disse ikke vist). Et mottrykk forårsaket av denne innsnevring pålegges derved enden av den sylindriske forlengelse 30. Dette mottrykk virker på oljen og bringer den til å endre strømningsretning, slik som indikert med pilene 38. En strøm av olje vil således bli rettet i en retning som er motsatt strømningsretningen for olje/vannemulsjon og danner en linje representert av pilene 40. Oljen som er separert fra vannet, vil således følge en aksiell bane, i en retning som er motsatt retningen for strømmen av emulsjon og over lengden av hydrosyklonen og utgår igjennom det rørformede utløp 18, og det rensede vann utgår gjennom innsnevringen ved den motsatte ende av hydrosyklonen.

Hydrosyklonen ifølge oppfinnelsen omfatter således to separasjonssoner, en første faststoff/væskeseparasjonssone 1 og en andre væske/væskeseparasjonssone 2. Den lille forskjell i densitet mellom vann og olje har det resultat at selv med høye tangentielle hastigheter må lengden 28 med lav konisitet være stor for å sikre separasjon av de to media.

Gjenvinning av oljelinjen 40 på enden motstående vannut-løpet gjør det mulig ikke bare å forbedre effektiviteten av hydrosyklonen, men også å unngå medføring av faststoff i suspensjon mot elementet 26, den aksielle strøm av oljen forårsaker at faststoffet må følge banen vist med pilene 34. Delen 28 med lav konisitet utstrekker seg over en lengde LI inne i den sylindriske del 12 i legemet 10 (se Figur 2). Tilstedeværelsen av denne utstikning inne i den sylindriske del 12 forhindrer at emulsjonen som innføres gjennom innløpene 22 og 24 passerer direkte inn i elementet 26 og vil således bringes til å følge en roterende bane inne i legemet 10. Av samme grunn strekker utløpet 18 seg inn i den koniske del 14 av legemet 10 slik at faststoffet kun utføres gjennom endestykke 16. Oljelinjen passerer gjennom det rørformede utløp.

Effektiviteten av hydrosyklonen i henhold til oppfinnelsen er en funksjon av forholdene mellom dimensjonene for de forskjellige elementer som utgjør apparatet. Disse dimensjoner er indikert skjematisk i Figur 2.

De følgende forhold er gitt som eksempel:

Do/D<0,9 Ll/D>0,05 L2/D>0,5 Du/Do<0,96

Ds/D>0,01 Dp/D>0,005 Du/D<0,9 L3/D>1 L4/D<2 L5/D>1 50>SD/Si>6

hvor SD = er tverrsnittet tilsvarende diameter D,

and Si = er summen av innløpstverrsnittene.

I en foretrukket utførelsesform er forholdene som følger: Do/D = 0,4375 Di/D = 0,175 Li/D =0,4 L2/D =4,87

Ds/D =0,19 Dp/D = 0,034 Du/D =0,28 L3/D = 15 L4/D = 0,3

Hydrosyklonen i henhold til oppfinnelsen har den fordel at den muliggjør separasjon, først av faststoffet som har en densitet større enn for vann og deretter separasjon av hydrokarboner fra vannet. Anvendelse av denne type hydrosyklon gjør det mulig å eliminere et forbehandlingstrinn av avløpet som anvendes i separator av "Lakos"-typen og gjør dette uten å derved forøke volumet av hydrosyklonen.

Denne type hydrosyklon finner anvendelse ved behandling av avfallsvann, ved behandling av vann som skal reinjiseres og ved behandling av raffineri- eller petrokjemisk vann. Hydrosyklonen i henhold til oppfinnelsen kan omfatte et enkelt innløp 22 eller et antall tilsvarende innløp anordnet tangentielt og jevnt fordelt over periferien av den sylindriske del 12. Det sylindriske endestykke som utgjør utløpet 16, kan ha form av en konvergerende konus eller en divergerende konus.

Claims (4)

1. Syklonseparator for separering av et strømmende medium til en lavdensitetsfase, en høydensitetsfase og en mellomliggende fase, omfattende et legeme (10) med en sylindrisk del (12) som ved sin nedre ende er forlenget med en konvergerende, i det vesentlige konisk del (14), minst ett innløp (22,24) montert tangentielt på den sylindriske del (12) og et i det vesentlige rørformet element (26) som er montert på et ringformet element (20) som lukker enden av den sylindriske del (12) motstående den i det vesentlige koniske del (14), og at det i det vesentlige rørformede element (26) utstrekker seg ned i legemet (10) under det ringformede element (20), og at den koniske del (14) nær dets toppunkt er forsynt med et utløp (18) for lavdensi-tetsf asen og et andre utløp (16) for høydensitetsfasen, karakterisert ved at det i det vesentlige rørformede element (26) definerer det tredje utløp for den mellomliggende fase, og at de tre uløp er anordet koaksialt i forhold til hverandre.

2. Separator ifølge krav 1, kakterisert ved at det i det vesentlige rørformede elementet (26) utgjøres av en del (28) av lav konisitet og av en sylindrisk forlengelse (30).

3. Separator ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at det ene av utløpene (16) utgjøres av et sylindrisk endestykke, og at det andre utløp (18) omfatter et rør anordnet inne i endestykket.

4. Separator i følge et av kravene 1-3, karakterisert ved at det ene av utløpene (16) utgjøres av et sylindrisk endestykke og at det andre utløp (18) omfatter et rør anordnet inne i endestykket.