NO314751B1 - Anordning for behandling av en blanding av gass og v¶ske - Google Patents

Description

Såkalte sykloner brukes i stor skala for å separere blan-dinger av gass og væske, for eksempel for å tørke natur-gass. Ved utvinningen kan naturgassen bli blandet med salt-vann, noe som kan forårsake mye korrosjon i rørledningene som gassen må strømme igjennom.

I en såkalt aksial syklon blir den innstrømmende blanding satt i en roterende bevegelse, hvorved en tung fraksjon (av størrelsesorden 2-25% av den totale strømning) som inne-holder en relativt stor mengde væske, slynges mot syklonens yttervegg. Denne fraksjonen kan tappes ved å anordne åp-ninger i ytterveggen. Det er også kjent å gjeninnføre en del av den tappede fraksjon i væskestrømmen for ytterligere å separere denne fraksjonen både i væske- og gassfase.

I kjente sykloner er utløpsåpningen for den returnerte strømning vanligvis anordnet i sentrum av syklonen. Da blandingen har en betydelig aksial hastighetskomponent i sentrum av syklonen, kan kryp oppstå langs utløpsåpningen, slik at væskedråper fra innløpsstrømmen entrer utløpsstrøm-men. Når kapasiteten økes, dvs. når trykket og/eller meng-den av blandingen økes, vil slik kryp bli verre.

Fra WO-A1-97/49477 er det kjent en separasjonsanordning som angitt i innledningen av krav 1. Denne kjente separasjonsanordning har relativt høy separasjonsvirkningsgrad, noe som skyldes anti-krypstrømelementer som strekker seg utad i forhold til returkanalens utløpsåpning.

Selv om bruken av disse antikrypstrømelementer reduserer krypstrømmen, er den maksimale kapasitet av separasjonsan-ordningen begrenset fordi den gjenværende krypstrøm har en sterk negativ innflytelse på separasjonseffektiviteten på grunn av den aksiale strålestrøm som kommer fra returkanalen og fordi den aksiale gasstråle fra returkanalen har en negativ effekt på rotasjonen av blandingen nedstrøms for rotasjonsinnretningen, noe som bevirker en relativt lav separasjonsvirkningsgrad for små partikler.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en bedre løsning på krypproblemet.

Dette oppnås ved en anordning som angitt i innledningen av krav 1, hvor det karakteristiske er at en spredeinnretning er anordnet nær den ytre ende av returkanalen for å tillate den gjeninnførte strøm å divergere lateralt utad. Da den aksiale strålestrøm ikke lenger foreligger eller er i det minste betydelig redusert, forhindres effektene av væske-kryp. Dette gjør at separasjonsvirkningsgraden for små partikler blir bedre fordi det roterende strømningsfelt blir mindre forstyrret.

Rotasjonsinnretningen omfatter fortrinnsvis et såkalt virvelelement med en utstrømningsvinkel for blandingen på mer enn 30°, for eksempel omtrent 45°, 60° eller 70°, hvorved den tangensiale hastighetskomponent av blandingen, og derfor virveltallet og separasjonseffektiviteten, økes.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en installasjon som definert i krav 8, hvor en eller flere anordninger ifølge foreliggende oppfinnelse benyttes.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en anordning for behandling av en blanding av gass og væske ifølge et av kravene 1-7, omfattende:

- et rør med en innløpsåpning for blandingen,

- en rotasjonsinnretning anordnet i røret for å sette blandingen i roterende bevegelse, og - et hovedsakelig konisk avsmalende utløp for blandingen anbrakt nedstrøms, hvor en eller flere spalter er innrettet for å la en del av blandingen strømme lateralt ut av utløpet.

På grunn av det koniske avsmalende utløpsrør holder trykket mot veggen seg hovedsakelig på en konstant verdi, hvorved separasjonen av væske via spaltene forløper bedre da trykktapet som kunne få væsken til å strømme inn i utløpsrøret på nytt, unngås.

Et ytterligere rør er fortrinnsvis anordnet oppstrøms i ut-løpsrøret, slik at spaltene kan være så lange som utløpsrø-ret tillater.

Ytterligere fordeler, trekk og detaljer ved foreliggende oppfinnelse vil bli belyst på basis av følgende beskrivelse under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 viser et delvis skjematisk bilde av en installasjon for separasjon av en gass/væske-blanding, hvor en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse benyttes,

figur 2 viser et delvis bortskåret bilde i perspektiv av detalj II på figur l, og

figur 3 viser et delvis bortskåret bilde i perspektiv av et ytterligere foretrukket utførelseseksempel på en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

En beholder 1 (figur 1) er forsynt med en koblingsstuss 2 for inntak av en blanding av gass og væske, så som natur-gass blandet med (salt sjø-) vann. Ved bunnen av beholderen 1 blir det samlet opp væske F som kan tappes via et rør 3. I tillegg til et antall separasjonsinnretninger (ikke vist), er det anordnet et antall bokser 4 i den øvre del av beholderen 1, mens det over disse er anordnet en koblingsstuss 5 på beholderen for tapping av gass som er blitt tør-ket i det minste delvis eller i betydelig grad. Boksene 4 er forsynt med en egen eller felles kanal 6, som står i forbindelse med væsken F i bunnen av beholderen for å tappe væske fra hver boks.

Selv om boksene 4 i foreliggende utførelse er vist i et vertikalt arrangement, kan de også være anordnet liggende i en annen foretrukket utførelse som ikke er ytterligere vist.

I en utførelse av boksen 4, figur 2, er det anbrakt åtte sykloner 10, hvorav en er vist på figur 2, som hver omfatter en sylindrisk vegg 11 som på undersiden danner et inn-løp for gass/væske-blandingen, og en utløpsåpning 12 på sin overside. Omtrent sentralt i det rom som innesluttes av den sylindriske vegg er det plassert et såkalt virvelelement 13, som er forsynt med blad 14 for å sette blandingen i en roterende bevegelse. En del av blandingen slynges utad av denne roterende bevegelse, som angitt ved pilene A, og transporteres via det mellomliggende rom 15 til en resirku-lasjonskanal 16. Resirkulasjonskanalen 16 strekker seg gjennom virvelelementet 13 og er lukket oventil med en hovedsakelig konisk hette 17. Under det koniske element 17 er det utspart spalter 19 i en endedel 18 av kanalen 16 for at blandingen som resirkuleres via kanalene 16 (omtrent 15% av kvantumet av den opprinnelige blanding) skal kunne strømme ut på en divergerende måte. Til rommet 15 er det videre koblet en kanal 21 for tapping av væske, hvilken kanal munner ut i en ringledning 22 som tappekanalene av andre sykloner munner ut i på den ene side, og som på den annen side er forbundet med nedløpet 6 til rommet i bunnen av beholderen for oppsamling av væske F.

Målinger er blitt gjort på den ovenfor beskrevne syklon under atmosfæretrykk med PITOT-rør tilpasset for dette formål. Den radiale trykkprofil i røret ble målt med denne, så vel som det såkalte virveltall. Virveltallet, det vil si forholdet mellom den tangensiale spinnfluks og den aksiale spinnfluks av strømmen i syklonen, bestemmer hovedsakelig separasjonsegenskapene eller effektiviteten av syklonen. Verdien av trykket som består rundt syklonen ligger vanligvis mellom trykket mot veggen og trykket på det sted hvor resirkulasjonskanalen munner ut i syklonen. En steil trykkprofil mellom sentrum og veggen av syklonrøret sikrer at resirkulasjonsstrømmen er tilstrekkelig sterk, og videre at det statiske trykket rundt syklonen er så høyt som mulig.

Fra nummeriske strømningssimuleringer og ovennevnte ekspe-rimentelle forskning er det blitt funnet at det ovenfor an-gitte formål oppnås ikke bare ved å benytte den ovenfor beskrevne divergerende strømning, men også ved å gjøre ut-strømningsvinkelen av blandingen langs virvelelementet relativt stor, for eksempel omtrent 45°, 60° eller 70°, under alle omstendigheter fortrinnsvis større enn 30°, hvorved den tangensiale hastighetskomponent (og derfor virveltallet og separasjonseffektiviteten) økes. For å opprettholde la-minær strømning langs et slikt virvelelement med stor ut-strømningsvinkel, blir sistnevnte konstruert ved bruk av numeriske strømningssimuleringsmetoder.

På grunn av den oppnådde laterale utstrømning av resirkula-sjonsstrømmen, blir kryp mot midten av virvelelementet (nesten) fullstendig forhindret fordi rettstrømmende strøm-ning ikke lenger foreligger i sentrum av strømmen. Dråpene som kommer fra resirkulasjonsstrømmen medføres i virvel-strømmen og separeres via spaltene. Herved blir det også mulig å øke syklonenes maksimale kapasitet. Fra målinger ved atmosfæriske betingelser synes det berettiget å konklu-dere med at kapasiteten også kan økes ved høyere trykk og med en faktor av størrelsesorden to.

Ved høyere kapasitet blir de små dråpene separert bedre av de resulterende høyere tangensialhastigheter. Dette uttryk-kes som Dso, det vil si den midlere diameter av 50% av dråpene, og beløper seg til 4/xm i den ovenfor beskrevne fore-trukne utførelse av foreliggende oppfinnelse.

I anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse har praktisk talt hele gass/væske-strømmen en tangensial hastighetskomponent, hvorved både virveltallet og separasjonseffektiviteten blir høyere.

På grunn av at det midlere trykket i kammeret på utsiden av syklonen blir høyere, vil væsken i nedløpet forhindres fra å kunne bevege seg oppad. Denne såkalte statiske trykkhøyde minsker ved for eksempel 3-12 mBar {under atmosfæriske forhold) , hvorved syklonen ifølge foreliggende oppfinnelse også blir mer nyttig enn eksisterende sykloner i et hori-sontalt arrangement.

Over et virvelelement 10 i en anordning 30 (figur 3) er det anbrakt et konisk avsmalende utløpsrør 31 som er forsynt med utløpsspalter 32. På grunn av konisiteten på for eksempel l°-30°, forblir trykket ved kanten av veggen ved en konstant verdi, og trykktapet i utløpsrøret unngås. På den øvre del av det koniske rør 31 er det anordnet et konsent-risk rør 33 som rager ut oppstrøms i noen grad inn i røret 31 og er festet på den andre side til en øvre vegg 34. Denne ytterligere rørdel 33 danner en barriere for væsken ved enden av utløpsrøret og minimaliserer derfor væskekvantumet i utløpsstrømmen, slik det er angitt skjematisk med piler

P.

Utløpsspaltene 32 kan videre strekke seg over praktisk talt hele lengden av den koniske rør 31, forbi den nedre kant av den konsentriske rørdel 33.

Foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til den ovenfor beskrevne utførelse. De omsøkte rettighetene er definerte av de følgende krav, og innenfor rammen av disse kan man forestille seg mange modifikasjoner.

Claims (12)

1. Anordning for behandling av en blanding av gass og væske, omfattende: - et rør (1) med en innløpsåpning for blandingen, - et utløp (12) for blandingen plassert nedstrøms, - en rotasjonsinnretning (13, 14) anordnet i røret for å sette blandingen i roterende bevegelse, og - en eller flere utløpsåpninger anordnet nedstrøms i forhold til rotasjonsinnretningen for å la en del av blandingen strømme lateralt ut av røret, - en returkanal (16) anordnet sentralt i aksial retning gjennom rotasjonsinnretningen for gjeninnføring av strømmen som har strømmet ut via utløpsåpningene, karakterisert ved- en spredeinnretning (17, 19) som er anordnet nær den ytre ende av returkanalen for å tillate den gjeninnførte strøm å divergere lateralt utad.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor spredeinnretningen omfatter spalter (19) utspart i en endedel (18) av returkanalen (16) .

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, hvor spredeinnretningen omfatter et hovedsakelig konisk element (17) nær den ytre ende av returkanalen.

4. Anordning ifølge et av kravene 1-3, hvor utløpsåpningene utgjøres av et antall langsgående spalter i rørets sidevegg.

5. Anordning ifølge et av kravene 1-4, hvor rotasjonsinnretningen (13, 14) omfatter et virvelelement (14), fra hvilket utstrømningsvinkelen av blandingen beløper seg til 15°-85°.

6. Anordning ifølge krav 5, hvor utstrømningsvinkelen beløper seg til omtrent 45°, 60° eller omtrent 70°.

7. Anordning ifølge et av kravene 1-6, hvor Dso beløper seg til 4/xm eller mindre.

8. Installasjon for å separere vann fra gass, omfattende: - en beholder som er forsynt med en koblingsstuss (2) for tilførsel av blandingen, - en tappekanal (3) for tapping av væske som har samlet seg i bunnen av beholderen, og - en eller flere bokser (4) hvor det er anordnet en eller flere anordninger ifølge et eller flere av kravene 1-6.

9. Installasjon ifølge krav 8, hvori det minste en væskekanal (6) strekker seg mellom boksen (4) og rommet i bunnen av beholderen hvor væsken (F) samles.

10. Anordning for behandling av en blanding av gass og væske ifølge et av kravene 1-7, omfattende: - et rør med en innløpsåpning for blandingen, - en rotasjonsinnretning anordnet i røret for å bringe blandingen i en roterende bevegelse, og - et hovedsakelig konisk avsmalende utløp (31) for blandingen plassert nedstrøms, hvor en eller flere spalter (32) er innrettet for å la en del av blandingen strømme lateralt ut av utløpet.

11. Anordning ifølge krav 10, hvor konisiteten beløper seg til 1° - 30°.

12. Anordning ifølge krav 10 eller 11, forsynt med en ytterligere rørdel (33) som rager ut i det minste delvis oppstrøms i utløpet (31).