NO315188B1

NO315188B1 - Dråpefangersyklon

Info

Publication number: NO315188B1
Application number: NO20015436A
Authority: NO
Inventors: Bjoern Christiansen; Knut Sveberg; Inge Hjelkrem; Dag Kvamsdal
Original assignee: Consept As
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-07-28
Also published as: EP1987871A3; NO20015436L; NO20015436D0; US20050000200A1; EP1987871A2; EP1453609A1; US7279020B2; WO2003039755A1; EP1453609B1; ATE407742T1; AU2002339764B2; DE60228880D1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår utskilling av væskedråper fra en gasstrøm, spesielt i en produksjonssituasjon av olje og gass. Mer konkret angår den en dråpefangersyklon for dette formål.

Bakgrunn

Ved produksjon av olje og gass fra et underjordisk eller undersjøisk reservoar vil brønnstrømmen stort sett alltid inneholde både olje, gass, vann og litt sand. Det arrangeres av den grunn et mottaksanlegg for brønnstrømmen som har som formål å skille de ulike fasene fra hverandre. Dette gjøres i flere trinn hvor "grovseparasjonen" av de ulike fasene skjer ved bruk av gravitasjonskraften alene og hvor "finrensingen" av de enkelte fasene benytter i hovedsak sentrifugalkrefter og treghetskrefter sammen med gravitasjonskraften. En problemstilling som er svært vanlig i de fleste separasjonstrinn er å fjerne væskedråper fra en gass strøm. I denne forbindelse er væskeinnholdet i gassen lavt, fortrinnsvis mindre enn 1 vol% av hele volumstrømmen. Det er likevel viktig straks å fjerne mest mulig av denne væskemengden for å'beskytte det etterfølgende utstyr som kompressorer og annet avvanningsutstyr. Dette skjer i store separatorer som enten er arrangert horisontalt eller vertikalt. I det etterfølgende gies separatorer som skal separere gass/væskeblandinger inneholdende typisk mindre enn 2 vol% væske betegnelsen gasskrubbere.

I separatorer skjer det flere trinn av væskeavskilling. Først kommer gassen inn gjennom et innløp, som - for vertikalt anordnede separatorer - kan ligge omtrent midt på separatoren i vertikalretning. Ved innløpet er det gjerne anordnet en impulsbryterplate, skovl diffusor eller lignende for å fordele strømmen over separatorens tverrsnitt. Allerede her skilles de største dråpene ut og faller ned på et væskereservoar i nedre del av separatoren

Gassen for øvrig beveges oppover i hva som kan betegnes som en rolig sone, eller avsetningssone, hvor ytterligere dråper som følge av gravitasjon faller ned til væskeflaten under, evt. først avsettes på separatorveggen og dreneres ned langs denne.

Nær utløpet i toppen av separatoren tvinges gassen til å passere gjennom et antall eller et knippe av parallelt anordnede dråpefanger-sykloner eller annet dråpefangerutstyr av kjent teknologi. Fra dråpefanger-syklonene blir væsken ført ned til væske reservoaret under gjennom nedløpsrør, hvis nedre ende gjerne er neddykket i reservoaret. Trykkfallet over dråpefangerutstyret er en viktig dimensjonerende parameter ved valg av dråpefangerutstyr. Ved stort trykkfall, blir det et tilsvarende sug i nedløpsrøret, hvilket innebærer at væskeflaten i dette står vesentlig høyere enn i reservoaret for øvrig. Blir trykkfallet for stort, suges væske opp fra reservoaret gjennom

nedløpsrøret i stedet for å dreneres ned gjennom dette.

Det er kjent to hovedtyper av dråpefanger-sykloner. En type er kjennetegnet ved at strømningshastigheten for gassen endrer retninger inne i dråpefangeren, og er her omtalt som dråpefanger med reversert strømning, mens en annen type dråpefanger har ens strømningsretning og er betegnet aksielt strømmende dråpefanger. Begge disse typer er nærmere omtalt under henvisning til figur. Mens den første type er kjennetegnet ved god evne til å skille væske fra gass selv ved høye væskeandeler, men har et problematisk høyt trykkfall, har den aksielt strømmende dråpefanger-syklon lavere trykkfall, men til gjengjeld dårligere evne til å skille væske fra gassen når væskeandelen er høy.

Formål

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en dråpefangersyklon som både oppviser lavt trykkfall og samtidig gir en bedre separasjonseffektivitet enn hva som er tilfellet ved kjente dråpefangersykloner.

Dette formål er ivaretatt ved foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen består i en aksielt strømmende dråpefangersyklon for separasjon av en gass/væske blanding omfattende et innløp for gass som inneholder væskedråper og et utløp for en tilnærmet tørr gass, med et i hovedsak sylindrisk syklonrør samt omfattende en virveldannende anordning som setter det innkommende fluid i rotasjon, hvilken dråpefangersyklon er kjennetegnet ved at det i minst ett felt innvendig i syklonrøret er arrangert slisser eller perforeringer, som danner et hovedsakelig linjeformet mønster på skrå av syklonrørets lengderetning nedstrøms den virveldannende anordning for å tillate deler av fluidet, heriblant separert væske, å strømme ut av syklonrøret.

Fordelaktige utføreIsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Det er fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, arrangert en kanal som forbinder området på utsiden av syklonrørets slisser eller perforeringer med syklonrørets senterområde for å tillate deler av fluidet som strømmer ut igjennom syklonrørets perforering, i hovedsak gass, å bli tilbakeført til syklonrøret.

Det er hensiktsmessig at det nevnte mønster av slisser eller perforeringer som tillater væske å strømme ut av syklonrøret, er anordnet hovedsakelig kontinuerlig, da det vil være vanskeligere å sikre en optimal væskestrøm ut gjennom nevnte slisser/ perforeringer hvis mønsteret ikke er kontinuerlig eller hovedsakelig kontinuerlig.

Den virveldannende anordning består av en skovlkaskade hvor skovlene er festet på et indre legeme, som fortrinnsvis er sylindrisk, og strekker seg ut mot syklonrørets innervegg idet skovlene er utformet slik at når de betraktes i (minst) et 2-dimensjonalt radielt tverrsnittsplan normalt på syklonrørets lengderetning mellom skovlenes innløpskant og skovlenes utløpskant så vil de to rette linjene, henholdsvis første linje strukket fra skovlkaskadens senterakse og til skjæringspunktet mellom skovlens midtlinje og ytterveggen til skovlkaskadens sentrale legeme og andre linje strukket fra skovlkaskadens senterakse og til skjæringspunktet mellom skovlens midtlinje og syklonrørets innervegg, danne en vinkel som er større enn 3 grader. Bakgrunnen for dette er nærmere forklart nedenfor.

Det er foretrukket at væsken som blir ført ut av dråpefangersyklonen gjennom de nevnte slisser eller perforeringer, blir ledet inn i et lukket kammer hvor det er tilsluttet et rør eller kanal for drenasje av separert væske.

Syklonrøret er i en spesielt foretrukket utførelsesform forlenget i aksiell retning nedstrøms det første felt med slisser eller perforeringer i syklonrøret, enten med samme diameter eller med en noe mindre diameter, idet det er anordnet et andre felt med slisser eller perforeringer for å tillate deler av fluidet, heriblant separert væske som ikke ble drenert gjennom det første felt med slisser eller perforeringer, å strømme ut av syklonrøret og inn i et andre lukket kammer til hvilket det er tilsluttet et rør eller kanal for drenasje av separert væske.

Det er ved denne utførelsesform fordelaktig at det er arrangert en kanal som forbinder det andre lukkede kammer med syklonrørets senterområde for å tillate deler av fluidet som strømmer ut igjennom syklonrørets perforering, i hovedsak gass, å bli tilbakeført til syklonrøret.

Ved aksielt strømmende dråpefangersykloner, også dråpefangersyklonen ifølge foreliggende oppfinnelse, er det sterkt å foretrekke at den innstrømmende, fuktige gassen settes i rotasjon ved hjelp av et særskilt organ, betegnet skovlkaskade. Ved en foretrukket utførelsesform av dråpefangersyklonen ifølge oppfinnelsen omfatter nevnte skovlkaskade et indre legeme, som fortrinnsvis er sylindrisk og har et hulrom langs sin senterakse.

Dråpefangersyklonen har fortrinnsvis en kanal som forbinder området på utsiden av minst ett av syklonrørets eventuelt flere felt med slisser eller perforeringer med syklonrørets senterområde via hulrommet i skovlkaskadens senter, for å tillate deler av fluidet som strammer ut igjennom syklonrørets perforering, i hovedsak gass, å bli tilbakeført til syklonrøret. Det er spesielt foretrukket at det er arrangert en virveldannende anordning ved innløpet til hulrommet i skovlkaskadens senter som setter det resirkulerte fluid i rotasjon når det tilbakeføres i syklonrøret.

Den virveldannende anordning ved innløpet til hulrommet i skovlkaskadens senter kan bestå av tangentielle porter som tilsetter det resirkulerte fluid med i hovedsak en tangentiell hastighetskomponent langs hulrommets ytterkant. Alternativt kan det bestå av en sekundær skovlkaskade karakterisert ved at skovlene er festet på et sekundært indre legeme, som fortrinnsvis er sylindrisk, og strekker seg ut mot ytterveggen til hulrommet i den primære skovlkaskaden.

I det følgende er oppfinnelsen beskrevet nærmere, idet også dråpefanger-sykloner ifølge tidligere kjent teknikk for sammenlignings skyld er nærmere beskrevet under henvisning til figurer.

Tegningene

Fig. 1 viser skjematisk en planskisse av kjent gasskrubber med diffusorinnløp, aksialt strømmende dråpefangersykloner og intern nedløp. Fig. 2 viser skjematisk en dråpefangersyklon ifølge kjent teknikk med reversert strømningsretning for gassen. Fig. 3 viser skjematisk en dråpefangersyklon ifølge kjent teknikk med aksiell strømningsretning. Fig. 4a og 4b viser skjematisk en skovlseksjon ifølge kjent teknikk hvor skovlene i enhver aksiell posisjon står vinkelrett på syklonrørets senterakse.

Fig. 5 viser skjematisk en dråpefangersyklon ifølge oppfinnelsen.

Fig. 6a viser skråstilte drenasjespalter ifølge oppfinnelsen samt strømningsbaner for væskefilmen i et 2-dimensjonalt utbrettssnitt, mens Fig. 6b viser tilsvarende for langsgående drenasjespaltene ifølge kjent teknikk. Fig. 7 viser et eksempel på skråstilte drenasjespalter ifølge oppfinnelsen hvor spaltene er arrangert vinkelrett i et overlappende mønster i forhold til strømningsretningen ut av skovlkaskaden.

Fig. 8a og 8b viser fordelaktige utførelsesformer av skovlkaskaden ifølge oppfinnelsen.

Fig. 9a visualiserer strømningsbaner for væskefilmen på skovlutforming ifølge oppfinnelsen, mens

Fig 9b viser tilsvarende for skovlutforming ifølge kjent teknikk.

Fig. 1 Oa og 10b viser et første eksempel for et virveldannende innløp med bruk av en eller flere tangentielle porter for å sette purgegassen i rotasjon før den føres tilbake til syklonrøret. Fig. 11 viser et andre eksempel for et virveldannende innløp med bruk av en sekundær

skovlkaskade for å sette purgegassen i rotasjon før den føres tilbake til syklonrøret.

Fig. 12 viser et eksempel på praktisk arrangement av en 2-trinns aksialsyklon hvor purgegassen tas fra det andre separasjonstrinnet. Figur 1 viser en separator ifølge kjent teknikk, med en skovldiffusor innløpsinnretning 1 som mottar og fordeler innstrømmende gass så skånsomt som mulig og fører gassen inn i avsetningssonen 2. Avsetningssonene 2 er vanligvis relativt små, slik at avsetning av små dråper gjennom gravitasjon skjer i forholdsvis liten utstrekning. Det er derfor å foretrekke at innløpsinnretningen 1 er konstruert slik at den i størst mulig grad slår ut det meste av væsken i gasstrømmen umiddelbart når denne føres inn i separatoren.

Gassen som passerer gjennom rommet 2 vil inneholde mange små og enkelte mellomstore dråper når den går inn i dråpefangersyklonene 7, hvor ytterligere væske blir skilt ut. Væsken som utskilles i syklonene 7 samles i rommet 3, og blir derfra drenert gjennom nedløpsrøret 4. Som tidligere forklart vil trykket på nedstrømssiden av syklonene være lavere enn på oppstrømssiden, og det er derfor nødvendig å la røret 4 stikke ned i væsken 5 for å hindre at gass strømmer motstrøms mot væsken i røret 4. Ved å gjøre dette balanseres undertrykket i rommet 3 med en væskesøyle i røret 4. Væskenivået 6 vil derfor være høyere enn væskespeilet i kammer 5, og høyden tilgjengelig over væskespeilet 6 er en viktig parameter med hensyn til hvordan gasskrubberen skal dimensjoneres. Ved for stor gassrate i forhold til skrubberens høyde, vil væske bli suget opp i kammeret 3 og videre ut i gassutløpet. Trykkfallet over dråpefangerutstyret er således en viktig dimensjonerende parameter ved valg av dråpefangerutstyr. Normalt er det mindre høyde tilgjengelig i horisontale separatorer enn i vertikale, hvilket gjør at det er en enda større utfordring å få dråpefangeme til å fungere optimalt i horisontale separatorer. Figur 2 viser en konvensjonell dråpefangersyklon hvor gassretningen reverseres inne i syklonen. Gassen strømmer således inn gjennom tangentielle innløp 21 nær toppen av syklonen, og beveger seg nedover i en roterende bevegelse inntil den passerer kanten 23 av det innstukne røret 22, kalt "vortex finder" innen syklonterminologien, og går derfra opp og ut gjennom "gas vortex finder" ved 24 hvor gassen samles opp og føres videre. Væsken eller væskedråpene som har større tetthet enn gassen, blir gjennom sentrifugalkraften slynget ut mot veggen 25 og dreneres nedover langs denne til nedløpet 26 som går over i nedløpsrøret. Slike reverserende dråpefangersykloner er effektive når det gjelder å skille væske fra gassen, men de har den betydelige ulempe at trykkfallet gjennom dem er for stort til at de kan håndtere store mengder gass under høyt trykk, slik situasjonen gjerne er ved produksjon av gass fra et reservoar. Figur 3 viser en annen kjent type dråpefangersyklon, kjent som aksielt strømmende syklon bla omtalt i patentsøknader PCT/NL97/00350, PCT/NL99/00677 ogNL20001016114.

Med aksielt strømmende syklon menes at strømningsretningen for gassen er den samme gjennom syklonen. Aksielt strømmende dråpefangersykloner har i den senere tid vært dominerende innen høytrykks anvendelser fordi de gir et mindre trykkfall enn de reverserende sykloner beskrevet ovenfor. Den aksielle syklonen omfatter et sylindrisk rør 31 som gassen passerer gjennom. Inne i dette røret sitter en skovlkaskade bestående av et aksesymmetrisk konsentrisk sentralt legeme 32 med skovlblader 33 som gir gasstrømmen en roterende bevegelseskomponent idet den strømmer videre gjennom separasjonskammeret 30. Skovlkaskadens sentrale legeme 32 har et sentralt langsgående hulrom 38. På grunn av gassens roterende bevegelse vil væskedråper som følge av sin høyere tetthet bli slynget ut mot veggen av syklonrøret 31. Væskefilmen på veggen vil på grunn av gasshastigheten i liten grad være i stand til å dreneres nedad langs veggen, og blir i stedet ført ut gjennom rørveggen 31 gjennom langsgående spalter 34 som løper parallelt med syklonrørets 31 lengderetning i den øvre del av veggen og ut til drenasjekammeret 35 hvor væsken samles opp og dreneres gjennom en nedløpskanal 37 til separatorens væskerom. For å hjelpe væsken til å passere ut gjennom spaltene 34, blir det normalt anordnet en purgestrøm (rensestrøm) av gass slik at det skjer en netto flyt også av gass gjennom spaltene 34 i samme retning som væsken. Dette oppnås ved å koble drenasjekammeret 35 til lavtrykksområdet i sentrum av syklonrøret 31 via en kanal 36 koblet til det sentrale langsgående hulrom 38 i skovlkaskadens sentrale legeme 32. Denne purgegassen utgjør gjerne 2-10 % eller av den totale gasstrøm. Som det vil forstås av figur 3 utgjør purgegassen en "blindsløyfe" som går i fra separasjonskammeret 30, ut til drenasjekammeret 35 og tilbake til separasjonskammeret 30.

Figur 4a og 4b illustrerer skovlgeometrier i henhold til kjent teknikk hvor figur 4a angir en 3-dimensjonal illustrasjon av skovlkaskaden sett fra skovlkaskadens avløpsside mens figur 4b viser et radielt tverrsnitt normalt syklonens lengderetning på et vilkårlig sted mellom skovlenes innløpskant 39, 49 og skovlenes utløpskant 310, 410. Skovlkaskaden er karakterisert ved at i enhver aksiell posisjon mellom skovlenes innløpskant 39,49 og skovlenes utløpskant 310, 410 så står skovlene 43 vinkelrett både mot det sentrale legeme 42 og syklonrøret 41 stik som illustrert i Figur 4a og 4b.

Eller beskrevet på en annen måte; ved enhver aksiell posisjon mellom skovlenes innløpskant 39,49 og skovlenes utløpskant 310,410 så er skovlene 43 slik utformet at når skovlene 43 betraktes i et 2-dimensjonalt radielt tverrsnittsplan normalt syklonrørets lengderetning som vist i figur 4b, så vil de to rette linjene, henholdsvis første linje strukket fra skovlkaskadens senterakse 45 og til skjæringspunktet 46 mellom skovlens midtlinje 48 og ytterveggen til skovlkaskadens sentrale legeme 42 og andre linje strukket fra skovlkaskadens senterakse 45 og til skjæringspunktet 47 mellom skovlens midtlinje 48 og syklonrørets 41 innervegg, danne en vinkel som er nær 0 grader og i praksis mindre enn 2 grader. Skovlens midtlinje 48 i et radialsnitt er definert som punktene langs skovlen i radiell retning som har lik avstand 1/2* r 6 til begge sideflater av skovlen. Dette er illustrert i figur 4b hvor r representerer radien som løper fra ytterveggen til skovlkaskadens sentrale legeme 42 og ut til syklonrørets 41 innervegg og 9 representerer vinkelforskyvningen mellom tangeringspunktene på hver av skovlenes sideflater når en rett linje med lengde r trukket fra skovlkaskadens senter 45 roteres rundt senteraksen 45. Skovlenes tykkelse projisert i et radielt tverrsnittsplan kan således defineres ifølge (1).

hvor

t^ skovlens tykkelse projisert i et radialsnitt ved en vilkårlig radius (definisjon),

r vilkårlig radius som løper fra ytterveggen til skovlkaskadens sentrale legeme 42 og ut til

syklonrørets 41 innervegg,

9 vinkelforskyvningen mellom tangeringspunktene på hver av skovlenes sideflater når en rett linje trukket fra skovlkaskadens senter 45 roteres rundt senteraksen 45.

Samtlige patentsøknader PCT/NL97/00350, PCTYNL99/00677 ogNL20001016114 omhandler ulike måter for å tvinge krypstrømmen av væske som ansamles på skovlkaskadens sentrale legeme 22 ut fra syklonens senter for på denne måten å øke syklonens separasjonseffektivitet. Patentsøknad PCT/NL97/00350 anordner en sylindrisk disk på utløpet av kanalen som fører purgegassen inn i syklonens senter. Intensjonen her er at krypstrømmen av væske skal bli revet av på en større diameter. Både patentsøknad PCT/NL99/00677 og NL20001016114 omfatter at purgegassen tilsettes radielt syklonens lengderetning for på denne måten "blåse av" krypstrømmen av væske fra skovlkaskadens kjernelegeme.

Figurene 5 viser en utførelsesform av en aksial syklon ifølge oppfinnelsen. Syklonen omfatter et sylindrisk rør 51, senere omtalt som syklonrøret, som gassen passerer gjennom. Inne i syklonrøret 51 sitter en skovlkaskade bestående av et sylindrisk hult legeme 52 med skovlblader 53 som gir gasstrømmen en roterende bevegelseskomponent idet den strømmer videre aksialt igjennom syklonrøret 51. På grunn av gassens roterende bevegelse vil væskedråper som følge av sin høyere tetthet bli slynget ut mot veggen av syklonrøret 51. Væskefilmen på veggen vil på grunn av gasshastigheten i liten grad være i stand til å dreneres nedad langs veggen, og blir i stedet ført ut gjennom syklonrørets 51 vegger gjennom spalter 54 som i henhold til oppfinnelsen løper skrått i forhold til syklonrørets 51 lengderetning i den øvre del av syklonrøret 51 og ut til drenasjekammeret 55 hvor væsken samles opp og dreneres gjennom et nedløpskanal 57 til separatorens væskerom. For å hjelpe væsken til å passere ut gjennom spaltene 54, blir det anordnet en purgestrøm (rensestrøm) av gass slik at det skjer en netto flyt også av gass i samme retning som væsken. Dette oppnås ved å koble drenasjekammeret 55 til lavtrykksområdet i sentrum av

syklonkammeret 50 via en kanal 56 koblet til det sentrale langsgående hulrom 58 i skovlkaskadens sentrale legeme 52. Denne purgegassen utgjør gjerne 2-10 % eller av den totale gasstrøm. Som det vil forstås av figur 5 utgjør purgegassen en "blindsløyfe" som går i fra separasjonskammeret 50, ut til drenasjekammeret 55 og tilbake til separasjonskammeret 50.

Ifølge oppfinnelsen skal drenasjespaltene 54 være vinklet slik at de i hovedsak står vinkelrett på strømningsretningen ut av skovlene 53. Om skovlenes 53 midlere avløpsvinkel for eksempel er 45 grader i forhold til syklonrørets 51 lengderetning, så skal drenasjespaltene 54 ideelt sett være vinklet -45 grader i forhold til syklonrørets 51 lengderetning.

Den vesentligste fordelen med å arrangere drenasjespaltene 54 skrått ifølge oppfinnelsen skyldes at for en gitt aksiell lengde av syklonrørets perforerte seksjon vil en væskefilmbane langs syklonrørets 51 innervegg måtte passere en skråstilt drenasjespalte 54 nesten 2 ganger så mange ganger som tilfellet hadde vært om spaltene 54 hadde vært arrangert parallelt med syklonrørets 51 lengderetning. Dette er illustrert i figur 6a og 6b som viser hvordan spaltene 54 i syklonrøret 51 samt strømningsbanene til væskefilmen vil fremstå når den sylindriske perforerte seksjonen foldes ut i et 2-dimensjonalt plan for henholdsvis skråstilte spalter (6a) i følge oppfinnelsen og rette langsgående spalter (6b) i følge kjent teknikk. For begge spaltekonfigurasjoner vil lengden i x-aksen tilsvare

rc - D, hvor D er syklonrørets 51 indre diameter og lengden i y-aksen tilsvare lengden på syklonrørets 51 perforering. I begge tilfellene er det vist 4 spalter, nummerert som sl, s2 og s3, og s4 og 3 strømningsbaner for væskefilmen, nummerert som bl, b2 og b3.

Som det fremgår av figurene vil hver strømningsbane passere en skråstilt spalte 5 ganger mens for rette spalter vil hver strømningsbane passere en spalte i snitt ca 2.5 ganger. Laboratorietester har vist at drenasjekapasiteten nær dobles når spaltene anordnes skrått i henhold til oppfinnelsen sammenliknet med når spaltene anordnes parallelt med syklonrørets lengdeakse. En oppnår således en betydelig forbedring av separasjonseffektiviteten, spesielt ved høye væskebelastninger.

De skråstilte spaltene bør fortrinnsvis være kontinuerlige slik som vist i Figur 5 og 6b, men dette er ingen betingelse. Figur 7 viser et eksempel på rektangulære perforeringer 74 ifølge oppfinnelsen hvor perforeringene er arrangert i et linjeformet mønster med en hovedsakelig kontinuerlig kurvatur.

Det ideelle er som nevnt at mønsteret står så nær som mulig en vinkel på 90 grader i forhold til strømningsretningen av fluidet ut av skovlkaskaden. Vinkelen for fluidet ut ifra skovlkaskaden kan imidlertid variere med varierende driftsbetingelser, og representerer således ikke et helt entydig trekk ved dråpefangersyklonen. Enhver vinkel mellom 5 og 85 grader i forhold til syklonrørets lengdeakse, representerer en godt merkbar forbedring i forhold til kjente dråpefangersykloner. I området mellom 30 og 60 grader er forbedringen enda tydeligere, og dette området representerer således et mer foretrukket område for skråstillingen av nevnte slisser eller perforeringer.

I det følgende er det beskrevet en det ytterligere og foretrukne trekk ved oppfinnelsen, hvilke trekk alle bidrar til å øke separasjonseffektiviteten.

Figur 8a og 8b illustrerer skovlgeometrier i henhold oppfinnelsen hvor figur 8a angir en 3-dimensjonal illustrasjon av skovlkaskaden sett fra skovlenes avløpside mens figur 8b viser et radielt tverrsnitt normalt syklonrørets 51,81 lengderetning på et vilkårlig sted mellom skovlenes innløpskant 59, 89 og skovlenes utløpskant 510, 810. Skovlkaskaden er karakterisert ved at når skovlene 53, 83 betraktes i ett eller flere radielle tverrsnittsplan normalt syklonrørets lengderetning mellom skovlenes innløpskant 59, 89 og skovlenes utløpskant 510, 810 så vil de to rette linjene, henholdsvis første linje 811 strukket fra skovlkaskadens senterakse 85 og til skjæringspunktet 86 mellom skovlens midtlinje 88 og ytterveggen til skovlkaskadens sentrale legeme 82 og andre linje strukket fra skovlkaskadens senterakse 85 og til skjæringspunktet 87 mellom skovlens midtlinje 88 og syklonrørets 81 innervegg, danne en vinkel a som er større enn 5 grader. I et radialsnitt ved skovlenes avløpskant 510, 810 er vinkelen a størst, typisk 30-50 grader.

Skovlens midtlinje 88 i et radialsnitt er definert som punktene langs skovlen i radiell retning som har lik avstand 1/2- r- 6 til begge sideflater av skovlen. Dette er illustrert i figur 8b hvor r representerer radien som løper fra ytterveggen til skovlkaskadens sentrale legeme 82 og ut til syklonrørets 81 innervegg og 9 representerer vinkelforskyvningen mellom tangeringspunktene på hver av skovlenes sideflater når en rett linje med lengde r trukket fra skovlkaskadens senter 45 roteres rundt senteraksen 45. Skovlenes tykkelse projisert i et radielt tverrsnittsplan er definert ifølge (1).

Forutsatt en lik utløpsvinkel på skovlens midtdiameter Dm, definert iht. (2), så vil en slik skovlgeometri gi en relativt høyere rotasjonshastighetskomponent inn mot skovlkaskadens indre legeme 52, 82 enn hva tilfellet er med skovlutforming i henhold til kjent teknikk som vist i Figur 4a og 4b. Tilsvarende vil rotasjonshastighetskomponenten ut mot syklonrøret 51,81 relativt avta i forhold til hva tilfellet er med skovlutforming i henhold til kjent teknikk som vist i Figur 4a og 4b.

hvor,

Dm Arealmidlet diameter for midtre strømningsbane gjennom skovlkaskaden

D9ktal Syklonrørets 51,81 indre diameter

<D>kjemeiegnnt Ytterdiameter for skovlkaskadens indre legeme 52,82

Med en slik skovlutforming vil en oppnå en fordelaktig trykkbalansering i radiell retning gjennom skovlkaskaden som i første rekke hurtigere bringer væske som befinner seg nær kjerne legeme 52, 82 ut mot syklonveggen 51,81 og således bedrer separasjonseffektiviteten.

Dette er illustrert i Figur 9a og 9b som illustrerer strømningsbaner til væskefilmen som dannes på skovlene 93 for henholdsvis en skovlutforming ifølge oppfinnelsen (9a) og en skovlutforming ifølge kjent teknikk (9b). Figur 9b illustrerer hvordan væskefilmen som dannes på skovlene 93 vil strømme inn mot skovlkaskadens kjerne legeme 92 når skovlutforming i henhold til kjent teknikk anvendes mens figur 9a illustrerer hvordan skovlutforming i henhold til oppfinnelsen forhindrer dette og i stedet tvinger væskefilmen som dannes på skovlene 93 til å strømme i syklonrørets 91 lengderetning.

Med henvisning til figurer 5 og 9 er en kjent problemstilling knyttet til aksialsykloner at væskefilmen følger skovlkaskadens kjerne legeme 52, 92 og forlater denne nær senteraksen til syklonrøret 51. På grunn av at rotasjonshastigheten, og således sentrifugalkraften, nær syklonrørets 51 senterakse er veldig liten vil denne væsken vanskelig la seg separere ut til syklonrørets 51 vegg. Som tidligere nevnt omhandler samtlige patentsøknader PC17NL97/00350, PCT7NL99/00677 og NL20001016114 ulike måter for å tvinge krypstrømmen av væske som ansamles på skovlkaskadens sentrale legeme 52, 92 ut fra syklonrørets 51 senter for på denne måten å øke syklonens separasjonseffektivitet. Patentsøknad PCT7NL97/00350 anordner en sylindrisk disk på utløpet av kanalen som fører purgegassen inn i syklonrørets 51 senter. Intensjonen her er at krypstrømmen av væske skal bli revet av på en større diameter. Både patentsøknad PCT/NL99/00677 og NL20001016114 omfatter at purgegassen tilsettes radielt syklonens lengderetning for på denne måten "blåse av" krypstrømmen av væske fra skovlkaskadens kjernelegeme. Om purgegassen tilsettes en rotasjonshastighetskomponent før den føres inn i syklonrørets 51 senter vil samme effekt oppnås. Væskefilmen som slipper kjernelegemet vil møte den roterende purgegassen som kommer ut i senter av kjernelegemet og bli revet av med en tangentiell hastighetskomponent og således ført radielt utover pga av sentrifugalkraften. Figur 10 og 11 viser to eksempler ifølge oppfinnelsen på praktisk utforming av et virveldannende innløp som setter purgegassen i rotasjon før den føres tilbake til syklonkammeret 100, 110. I begge tilfellene arrangeres det virveldannende innløpet ved innløpet til det fortrinnsvis sylindriske hulrom 108, 118 i kjernelegemet 102, 112. Figur 10a og 10b viser henholdsvis et aksialsnitt og et radialsnitt av ett arrangement hvor purgegassen tilsettes tangentielt det sylindriske hulrom 108 i kjernelegemet 102 gjennom en tangentiell port 1012. Det kan også like gjerne anordnes flere tangentielle porter. Figur 11 viser et arrangement hvor purgegasse settes i rotasjon ved hjelp av en sekundær skovlkaskade 1114 av egnet geometri. Det sylindriske hulrom 108, 118 i kjernelegemet 102, 112 kan med fordel ha en konisk utformet seksjon 1113 nedstrøms det virveldannende innløpet for purgegassen slik som illustrert i figur 10, men den kan like gjerne være sylindrisk utformet slik som illustrert i figur 10.

En annen fordel med å sette sette purgestrømmen i rotasjon inne i hulrommet 108, 118 i kjernelegemet 102,112 er at væskedråper som følger purgestrømmen vil separeres ut på hulrommets 108,118 yttervegg som følge av sentrifugalkrefter og væsken vil således fødes i form av en væskefilm inn til senter av syklonrøret 51. Denne vil blandes med tidligere beskrevet væskefilmen som følger kjernelegemet^ 102, 112 yttervegg og bli revet opp i store dråper som blir eksponert av det roterende hastighetsfeltet både innenfra og utenfra og således påtvunget en sentrifugalkraft som fører dråpene til syklonrørets 102, 112 vegg.

Fig. 12 viser et praktisk arrangement av en 2-trinns aksialsyklon hvor purgegassen tas fra det andre separasjonstrinnet. Med et slikt arrangement ønsker en å maksimere effekten av purgegassen som er med på å transportere væsken ut igjennom drenasjespaltene. Dette gjøres ved at syklonrøret 121 er forlenget i aksiell retning nedstrøms det første felt med perforeringer 124 i syklonrøret 121, enten med samme diameter eller med en noe mindre diameter, og det arrangeres et andre felt med perforeringer 129 for å tillate deler av fluidet, heriblant separert væske som ikke ble drenert gjennom det første felt med perforeringer 124, til å strømme ut av syklonrøret 121 og inn i et andre lukket kammer 1210 hvor det er tilsluttet et rør eller kanal 1211 for drenasje av separert væske. De to drenasjekamrene 125 og 1210 for henholdsvis det første og andre felt med perforeringer er isolert fra hverandre og har separate drenasjekanaler 127 og 1211. Det er videre arrangert en kanal eller hulrom 126 som forbinder det andre lukkede kammer 1210 med syklonkammerets 120 senterområde for å tillate deler av fluidet som strømmer ut igjennom syklonrørets andre felt med perforering 129, i hovedsak gass, å bli tilbakeført til syklonrøret. Det er videre fordelaktig å redusere det totale åpningsareal for andre felt med perforeringer 129 for å øke gasshastigheten og således purgeeffekten for transport av væske ut igjennom perforeringene. Dette kan gjøres fordi mesteparten av væsken dreneres ut av syklonrøret 121 gjennom det første felt med perforeringer 124. Som illustrert i figur 11 kan åpningsarealet på det andre felt med perforeringer 129 reduseres ved å redusere spaltebredden samt redusere lengden på den perforerte seksjonen. Det anvendes således ingen purgegass for å fremme transporten av væsken ut igjennom det første felt med perforeringer 124.

I figur 12 er det illustrert bruk av et skovlarrangement 1214 for å sette purgegassen i rotasjon før denne føres tilbake i separasjonskammerets 120 senterområde. Dette er fordelaktig, men ikke nødvendig for et 2-trinns separasjonsarrangement.

Claims

1. Aksielt strømmende dråpefangersyklon for separasjon av en gass/væske blanding omfattende et innløp (515) for gass som inneholder væskedråper og et utløp (S16) for en tilnærmet tørr gass, med et i hovedsak sylindrisk syklonrør (51) hvor det i minst ett felt innvendig i syklonrøret (51) er arrangert slisser eller perforeringer (54), for å tillate deler av fluidet, heriblant separert væske, å strømme ut av syklonrøret (51) samt omfattende en virveldannende anordning (52, 53) som setter det innkommende fluid i rotasjon, idet den virveldannende anordning (52/82,53/83) består av en skovlkaskade hvor skovlene (53/83) er festet på et konsentrisk kjernelegeme (52/82), som fortrinnsvis er sylindrisk, og strekker seg ut mot syklonrørets (51) innervegg, og hvor skovlene (53/83) er krummet i skovlenes lengderetning fra skovlenes (53/83) innløpskant (/89) til skovlenes avløpskant(/810), karakterisert ved at idet skovlene er utformet slik at når de betraktes i minst ett 2-dimensjonalt radielt tverrsnittsplan normalt på syklonrørets lengderetning, mellom skovlenes innløpskant (/89) og skovlenes avløpskant (/810) så vil to rette linjer, henholdsvis en første linje strukket fra skovlkaskadens senterakse (85) til skjæringspunktet (86) mellom skovlens midtlinje (88) og ytterveggen av skovlkaskadens sentrale legeme (82) og en andre linje strukket fra skovlkaskadens senterakse (85) til skjæringspunktet (87) mellom skovlens midtlinje (88) og syklonrørets (81) innervegg, danne en vinkel som er større enn 5 grader.

2. Dråpefangersyklon som angitt i krav 1, karakterisert ved at det er arrangert en port (56) som forbinder området (55) på utsiden av syklonrørets (51) slisser eller perforeringer (54) med syklonrørets (51) senterområde for å tillate deler av fluidet som strømmer ut igjennom syklonrørets slisser eller perforeringer (54), i hovedsak gass, å bli tilbakeført til syklonrøret (51).

3. Dråpefangersyklon som angitt i krav 1, karakterisert ved at syklonrøret nedstrøms det nevnte felt med slisser eller perforeringer (54, 124) i syklonrøret, omfatter et andre felt med slisser eller perforeringer (129), for å tillate deler av fluidet, heriblant separert væske som ikke blir drenert gjennom det første felt med slisser eller perforeringer (54, 124), å strømme ut av syklonrøret og inn i et lukket kammer (1210) hvor det er tilsluttet et rør eller en kanal (1211) for drenasje av separert væske.

4. Dråpefangersyklon som angitt i krav 3, karakterisert ved at syklonrøret (51, 121) ved nevnte andre felt av slisser eller perforeringer (129) har samme diameter som, eller mindre diameter enn, syklonrøret har ved nevnte første felt av slisser eller perforeringer (54, 124).

5. Dråpefangersyklon som angitt i krav 3, karakterisert ved at det er arrangert et hulrom eller en port (126) som forbinder området (1210) på utsiden av syklonrørets andre felt med slisser eller perforeringer (129) med syklonrørets senterområde (120) for å tillate deler av fluidet som strømmer ut igjennom syklonrørets (121) andre felt med slisser eller perforeringer (129), i hovedsak gass, å bli tilbakeført til syklonrøret (121).

6. Dråpefangersyklon som angitt i patentkrav 2 eller 5, karakterisert ved at porten (56,126) munner ut i et hulrom (108, 118) i sentrum av kjernelegemet (102, 112) til en skovlkaskade, og at nevnte port omfatter en virveldannende innretning (1114, 1214) for å sette det resirkulerte fluid i rotasjon idet det tilbakeføres ti I syklonrøret.

7. Dråpefangersyklon som angitt i krav 6, karakterisert ved at den virveldannende anordning som er plassert i skovlkaskadens hulrom består av en eller flere tangentielle porter (1012) som tilsetter det resirkulerte fluid med i hovedsak en tangentiell hastighetskomponent langs hulrommets (108) ytterkant.

8. Dråpefangersyklon som angitt i krav 6, karakterisert ved at den virveldannende anordning som er plassert i skovlkaskadens hulrom kan består av en sekundær skovlkaskade (1114,1214) hvor skovlene er festet på et sekundært kjernelegeme, som fortrinnsvis er sylindrisk, og strekker seg ut mot ytterveggen av hulrommet i den primære skovlkaskaden.

9. Dråpefangersyklon som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i minst ett felt innvendig i syklonrøret (51) er arrangert slisser eller perforeringer (54), som danner et hovedsakelig linjeformet mønster på skrå av syklonrørets (51) lengderetning nedstrøms den virveldannende anordning (52, 53) for å tillate deler av fluidet, heriblant separert væske, å strømme ut av syklonrøret (51).

10. Aksielt strømmende dråpefangersyklon som angitt i patentkrav 9, karakterisert ved at de nevnte slisser eller perforeringer (54) danner et mønster med en hovedsakelig kontinuerlig kurvatur.

11. Aksielt strømmende dråpefangersyklon som angitt i patentkrav 9, karakterisert ved at nevnte slisser eller perforeringer (54) har en kurvatur vinklet 5 -85 grader relativt syklonrørets (51) lengderetning.

12. Aksielt strømmende dråpefangersyklon som angitt i patentkrav 9, karakterisert ved at nevnte slisser eller perforeringer (54) har en kurvatur vinklet 30 - 60 grader relativt syklonrørets (51) lengderetning.