NO322771B1 - Strukturert pakking i en kolonne pa en flytende offshorekonstruksjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører strukturert pakking i en kolonne på en flytende offshorekonstruksjon, som angitt i ingressen av det selvstendige krav 1.

Som kjent anvendes krysskorrugert pakking i visse destillasjonskolonner i stedet for destillasjonsplatene for å sørge for utveksling av materiale og varme mellom en oppstigende gass og en nedrennende væske. Denne krysskorrugerte pakking består av en overlagring av lengder. Hver lengde er dannet av en stabel av korrugerte strimler som hver er anbrakt i et vertikalt hovedplan og den ene mot den neste. Korrugeringene er skråttløpende og rager nedover i motsatte retninger fra en strimmel til den neste.

Strimlene omfatter generelt perforeringer med liten diameter i stort antall med en perforeringsgrad på ca. 10% for å gjøre det mulig for væsken å passere gjennom de korrugerte strimler.

I GB-A-1.004.046 og CA-A-1.095.827 beskrives slik krysskorrugert pakking.

Krysskorrugert pakking fremstilles vanligvis fra et flatt produkt, nemlig fra metallplater i form av strimler. Strimlene blir først brettet (eller bøyet) til dannelse av en korrugert metallplatestrimmel hvor korrugeringene er skråttløpende i forhold til strimmelens akse. De brettede strimler skjæres deretter i lengder og stables, hvorved hver alternerende strimmel svinges rundt. Lengdene på pakkingen som derved oppnås kalles ofte "pakker".

I WO-A-90/10497 beskrives blant annet en pakking som ligner den ovenfor beskrevne krysskorrugerte pakking, men som er perforert på en annen måte. Betegnelsen "krysskorrugert pakking" som benyttes her inkluderer også slik pakking sammen med enhver lignende pakking.

Offshore oljeplattformer produserer restgasser. Av økonomiske årsaker og miljøårsaker blir det stadig mer nødvendig å gjøre økonomisk bruk av disse gasser. En metode består i å omdanne dem til tyngre hydrokarboner i form av en væske som er enklere å transportere, hvorved det anvendes Fischer-Tropsch-prosessen som forbruker store mengder oksygen.

Det ville derfor være ønskelig å være i stand til å installere en destillasjonskolonne med krysskorrugert pakking på en slik flytende konstruksjon, men alvorlige vanskeligheter påtreffes når dettegjøres.

Dette er fordi at ved krysskorrugert pakking dreies suksessive pakker en viss vinkel, vanligvis 90°, om kolonnens akse fra en pakke til den neste for å oppmuntre til periodisk gjenfordeling av væsken over hele kolonnens tverrsnitt. Som konsekvens danner i hvert øyeblikk de korrugerte strimler i visse pakker i det minste en vinkel på mindre enn 45° med slingringsplanet. For disse strimler har derfor svingningen i en betydelig komponent i deres hovedplan og er tilbøyelig til å forårsake at den nedrennende væske blir avledet. Væske er derved tilbøyelig til å nå kolonnens yttervegg og deretter å sive ned langs denne vegg uten å spille en rolle i destillasjonen. Følgelig nedsettes kolonnens destillasjonsytelse.

Det grunnleggende problem som den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å løse består i å frembringe en flytende marin konstruksjon som bærer en destillasjonskolonne med krysskorrugert pakking som er i stand til å arbeide tilfredsstillende i nærvær av svingninger som følge av bølging og hvis svingningsamplitude typisk er mellom 5° og 10°, eventuelt med en dominerende svingningsretning, som skyldes de mest alminnelige vinder. Et vesentlig trekk er således at væsken som fordeles ved toppen av kolonnen skal fukte pakkingen mer eller mindre jevnt over hele kolonnens tverrsnitt til tross for de ovennevnte svingninger.

Overnevnte formål oppnås med en strukturert pakking i en kolonne på en flytende offshorekonstruksjon, som angitt i den karakteristiske delen av det selvstendige krav 1.

Ifølge oppfinnelsen frembringes en svingningsvinkel i som er høyst lik en forutbestemt verdi i0 som generelt er mellom ca 5° og 10°, hvor konstruksjonen er kjennetegnet ved at den bærer en destillasjonskolonne, som i det minste over en del av dens lengde er utstyrt med en krysskorrugert pakking som omfatter en overlagring av pakkelengder som hver omfatter en stabel av vertikalt korrugerte strimler med sine korrugeringer alternerende skråttløpende i motsatte retninger, idet utformingen av korrugeringen av strimlene for minst en pakkelengde er valgt slik at for hvert par av tilgrensende strimler av denne lengde, når strimlene er skråttløpende i sitt hovedplan med vinkelen i, de gjennomsnittlige linjer med størst helning for de gjennomsnittlige korrugeringsflanker for to strimler avgrenser, målt fra et vilkårlig punkt på den øvre kant av paret av strimler, på hver side av perpendikulæren på denne kant i dette punkt, en flat konsus hvis akse med perpendikulæren danner en vinkel d, slik at forholdet d/i er mindre enn 0,6 og fortrinnsvis mindre enn 0,5.

Den flytende offshore konstruksjonen som er definert slik kan ha ett eller flere av de etterfølgende karakteristika, isolert eller i enhver teknisk gjennomførbar kombinasjon: - den gjennomsnittlige vinkelåpning y i korrugeringen og helningen 5 for generatrisene til korrugeringene i hver av strimlene i lengden, sett forfra, er knyttet sammen ved følgende forhold: - y ~ 40° og 8 er mellom ca. 30° og ca. 60°, fortrinnsvis mellom ca. 40° og ca. 60°, - Y = 50° og 8 er mellom ca. 40° og ca. 60°, fortrinnsvis mellom ca. 50° og ca. 60°, - Y = 60° og 8 er mellom ca. 40° og ca. 60°, fortrinnsvis mellom ca. 50° og ca. 60°, - Y = 70° og 8 er mellom ca. 50° og ca. 60°, fortrinnsvis mellom nær opptil 60°.

- y = 80° og 5 = ca. 60°,

- kolonnen er en dobbel luftdestillasjonskolonne.

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil bli beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: - Fig. 1 viser skjematisk, delvis i aksialt snitt, en flytende offshore konstruksjon ifølge oppfinnelsen.

- Fig. 2 og 3 viser snitt etter henholdsvis linjene IMI og lll-lll i fig. 1.

- Fig. 4 viser i perspektiv en del av en lengde av krysskorrugert pakking.

- Fig. 5 viser en korrugert strimmel i pakkingen, sett rett imot.

- Fig. 6 viser formen på korrugeringen i strimlene i den krysskorrugerte pakking i snitt etter linjene VI-VI i fig. 5. - Fig. 7 viser strømningen av en kryogenisk væske over den korrugerte strimmel hvor denne strimmel er i ikke-skråttløpende stilling. - Fig. 8 viser strømningen og væsker når den korrugerte strimmel er skråttløpende i sitt hovedplan. Fig. 1 viser skjematisk en luftdestillasjonskolonne festet til en lekter eller til en oljeplattform 2 som er forankret til sjøbunnen. Denne lekter svinger under virk-ning av bølging med en øyeblikkelig svingningsretning som er vist med dobbelpil F og som befinner seg i figurens plan. Svingningsvinkelen i i forhold til kolonnens vertikale akse X-X kan nå en forutbestemt maksimumsverdi i0 på minst 5°, typisk mellom ca. 5° og 10°. I dette svingningsområdet må kolonnen sørge for tilfredsstillende destillasjon. Fig. 1-4 viser skjematisk det innvendige arrangement i kolonnens 1 øvre parti. Det øvre parti omfatter en overlagring av pakker eller lengder 3 av krysskorrugert pakking som hver har form av en sylindrisk kjeks som opptar hele kolonnens tverrsnitt.

Hver pakke 3(fig. 2-4) består av en stabel av korrugerte strimler 4 med skråttløpende korrugeringer 5. Disse strimler er eventuelt perforert over hele sin overflate. Hver strimmel 4 har et vertikalt hovedplan, alle strimler har samme høyde H, og korrugeringene er alternerende skråttløpende i den ene og annen retning fra den ene strimmel til den neste. Derved berører korrugeringene tilgrensende strimler i et stort antall knutepunkter.

Der er to typer pakke 3: pakker 3A (fig. 2) hvis strimler 4A antas å være orientert parallelle med den dominerende svingningsretning F, dvs. med planet i fig. 1, og pakker 3B (fig. 3) hvis strimler 4B er orientert i rette vinkler med strimlene 4A. Hver pakke understøttes f.eks. av et perifert stykke 6 som er sveiset til kolonnens yttervegg 7.

Alle pakker 3 har samme antall strimler 4, og pakkene 3B alternerer med pakkene 3A, slik som vist i fig. 1. Selvfølgelig kan dette arrangement gjentas i hele destillasjonskolonnens lengde, dvs. i lavtrykkskolonnen og mellom-trykkskolonnen når som i dette eksempel den aktuelle kolonne er en dobbel luftdestillasjonskolonne.

Ved bruk fordeles væsken som renner ned gjennom kolonnen ved toppen av kolonnen over hele dens tverrsnitt ved hjelp av en fordeler 8, og renner gjennom de suksessive pakker. Seksjonsstykkene 6 og den alternerende orientering av pakkene 3A og 3B muliggjør gjenfordeling av væsken i regulerte intervaller over hele søylens tverrsnitt.

Når kolonnens akse er skråttstilt i en vinkel i er fordelingen av væsken i pakkene 3B stort sett upåvirket p.g.a. at strimlene 4B, som danner rette vinkler med retningen F, effektivt hindrer væsken i å avledes i helningsretningen.

Derimot er i pakkene 3A helningen i, som befinner seg i strimlene 4A plan, tilbøyelige til å avlede væsken mot en vertikal kant av den og derfor å ødelegge ensartetheten hvormed væsken fordeles gjennom disse pakker, til skade for destillasjonsytelsen. Dette fenomen vil nå bli beskrevet i detalj under henvisning til fig. 5-8.

I tverrsnitt (fig. 6) har hver korrugering 5 en trekantet totalform med rettlinjede flanker 9 som er symmetriske om vertikalretningen D, og avrundede partier 10 ved toppen av korrugeringene. En kjedelinje har vært benyttet for å vise de gjennomsnittlige korrugeringsflanker 11 oppnådd ved sammenkobling av suksessive korrugeringstopper. Korrugeringen defineres ved hjelp av sin totale høyde h, målt parallelt med retningen D, av vinkelåpningen y ved toppen av de gjennomsnittlige flanker 11, og ved hjelp av de avrundede partiers 10 radius r.

Sett forfra (fig. 5) er hver strimmel 4 et rektangel hvis korrugeringer 5 som heller en vinkel 6 i forhold til horisontalen, dvs. i forhold til strimmelens øvre kant 12 og nedre kant 13.

Strimlene 4 fremstilles ved å brette en flat utgangsmetallplate, som eventuelt er perforert, i vinkelen 5, ved bretting og/eller pressing under anvendelse av et egnet verktøy.

I eksemplet i fig. 5 og 6, som er gjentatt i fig. 7 og 8, er y = 60° og 8 = 45°.

Når kolonnens 1 akse X-X er vertikal (i = 0), er strimlenes 4A kanter 12 og 13 horisontale, slik som vist i fig. 7. Væsken som ankommer et vilkårlig punkt A på den øvre kant 12 i et gitt par strimler renner langs begge flater av strimlene på innersiden av en flat halvkonus som på den ene side er avgrenset av perpendikulæren 14 til punktet A i kantene 12 og 13, og på den annen side av gjennomsnittslinjen for strimmelens største helning.

Betegnelsen "gjennomsnittslinje med størst helning" skal forstås til å bety gjennomsnittslinjen for den stiplede linje som er definert på den ene side av linjene med størst helning for suksessive korrugeringsflanker 9 og på den annen side av de korte, stort sett vertikale segmenter som væsken beveger seg når den passerer de avrundede partier 10.

Som følge av den korrugerte struktur spres væsken som ankommer pakken i punktet A seg ut innenfor en smal konus 16 som er avgrenset av linjen 15 og dens speilbilde 17 i forhold til perpendikulæren 14, som er vertikal. Halverings-vinkelen for konusens toppunkt i strimmelens plan er angitt med a. For de spesielle verdier y = 60° og 8 = 45°, er vinkelen a nær 30°.

Når strimmelen 4A heller en vinkel i planet sitt (figur 8), kan det sees at aksen 18 for konusen hvor væsken spres utover avviker fra vertikalen i forhold til den rette linje 14 med en vinkel d, kjent som væskeawiksvinkelen, som er mindre enn vinkelen i. Dessuten fremgår det at konusåpningens halveringsvinkel 15 blir værende stort sett konstant og lik ovennevnte verdi a.

I det aktuelle eksempel er for i = 10°, d = ca. 5° og for i < 10°, er d stort sett proporsjonal med i.

Det er overraskende iakttatt at kolonnens destillasjonsytelse blir værende tilfredsstillende i området 0 < i < 10° omtrent når følgende betingelser tilfredsstilles samtidig:

Par av verdier av vinklene y og 8 som tilfredsstiller forholdet (3) kan bestemmes med tilstrekkelig god tilnærming ved anvendelse av følgende ligning:

Det har derved vært mulig å bestemme følgende par av verdier som fører til tilfredsstillende resultater. I tabellen nedenfor er verdiene som er vist i rutene de verdier av forholdet d/i som er beregnet ut fra ligning (4) ovenfor.

Som det vil forstås gjelder at, dersom pakkenes 3A destillasjonsytelse, dvs.

deres evne til å motvirke veggeffekten i en stilling som heller i retningen F, er tilfredsstillende, gjelder det samme ved interferens for pakker hvor de korrugerte strimler danner en positiv vinkel på under 90° med svingningsplanet. Kolonnen 1 kan derfor orienteres på enhver ønsket måte om sin akse X-X.

Når sammenhengene som er nevnt ovenfor gjelder er selvfølgelig kolonnens destillasjonsytelse tilfredsstillende uavhengig av om den flytende konstruksjon har en dominerende svingningsretning.

Claims (1)

1. Strukturert pakking i en kolonne på en flytende offshorekonstruksjon, så som en flytende plattform eller lekter med en svingningsvinkel (i) som har en maksimumsverdi (i0) som vanligvis er mellom 0° og 10°, hvor det på den flytende konstruksjonen (2) er anordnet en destillasjonskolonne (1), omfattende som i det minste over en del av dens lengde er utstyrt med en krysskorrugert pakking (3) som omfatter overlagring av pakkelengder (3A.3B) som hver omfatter en stabel av vertikalt korrugerte strimler (4A.4B) med sine korrugeringer (5) alternerende skråttløpende i motsatte retninger, og har en øvre kant (12) og en nedre kant (13), karakterisert ved at konfigurasjonen på strimlene (4A) for minst én pakkelengde (3A) blir valgt slik at for hvert par av tilgrensende strimler (4A) av denne lengde, når strimlene er skråttløpende i sitt hovedplan med vinkelen (i), avgrenser de gjennomsnittlige linjer med størst helning (15,17) for de gjennomsnittlige korrugeringsflanker (10) for to strimler, målt fra et vilkårlig punkt (A) på den øvre kant (12) av paret av strimler, på hver side av perpendikulæren (14) på denne kant i dette punkt, en flat konsus (16) hvis akse (18) danner med perpendikulæren (14) en vinkel (d), slik at forholdet d/i er mindre enn 0,6 og fortrinnsvis mindre enn 0,5, 40° y 80° og 30° < 8 < 60°, hvor y er den gjennomsnittlige vinkelåpning i korrugeringen og 8 er helningen for generatrisene til korrugeringene i hver av strimlene (4A) i lengden (3A), og at y og 8, sett rett imot, oppfyller følgende sammenheng