NO331488B1

NO331488B1 - Protection system to prevent damage to a gas diffusion membrane

Info

Publication number: NO331488B1
Application number: NO20020703A
Authority: NO
Inventors: Nils Terje Ottestad
Original assignee: Ottestad Nils T
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2012-01-16
Also published as: NO20020703L; NO20020703D0

Abstract

Et beskyttelsessystem anordnet til å forhindre en stor trans-membran trykkdifferanse over et trykksensitivt membran (4) anbragt i et trykkbestandig kammer (3), hvor membranet danner en fysisk barriere mellom en væske og en gassblanding som ledes gjennom kammeret (3). Beskyttelsessystemet innbefatter to avstengningsventiler (9,10) tilveiebragt henholdsvis i væskeinnløps- og utløpsledningene, en buffertank (2) tilveiebragt i ledningen mellom en av avstengningsventilene (9,10) og det trykkbestandige kammeret (3), en trykkutjevningsventil (12) tilveiebragt mellom gassinnløpsledningen (8) og buffertanken (2) og en trykkfølerventil (14) for måling av trykkdifferansen over membranet (4) og som aktiverer avstengningsventilene (9,10) når denne trykkdifferansen overskrider en forutbestemt verdi.A protection system arranged to prevent a large trans-membrane pressure differential over a pressure-sensitive membrane (4) disposed in a pressure-resistant chamber (3), the membrane forming a physical barrier between a liquid and a gas mixture passing through the chamber (3). The protection system includes two shut-off valves (9,10) provided in the liquid inlet and outlet lines, respectively, a buffer tank (2) provided in the conduit between one of the shut-off valves (9, 10) and the pressure-resistant chamber (3), a pressure equalize valve (12). (8) and the buffer tank (2) and a pressure sensor valve (14) for measuring the pressure difference across the diaphragm (4) and activating the shut-off valves (9,10) when this pressure difference exceeds a predetermined value.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et beskyttelsessystem anordnet for å forhindre en stor trans-membran trykkdifferanse over en trykksensitiv membran anbrakt i et trykkbestandig kammer, hvor det danner et fysisk barriere mellom en væske og en gassblanding som føres gjennom kammeret. The present invention relates to a protection system arranged to prevent a large trans-membrane pressure difference across a pressure-sensitive membrane placed in a pressure-resistant chamber, where it forms a physical barrier between a liquid and a gas mixture that is passed through the chamber.

Foreliggende oppfinnelse har blitt utviklet spesielt for beskyttelse av membraner som brukes for gass-søting (nemlig CC>2-fjerning, men også for fjerning av H2S og andre sure gasskomponenter) og for dehydrering av naturgass (H20-fjerning). Slike membraner er generelt utformet som sylindriske rør. Gassen blir vanligvis ført langs den ytre overflaten til membranen og de sure gasskomponentene diffunderer gjennom membranen, blir absorbert av væsken (vanligvis amin) som strømmer aksialt gjennom det indre av membranen. Væskens evne til å absorbere de sure gasskomponentene øker sterkt ved økende trykk. Kontinuerlig fjerning av syre gasskomponenter skjer ved å redusere trykket til væsken etter passering gjennom membranene, for å frigjøre de sure gasskomponentene til den omgivende atmosfæren. Trykket til naturgassen er typisk i størrelsesorden 30 - 100 bar. Siden membranene lett skades selv ved moderate trykkdifferanser over membranen, må det være mulig å regulere trykket til væsken meget nøyaktig. Membraner som benyttes for denne hensikt kan skades ved så små trykkdifferanser som +/- 1 bar. The present invention has been developed specifically for the protection of membranes used for gas sweetening (namely CC>2 removal, but also for the removal of H2S and other acid gas components) and for dehydration of natural gas (H20 removal). Such membranes are generally designed as cylindrical tubes. The gas is usually passed along the outer surface of the membrane and the acidic gas components diffuse through the membrane, being absorbed by the liquid (usually amine) flowing axially through the interior of the membrane. The liquid's ability to absorb the acid gas components increases strongly with increasing pressure. Continuous removal of acid gas components occurs by reducing the pressure of the liquid after passing through the membranes, to release the acid gas components to the surrounding atmosphere. The pressure of the natural gas is typically in the order of 30 - 100 bar. Since the membranes are easily damaged even by moderate pressure differences across the membrane, it must be possible to regulate the pressure of the liquid very precisely. Membranes used for this purpose can be damaged by pressure differences as small as +/- 1 bar.

Den vanligste metoden som brukes for å forhindre de skadelige trykkdifferansene innbefatter å tilveiebringe en buffertank, hvori væske og naturgass er i åpen kontakt. Trykkvariasjonene blir derved tatt opp av væsken som strømmer inn eller ut av buffertanken. Dette konvensjonelle systemet vil kreve en buffertank med relativt stort volum og vekt, siden den må være utformet for høyt trykk. Responstiden for avstengning på grunn av en for stor økning av trykkdifferansen er relativt lang. Trykkdifferansen over membranen kan derved alltid holdes lav, ved å installere en enkelt reguleringsanordning for å sikre redusert utgående effekt fra pumpen ved en økning av buffertankens væskenivå og omvendt. The most common method used to prevent the harmful pressure differentials involves providing a buffer tank, in which liquid and natural gas are in open contact. The pressure variations are thereby taken up by the liquid flowing into or out of the buffer tank. This conventional system would require a buffer tank of relatively large volume and weight, since it must be designed for high pressure. The response time for shutdown due to an excessive increase in the pressure difference is relatively long. The pressure difference across the membrane can thereby always be kept low, by installing a single regulation device to ensure a reduced output from the pump when the buffer tank's liquid level is increased and vice versa.

N0312341 beskriver et sikkerhetssystem for å forhindre stort trykkfall over en membran. Systemet omfatter pneumatisk opererte stengeventiler montert i henholdsvis inn- og utløpskanalen for væske og en buffertank samt en trykkfølerventil som aktiverer stengeventilene. I en utførelsesform for å oppnå kort lukketid har stengeventilene stort tverrsnitt på tetningsflaten sett i forhold til det effektive strømningstverrsnittet i kretsløpet. Publikasjoner angir ikke i detalj hvilken størrelsesforhold som er nødvendig for å oppnå en kort bevegelsesavstand og en kort lukketid. N0312341 describes a safety system to prevent a large pressure drop across a membrane. The system includes pneumatically operated shut-off valves mounted in the inlet and outlet channels for liquid and a buffer tank, respectively, as well as a pressure sensor valve that activates the shut-off valves. In one embodiment, in order to achieve a short closing time, the shut-off valves have a large cross-section on the sealing surface in relation to the effective flow cross-section in the circuit. Publications do not specify in detail what aspect ratio is necessary to achieve a short travel distance and a short closing time.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et beskyttelsessystem som er i stand til å beskytte membranene mot skadelige trykkvirkninger. Videre er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et beskyttelsessystem som har til hensikt å føre anlegget tilbake til normal drift så snart forholdene tillater dette. The purpose of the present invention is to provide a protection system which is able to protect the membranes against harmful pressure effects. Furthermore, it is an aim of the present invention to provide a protection system which aims to return the plant to normal operation as soon as the conditions allow this.

Disse og andre hensikter med oppfinnelsen vil fremgå klarere fra beskrivelsen av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen. These and other purposes of the invention will appear more clearly from the description of preferred embodiments of the invention.

Disse og andre hensikter oppnås med et beskyttelsessystem anordnet til å forhindre en stor trans-membran trykkdifferanse over en trykksensitiv membran anbrakt i et trykkbestandig kammer, hvor membranen danner en fysisk barriere mellom en væske og en gass når en væske og en gassblanding føres gjennom kammeret, These and other purposes are achieved by a protection system arranged to prevent a large trans-membrane pressure difference across a pressure-sensitive membrane placed in a pressure-resistant chamber, the membrane forming a physical barrier between a liquid and a gas when a liquid and a gas mixture is passed through the chamber,

hvor beskyttelsessystemet innbefatter to avstengningsventiler tilveiebrakt henholdsvis i væskeinnløps- og utløpsledningene, en buffertank tilveiebrakt i ledningen mellom en av avstengningsventilene og det trykkbestandige kammeret, en trykkutjevningsventil tilveiebrakt mellom gassinnløpsledningen og buffertanken og en trykkfølerventil for måling av trykkdifferansen over membranen og som aktiverer avstengningsventilene når denne trykkdifferansen overskrider en forutbestemt verdi, where the protection system includes two shut-off valves provided respectively in the liquid inlet and outlet lines, a buffer tank provided in the line between one of the shut-off valves and the pressure-resistant chamber, a pressure equalization valve provided between the gas inlet line and the buffer tank and a pressure sensing valve for measuring the pressure difference across the membrane and which activates the shut-off valves when this pressure difference exceeds a predetermined value,

kjennetegnet ved at tverrsnittet til ventilsetene til avstengningsventilene er 2 til 5 ganger større enn det effektive strømningsarealet for å gi ventillegemet en kort bevegelsesavstand fra den åpne til den lukkede posisjonen. characterized in that the cross-section of the valve seats of the shut-off valves is 2 to 5 times greater than the effective flow area to give the valve body a short distance of movement from the open to the closed position.

Buffertanken er anordnet til å opprettholde et stabilt væskenivå og buffertanken innbefatter et flottørlegeme som samvirker med et ventilarrangement som, når væskenivået i buffertanken er for lavt, åpner en kanal for å slippe ut gass fra buffertanken, og også åpner en kanal for å toppe opp væskebuffervolumet, og som, når væskenivået er for høyt, åpner en kanal for å slippe ut væske til et reservoar ved et lavere trykk. The buffer tank is arranged to maintain a stable liquid level and the buffer tank includes a float body which cooperates with a valve arrangement which, when the liquid level in the buffer tank is too low, opens a channel to release gas from the buffer tank and also opens a channel to top off the liquid buffer volume , and which, when the liquid level is too high, opens a channel to release liquid to a reservoir at a lower pressure.

Avstengningsventilene har typisk en responstid fr fullt åpent til fullt lukket posisjon på mindre enn 1 sekund. The shut-off valves typically have a response time from fully open to fully closed position of less than 1 second.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer detaljert i det etterfølgende med henvisning til de medfølgende tegninger. Figur 1 er en skisse som skjematisk viser en trans-membran trykkregulator for en membrankontaktor i henhold til teknikkens stand. Figur 2 viser skjematisk en trans-membran trykkregulator for en membrankontaktor hvor et sikkerhetsarrangement i henhold til foreliggende oppfinnelse er innbefattet. Figur 3 viser skjematisk trans-membran trykkregulatoren for en membrankontaktor hvor en utførelsesfonn av sikkerhetsarrangementet i henhold til oppfinnelsen er innbefattet. Figur 4 og 5 viser skjematisk trykkfølerventilen og en av avstengningsventilene vist i fig. 2 og 3. Figur 6A og B viser skjematisk trykkutjevningsventilen og nivåreguleringsventilen vist i fig. 2 og 3. The invention will now be described in more detail in what follows with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a sketch schematically showing a trans-membrane pressure regulator for a membrane contactor according to the state of the art. Figure 2 schematically shows a trans-membrane pressure regulator for a membrane contactor where a safety arrangement according to the present invention is included. Figure 3 schematically shows the trans-membrane pressure regulator for a membrane contactor where an embodiment of the safety arrangement according to the invention is included. Figures 4 and 5 schematically show the pressure sensor valve and one of the shut-off valves shown in fig. 2 and 3. Figures 6A and B schematically show the pressure equalization valve and the level control valve shown in fig. 2 and 3.

Et membrankontaktorsystem for behandling av naturgass innbefatter typisk et mangfold membraner. Figur 1 viser prinsippet til et slikt system i henhold til teknikkens stand. Væsken blir sirkulert gjennom sin krets ved hjelp av en pumpe 5. Trykket til væsken blir regulert ved hjelp av en tilbaketrykksreguleringsventil 7 som er tilnærmet identisk med trykket til naturgassen. Karbondioksidet blir absorbert av væsken mens det strømmer gjennom membranen 4, blir frigjort når væske strømmer gjennom tilbaketrykksreguleringsventilen 7. Naturgassen føres inn i et rør 8 og fordeles til respektive membranhus 3. Røret har en åpen tilkobling til den øvre delen av buffertanken 2. Trykkdifferansen mellom gassen og væsken blir derved bestemt av væskenivået i buffertanken. Væskenivået holdes ved et jevnt nivå ved at nivåregulatoren 1 reduserer utgående mengde fra pumpen når det ønskede nivået er oppnådd. Denne koblingen er indikert med en stiplet linje mellom pumpen 5 og nivåregulatoren 1. Frigjøring av karbondioksidet fra væsken skjer fra reservoaret 6, hvor væsken har et lavere trykk. Rørene som fører naturgassen gjennom behandlingsanlegget har blitt utstyrt med avstengningsventiler både før og etter behandlingsanlegget (ikke vist). Disse vil bli lukket automatisk dersom det oppstår en feil i anlegget. Det er tilstede avstengningsventiler som kan aktiveres ved bruk av eksplosive ladninger, og som derfor kan lukkes i løpet av meget kort tid. Operasjonen som er nødvendig for å åpne disse ventilene igjen er imidlertid relativt omfattende. Andre kommersielt tilgjengelige avstengningsventiler som er hensiktsmessige for dette, krever en relativt lang lukketid. A membrane contactor system for treating natural gas typically includes a variety of membranes. Figure 1 shows the principle of such a system according to the state of the art. The liquid is circulated through its circuit by means of a pump 5. The pressure of the liquid is regulated by means of a back pressure control valve 7 which is almost identical to the pressure of the natural gas. The carbon dioxide is absorbed by the liquid as it flows through the membrane 4, is released when liquid flows through the back pressure control valve 7. The natural gas is fed into a pipe 8 and distributed to the respective membrane housing 3. The pipe has an open connection to the upper part of the buffer tank 2. The pressure difference between the gas and liquid are thereby determined by the liquid level in the buffer tank. The liquid level is kept at a constant level by the level regulator 1 reducing the outgoing quantity from the pump when the desired level is reached. This connection is indicated by a dashed line between the pump 5 and the level regulator 1. Release of the carbon dioxide from the liquid takes place from the reservoir 6, where the liquid has a lower pressure. The pipes that carry the natural gas through the treatment plant have been equipped with shut-off valves both before and after the treatment plant (not shown). These will be closed automatically if a fault occurs in the system. Shut-off valves are present which can be activated by the use of explosive charges, and which can therefore be closed within a very short time. However, the operation required to open these valves again is relatively extensive. Other commercially available shut-off valves that are suitable for this require a relatively long closing time.

Høyden til buffertanken er typisk 6-8 meter, for å redusere faren for at trykkdifferanser kan skade membranene. I tillegg er den ekstremt tung, siden den er dimensjonert for høyt trykk. The height of the buffer tank is typically 6-8 metres, to reduce the risk of pressure differences damaging the membranes. In addition, it is extremely heavy, as it is designed for high pressure.

Ulempen med denne metode er derved at prosessanlegget blir uønsket stort, tungt og kostbart. Problemet med å redusere størrelsen til buffertanken er at det vil kreve en rasktvirkende metode for å beskytte de meget kostbare membranene mot skadelige trykkvirkninger. Et lite buffervolum vil medføre at skadelige trykkvirkninger oppstår meget raskt i tilfelle feil med pumpen eller trykkreguleringssystemet. Beskyttelsessystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet i detalj med henvisning til figurene 2 til 6. The disadvantage of this method is that the process plant becomes undesirably large, heavy and expensive. The problem with reducing the size of the buffer tank is that it will require a fast-acting method to protect the very expensive membranes from harmful pressure effects. A small buffer volume will cause harmful pressure effects to occur very quickly in the event of a fault with the pump or the pressure regulation system. The protection system according to the present invention will now be described in detail with reference to figures 2 to 6.

Driftsmodusen til systemet i henhold til oppfinnelsen vil bli forklart i det etterfølgende, med henvisning til figur 2. Som vist i figur 2, er størrelsen til buffertanken redusert i vesentlig grad. Beskyttelsessystemet blir aktivert når trykkdifferansen mellom gassen og væsken nærmer seg et nivå som kan medføre skade på membranen, og er basert på et system med ventiler som isolerer den væskeførende kanalen gjennom membranhuset fra resten av kretsen, i det vesentligste for å balansere trykket til det isolerte væskevolumet og gassen. The operating mode of the system according to the invention will be explained in the following, with reference to Figure 2. As shown in Figure 2, the size of the buffer tank is reduced to a significant extent. The protection system is activated when the pressure difference between the gas and liquid approaches a level that could cause damage to the diaphragm, and is based on a system of valves that isolates the fluid-carrying channel through the diaphragm housing from the rest of the circuit, essentially to balance the pressure of the isolated the liquid volume and the gas.

Under normal drift, vil en nivåreguleringsventil 11, sikre at mengden av væske i tanken holdes ved et forutbestemt nivå. Trykkdifferansen mellom væsken i buffertanken 2 og gassen måles ved hjelp av en mekanisk trykkfølerventil 14. Denne reagerer umiddelbart dersom trykkdifferansen overskrider en forutbestemt verdi, og vil danne en trykkpuls i aktiveringsledningen 13 som vil medføre en ekstremt rask lukking av de to avstengningsventilene 9, 10. Dette isolerer væsken mellom avstengningsventilene, nedstrøms av avstengningsventil 9. Membranene er plassert i den isolerte delen av kretsen, og det vil derfor være en enkelt oppgave å forhindre trykkdifferanser som kan skade membranene 4. Maksimal trykkdifferanse blir bestemt av en trykkutjevningsventil 12, som er tilveiebrakt mellom gassledningen og den øvre delen av buffertanken 2. Åpningstrykket for trykkutjevningsventilen 12 er innstilt høyere enn det som er nødvendig for at trykkfølerventilen 14 blir aktivert, men er innstilt tilstrekkelig lavt til at membranene 4 ikke blir skadet. Trykkutjevningsventilen 12 kan alternativt være utformet for å tilveiebringe en fullstendig åpen forbindelse mellom gassen og buffertanken 2 ved aktivering av trykkfølerventilen 14. Dette kan ytterligere redusere påkjenningen på membranene 4.1 tiden fra åpningen av trykkutjevningsventilen 12 til fullstendig lukking av avstengningsventilene 9, 10, vil trykkdifferansen medføre at væsken blir presset inn i eller ut av buffertanken 2.1 en relevant utførelsesform vil det typisk ta omtrent 1/10 sekund fra reaksjonen til trykkfølerventilen inntil fullstendig lukking av avstengningsventilene 9, 10. Det er ikke ønskelig at buffertanken blir helt full eller tømt. Buffervolumet må derfor reguleres i henhold til beskyttelsessystemets reaksjonstid og strømningsraten til væsken. Typisk volum til buffertanken kan være 8-10 liter. During normal operation, a level control valve 11 will ensure that the amount of liquid in the tank is kept at a predetermined level. The pressure difference between the liquid in the buffer tank 2 and the gas is measured using a mechanical pressure sensor valve 14. This reacts immediately if the pressure difference exceeds a predetermined value, and will form a pressure pulse in the activation line 13 which will cause an extremely rapid closing of the two shut-off valves 9, 10. This isolates the liquid between the shut-off valves, downstream of the shut-off valve 9. The diaphragms are located in the isolated part of the circuit, and it will therefore be a simple task to prevent pressure differences that could damage the diaphragms 4. The maximum pressure difference is determined by a pressure equalization valve 12, which is provided between the gas line and the upper part of the buffer tank 2. The opening pressure for the pressure equalization valve 12 is set higher than what is necessary for the pressure sensor valve 14 to be activated, but is set sufficiently low so that the membranes 4 are not damaged. The pressure equalization valve 12 can alternatively be designed to provide a completely open connection between the gas and the buffer tank 2 by activating the pressure sensor valve 14. This can further reduce the stress on the membranes 4.1 the time from the opening of the pressure equalization valve 12 to the complete closure of the shut-off valves 9, 10, the pressure difference will result that the liquid is forced into or out of the buffer tank 2.1 a relevant embodiment, it will typically take approximately 1/10 of a second from the reaction of the pressure sensor valve until the complete closure of the shut-off valves 9, 10. It is not desirable for the buffer tank to be completely full or emptied. The buffer volume must therefore be regulated according to the protection system's reaction time and the flow rate of the liquid. Typical volume for the buffer tank can be 8-10 litres.

I henhold til en foretrukket utførelsesform vist i fig. 3, er beskyttelsessystemet basert på at avstengningsventilene 9, 10 blir aktivert av trykkfølerventilen 14 og medfører et raskt trykkfall i kamrene som under normal drift holdes trykksatt ved å være forbundet med gassiden via trange kanaler. According to a preferred embodiment shown in fig. 3, the protection system is based on the shut-off valves 9, 10 being activated by the pressure sensor valve 14 and causing a rapid pressure drop in the chambers which during normal operation are kept pressurized by being connected to the gas side via narrow channels.

Trykkfølerventilen 14 er utformet for å tillate at trykket i disse kamrene stiger igjen med en gang pumpetrykket er lik trykket til gassen. Avstengningsventilene 9, 10 vil deretter sakte åpnes for å bringe anlegget tilbake i drift. The pressure sensor valve 14 is designed to allow the pressure in these chambers to rise again as soon as the pump pressure is equal to the pressure of the gas. The shut-off valves 9, 10 will then be slowly opened to bring the plant back into operation.

Figur 4 o g 5 viser en foretrukket utførelsesform av trykkfølerventilen 14 med en forbindelse til en av avstengningsventilene 9, 10. Figur 4 antyder operasjonen under normal drift. Figur 5A antyder operasjonen umiddelbart etter lukking av avstengningsventilen, men før kamrene III og IV har blitt trykkredusert ned til et minimumstrykk. Figur 5B viser deler av trykkfølerventilen 14 i en større skala. Figures 4 and 5 show a preferred embodiment of the pressure sensor valve 14 with a connection to one of the shut-off valves 9, 10. Figure 4 suggests the operation during normal operation. Figure 5A suggests the operation immediately after closing the shut-off valve, but before chambers III and IV have been depressurized to a minimum pressure. Figure 5B shows parts of the pressure sensor valve 14 on a larger scale.

Under normal operasjon, blir ventillegemet 16 til en av avstengningsventilene 9, 10 holdt i åpen posisjon av fjærene 38.1 denne situasjonen er væsketrykket i kammer IV tilnærmet identisk med gasstrykket i kamrene V og VI, og trykk-kraften som påvirker ventillegemet 16 er balansert. Kammer V er trykksatt via en smal kanal 17 inn i kammer VI, som er åpent forbundet med gass-siden. Dersom en servoventil 25-27 i trykkfølerventilen 14 blir aktivert, vil trykket i kammer V falle raskt. Avstengningsventilene vil begynne å lukkes når trykket i kammer V når 95% av gasstrykket. Servoventilen 24-27 blir regulert av bevegelsen til et følerdiafragma 19, via armer 22, 23. Følerdiafragmaet 19 blir i sin tur påvirket av to fjærbelastede fjærer 20, 21 til å forbli i midtposisjonen, men vil blir presset bort fra denne posisjonen i tilfellet av at trykkdifferansen mellom væsken og gassen overskrider en forutbestemt verdi. Avstengningsventilene 9, 10 initierer lukking kun millisekunder etter at følerdiafragmaet 19 begynner å bevege seg bort fra midtposisjonen. During normal operation, the valve body 16 of one of the shut-off valves 9, 10 is held in the open position by the springs 38. In this situation, the liquid pressure in chamber IV is almost identical to the gas pressure in chambers V and VI, and the pressure force affecting the valve body 16 is balanced. Chamber V is pressurized via a narrow channel 17 into chamber VI, which is openly connected to the gas side. If a servo valve 25-27 in the pressure sensor valve 14 is activated, the pressure in chamber V will drop rapidly. The shut-off valves will begin to close when the pressure in chamber V reaches 95% of the gas pressure. The servo valve 24-27 is regulated by the movement of a sensing diaphragm 19, via arms 22, 23. The sensing diaphragm 19 is in turn influenced by two spring-loaded springs 20, 21 to remain in the center position, but will be pushed away from this position in the event of that the pressure difference between the liquid and the gas exceeds a predetermined value. The shut-off valves 9, 10 initiate closure only milliseconds after the sensing diaphragm 19 begins to move away from the center position.

I servoventilen 24, 27, danner en relativ stiv membran 24 et skille mellom en nedre kammer II og et øvre kammer III. Disse kamrene er forbundet via en trang kanal 26, fortrinnsvis tilveiebrakt i membranen 24. Under normal operasjon, når kamrene II og III har tilnærmet samme trykk (se figur 4), vil membranen 24 bli presset mot ventilsetet 25. Dersom følerdiafragmaet 19 blir forskjøvet bort fra sin sentrale posisjon, vil armene 22, 23 presse ventillegemet 27 oppover og åpne for trykkavlastning av kammeret II via kammer I til avgasskanalen 15. Dette vil i sin tur medføre at trykket i kammeret III presser membranen 24 ut fra ventilsetet 25 som vist i fig. 5B, og kammeret V vil bli trykkavlastet via aktiveringsledning 13, kammer III og avgasskanal 15. Strømmen fra avgasskanalen 15 blir typisk ført til den omgivende atmosfæren eller en flashtank. In the servo valve 24, 27, a relatively rigid membrane 24 forms a separation between a lower chamber II and an upper chamber III. These chambers are connected via a narrow channel 26, preferably provided in the diaphragm 24. During normal operation, when chambers II and III have approximately the same pressure (see figure 4), the diaphragm 24 will be pressed against the valve seat 25. If the sensor diaphragm 19 is displaced away from their central position, the arms 22, 23 will push the valve body 27 upwards and open for pressure relief from chamber II via chamber I to the exhaust gas channel 15. This will in turn cause the pressure in chamber III to push the membrane 24 out from the valve seat 25 as shown in fig . 5B, and chamber V will be depressurized via activation line 13, chamber III and exhaust duct 15. The flow from exhaust duct 15 is typically led to the surrounding atmosphere or a flash tank.

For å oppnå en kort lukketid for avstengningsventilene 9, 10, er tverrsnittet til ventilsetet 18 valgt å være større enn det effektive strømningsarealet i væskekretsen, typisk i størrelsesorden 2 til 5 ganger større enn det effektive strømningsarealet. Avstengningsventilene kan derved svitsjes fra åpen til lukket posisjon med kun en liten bevegelse av ventillegemet 16. In order to achieve a short closing time for the shut-off valves 9, 10, the cross-section of the valve seat 18 is chosen to be larger than the effective flow area in the liquid circuit, typically in the order of 2 to 5 times larger than the effective flow area. The shut-off valves can thereby be switched from open to closed position with only a small movement of the valve body 16.

I en foretrukket utførelsesform innbefatter buffertanken 2 et ventilarrangement 11, utformet til å opprettholde et stabilt væskenivå i buffertanken 2. Dette ventilarrangementet 11 vil kompensere for et for lavt væskenivå ved å dumpe gass fra buffertanken til avgasskanalen 15 via en kanal 31. Dette gjør det mulig å tilføre væske via ledningen 28, som har en åpen forbindelse med væskekretsen i området mellom pumpen og avstengningsventilen 9. Væskekanalen 28 er tilveiebrakt med en kontrollventil (ikke vist) for å forhindre at buffertanken 2 blir drenert for væske når dette området har et lavere trykk enn buffertanken 2. Et flottørlegeme 30 samvirker med ventilarrangementet 11 for lukking av væskekanalen 28 når buffertanken 2 har nådd det korrekte væskenivået. In a preferred embodiment, the buffer tank 2 includes a valve arrangement 11, designed to maintain a stable liquid level in the buffer tank 2. This valve arrangement 11 will compensate for a too low liquid level by dumping gas from the buffer tank to the exhaust gas channel 15 via a channel 31. This makes it possible to supply liquid via the line 28, which has an open connection with the liquid circuit in the area between the pump and the shut-off valve 9. The liquid channel 28 is provided with a control valve (not shown) to prevent the buffer tank 2 from being drained of liquid when this area has a lower pressure than the buffer tank 2. A float body 30 cooperates with the valve arrangement 11 to close the liquid channel 28 when the buffer tank 2 has reached the correct liquid level.

Når væskenivået er fort høyt, vil ventilarrangementet 11 åpne en væskekanal 29 som gjør at væske kan dumpes til reservoaret 6. Prinsippet til disse operasjonene er vist i fig. 6A og 6B. When the liquid level is very high, the valve arrangement 11 will open a liquid channel 29 which enables liquid to be dumped into the reservoir 6. The principle of these operations is shown in fig. 6A and 6B.

Ventilarrangementet 11 består av tre separate tiltventiler. Husene 34, 35, 36 til tiltventilene som regulerer volumet til væsken i buffertanken 2 har en lekkasjesikker penetrering av deres kontrollarmer 32, 33, 37. Figur 6A indikerer posisjonen til tiltventilene når væskenivået er korrekt. Figur 6B indikerer posisjonen til tiltventilene når væskenivået er for lavt. Flottørlegemet 30 samvirker med en ventil som er tilveiebrakt i en kanal mellom aktiveringsledningen 13 og avgasskanalen 15. Denne virker til å forhindre at trykket bygges opp i aktiveringsledningen 13 i tilfellet av ukorrekt væskenivå i buffertanken 2, og sikrer at systemet ikke kan settes i drift uten at nødsystemet er fullt ut operativt. Funksjonen er ikke antydet på figurene. The valve arrangement 11 consists of three separate tilt valves. The housings 34, 35, 36 of the tilt valves which regulate the volume of the liquid in the buffer tank 2 have a leak-proof penetration of their control arms 32, 33, 37. Figure 6A indicates the position of the tilt valves when the liquid level is correct. Figure 6B indicates the position of the tilt valves when the fluid level is too low. The float body 30 cooperates with a valve provided in a channel between the activation line 13 and the exhaust gas channel 15. This acts to prevent pressure from building up in the activation line 13 in the event of an incorrect liquid level in the buffer tank 2, and ensures that the system cannot be put into operation without that the emergency system is fully operational. The function is not indicated in the figures.

Figurene 6A og 6B indikerer også funksjonen til trykkutjevningsventilen 12. Denne består i prinsippet av to fjærbelastede kontrollventiler med tilnærmet like åpningstrykk, men med motsatte strømningsretninger. Figures 6A and 6B also indicate the function of the pressure equalization valve 12. In principle, this consists of two spring-loaded control valves with approximately the same opening pressure, but with opposite flow directions.

Beskyttelsessystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan i prinsippet anvendes for ethvert system som innbefatter en membrankontaktor eller tilsvarende over et stort driftstrykkområde. Disse systemene kan innbefatte systemer for søting av naturgass (fjerning av CO2, H2S og andre sure gasskomponenter), dehydrering av naturgass (fjerning av H20), deoksygenering av sjøvann ved hjelp av gasstripping og lignende. The protection system according to the present invention can in principle be used for any system that includes a membrane contactor or equivalent over a large operating pressure range. These systems may include systems for sweetening natural gas (removal of CO2, H2S and other acid gas components), dehydration of natural gas (removal of H20), deoxygenation of seawater using gas stripping and the like.

Ventilene kan være operert f.eks. hydraulisk, pneumatisk, mekanisk etc. The valves can be operated e.g. hydraulic, pneumatic, mechanical etc.

Avhengig av anvendelsen kan gassen enten føres langs den ytre overflaten til membranen eller langs innsiden. Depending on the application, the gas can either be passed along the outer surface of the membrane or along the inside.

Claims

1. Protection system arranged to prevent a large trans-membrane pressure difference across a pressure-sensitive membrane (4) placed in a pressure-resistant chamber (3), the membrane forming a physical barrier between a liquid and a gas when a liquid and a gas mixture is passed through the chamber (3 ), where the protection system includes two shut-off valves (9, 10) respectively provided in the liquid inlet and outlet lines, a buffer tank (2) provided in the line between one of the shut-off valves (9, 10) and the pressure-resistant chamber (3), a pressure equalization valve (12) provided between the gas inlet line (8) and the buffer tank and a pressure sensor valve (14) for measuring the pressure difference across the membrane (4) and which activates the shut-off valves (9,

10) when this pressure difference exceeds a predetermined value, characterized in that the cross-section of the valve seats (18) of the shut-off valves (9, 10) is 2 to 5 times larger than the effective flow area to give the valve body (16) a short movement distance from the open to the closed the position.

2. Protection system according to claim 1, characterized in that the buffer tank (2) is arranged to maintain a stable liquid level and that the buffer tank (2) includes a float body (30) which cooperates with a valve arrangement (11), which, when the liquid level in the buffer tank (2) is too low, opens a channel (31) to release gas from the buffer tank and also opens to a channel (28) for filling to the liquid buffer volume, and which when the liquid level is too high, opens a channel (29) to release liquid to a reservoir (6) at a lower pressure.

3. Protection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the shut-off valves (9, 10) have a response time from fully open to fully closed position of less than 1 second.