NO335198B1 - Innløpsinnretning for vannfjerningstårn for gass - Google Patents

Abstract

En innløpsinnretning (17) for en gravitasjonsseparator (18) for separering av en fluidblanding som omfatter gass og væske. Innløpsinnretningen (17) omfatter en innløpsmunning (1) for fluidblandingen, et fordelingskammer (2) som er koblet til innløpsmunningen for fordeling av fluidblandingen til skorsteinsbrett (27) som er montert på toppen av en seksjonsplate (4) for å dele beholderen og inn i en nedre skrubberseksjon (5) og vannfjerningsseksjon (6), idet seksjonsplaten (4) utgjør en integrert del av innløpsinnretningen (17) ved å være koblet til fordelingskammeret.

Description

Innledning

Foreliggende oppfinnelse vedrører separasjon av væske fra en gasstrøm, spesielt ved produksjon av olje og gass. Mer presist vedrører den foreliggende oppfinnelse en innløpsinnretning som er beregnet for bruk i vannfjerningstårn konstruert typisk for fjerning og drenering av væske fra en gass-strøm som kommer inn i vannfjerningstårnet.

Bakgrunn

Under produksjon av olje og gass fra et underjordisk reservoar vil brønnstrømmen normalt inneholde olje, gass, vann og noen faste partikler. For å separere de forskjellige fluider og faste stoffer, er det konstruert et dedikert prosessystem for brønnstrømmen. Naturgassen må gå gjennom flere prosesstrinn før den går inn i forsyningsnettet. Vanligvis blir tunge hydrokarboner, vann og sand fjernet i flere trinn som involverer ekspansjon, oppvarming eller kjøling og separasjon. Separeringen skjer i flere trinn, hvor "bulkseparasjon" av de ulike fasene skjer ved tyngdekraften alene, hvor de ikke-blandbare fluider separeres basert på forskjell i tetthet, og "finseparasjonen" eller rensing ofte blir gjort ved bruk av sentrifugalkrefter og treghetskrefter sammen med tyngdekraften.

En utfordring som opptrer i mange separasjonstrinn er å fjerne væskedråper fra en gasstrøm hvor væskeinnholdet i gassen er lavt, typisk mindre enn 3 volum % av den totale volumstrøm. Det er av avgjørende betydning for å fjerne det meste av denne væske for å beskytte etterfølgende utstyr, som kompressorer og utstyr for vannfjerning idet bare spor av væske kan skape driftsproblemer. I det følgende er separatorer som er dedikert til å separere gass/ væskeblandinger inneholdende mindre enn nevnte 3 vol % væske, betegnet gassvaskere.

Naturgassen blir prosessert i løpet av flere trinn med re-komprimering, oppvarming og skrubbing før den er klar for transport. Denne prosessen regulerer hydrokarbon-duggpunktet til gassen, noe som sikrer den korrekte verdi for oppvarming av gassen før transport. Et annet viktig kriterium for den fete gass er vanninnholdet, eller mer presist vannets duggpunkt. Denne beskrivelse skal garantere at absolutt ikke noe fritt vann dannes uansett operasjonen som utføres. Den typiske duggpunktspesifikasjonen er -18 °C ved 70 bara. Fritt vann kan føre til både hydrat plugging og korrosjonsproblemer. Vannfjerningen starter allerede i brønnen, på grunn av temperatur- og trykkreduksjon. Vann blir ytterligere fjernet i separatorene, hvor det som nevnt fjernes bulk-væske. Den endelige fjerning av vann blir vanligvis gjort ved to teknikker: absorbsjon inn i en glykol eller adsorpsjon til et fast materiale (typisk molekyl sil eller silikagel).

Absorpsjonsprosessen gjøres vanligvis i en vertikalt orientert beholder, ofte kalt et kontaktortårn.

Et kontaktortårn består av en sprøyteinnretning mekanisme som skal sprøyte gassen jevnt med glykol. Trietylenglykol, TEG, brukes normalt i Norskehavet. Den våte gassen blir matet inn i bunnen av kontaktoren gjennom en skrubberseksjon. Denne seksjon skal fjerne faste stoffer og væsker som kan forurense glykolen. Skrubberseksjonen og absorpsjonsseksjonen er skilt fra hverandre med en plate omfattende såkalte "skorsteinsbrett" ("chimney trays") som tillater faststoffri og væskefri gass å komme inn i absorpsjonsseksjonen. Det vannfattige glykol kommer inn i toppen av absorpsjonsbrettet og renner nedover på grunn av tyngdekraften, mens gassen på samme tid strømmer oppover. En masseoverføring finner sted på grunn av affiniteten glykol har til vannmolekylene og vanninnholdet i gassen derved oppover i kolonnen. Vanligvis er det flere brett eller en eller annen form for pakking inne I absorbsjonsseksjonen som skal blande gass og glykol, slik at masseoverføring av vann øker. En dråpefjerningsseksjon er vanligvis plassert på toppen av vannfjerningstårnet slik at overløp av glykol blir redusert.

Brønnstrømmen kommer inn i separatorinnløpet, hvor gass og væske blir separert. Gassen forlater toppen av separatoren, og strømmer videre til den første skrubber. Gassen blir videre behandlet i en sur gass-absorber, hvor typisk H2S og C02blir fjernet. Etter fjerning av sure komponenter, er det typisk en skrubber før vannfjerningstårnet. I tillegg til skrubberen oppstrøms av vannfjerningstårnet er det svært ofte en skrubber i bunnen av vannfjerningstårnet for å fjerne all væske kondensert i rørsystemet. Skrubberen i den nedre seksjon av kontaktortårnet inneholder vanligvis en innløpsenhet sammen med en trådmatte. Høyden og diameteren på kontaktortårnet er i hovedsak bestemt av masseoverføringen mellom glykol og vann. Ofte er det et kriterium på den maksimale høyde av kontaktortårnet som begrenser valget av innhold i den nedre seksjon av kontaktortårnet, f.eks. 12 meter. En god og kompakt skrubber i den nedre seksjon av kontaktortårnet kan redusere behovet for en skrubber oppstrøms den vannfjerningstårnet. Behovet for en kompakt og effektiv skrubber i den nedre seksjon av kontaktortårnet er klar.

Inne i gasskrubberen i den nedre seksjon av kontaktortårnet, finner separasjonen vanligvis sted i flere trinn. Først kommer gassen inn gjennom en innløpsmunning, som - for vertikalt orienterte skrubbere. Ved innløpsmunningen kan det være plassert en momentbrytende plate, en skovldiffusor eller hvilken som helst enhet for å kunne fordele fluider på tvers av skrubberens tverrsnittsareal. Allerede her blir de største dråpene skilt fra og faller ned I væskereservoaret i den nedre del av beholderen.

Gassen vil strømme oppover inn i en rolig sone eller avsetning sone, hvor ytterligere dråper som følge av gravitasjon faller ned til væskeflaten under, evt. avsettes på separatorveggen og dreneres nedover langs denne.

Nær toppen av beholderen, blir gassen tvunget til å passere gjennom rør som forbinder den nedre skrubberseksjonen til vannfjerningsseksjon, de såkalte skorsteinsbrett. Det er i hovedsak tre kategorier av dråpefjerningsutstyr, trådmatte, platebasert dråpefanger ("vane pack") og parallelt arrangerte, aksialstrømmende sykloner. På grunn av trykkfallet over dråpe-fjerningsutstyret blir den separerte væske normalt drenert ned til væskereservoaret gjennom et nedløpsrør som nevnt, idet nedre ende av dette er neddykket i væskereservoaret.

Det er viktig at separatorens innløpsinnretning er riktig utformet relativt til separatorens tverrsnittsareal for å fjerne så mye væske som mulig, for å minimere mengden av væske som tilføres dråpefjerningsutstyret. Dette er spesielt viktig for vertikale skrubbere og kontaktorkolonner for å fjerne vanndamp fra en gasstrøm. En dårlig fungerende innløpsinnretning i skrubberen kan forårsake at væske blir overført til vannfjerningsseksjonen, noe som fører til forurenset glykol og feil vann-duggpunkt for naturgassen. I verste fall kan dette forårsake hydratdannelse under rørtransport. De fleste innløpsinnretninger av kjent teknologi bruker tyngdekraften alene for å separere væske i skrubberens innløpskammer, noe som gir strenge begrensninger for gasshastigheten for å unngå at betydelige mengder væske følger gassen til dråpefjerningsutstyret.

En grundigere beskrivelse av teknikkens stand er gitt i den bestemte del av beskrivelsen med henvisning til tegningene.

Formål

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en mer kompakt, men likevel effektiv skrubberseksjon i den nedre skrubber inne i kontaktortårnet, ved å koble innløpsinnretninger sammen med de såkalte skorsteinsbrettene.

Foreliggende oppfinnelse

De ovenfor nevnte formål er oppfylt med foreliggende oppfinnelse, som er en innløpsinnretning som angitt i krav 1. Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav. Skrubberbeholderen vil typisk være en vertikal seksjon av et glykol-kontaktortårn, typisk omfattende:

• en beholder som har et øvre gassfylt kammer og et nedre væskefylt kammer

• en innløpsseksjon vanligvis utformet for å redusere innløpsmomentet fra røret inn i beholderen og sikre en god strømningsfordeling i beholderen, mens det også finnes innløpsseksjoner som tar sikte på å gjøre pre-separasjon av væske fra gass, og den foreliggende oppfinnelse representerer en slikt enhet.

• en agglomeratorenhet plassert mellom innløpsseksjonen og den siste behandlingsseksjon som brukes for å øke dråpestørrelsen og forbedre gass- og væskefordelingen inn i det siste behandlingstrinn i beholderen.

• et dråpefjerningstrinn for fjerning av siste rest av væske.

• et nedløpsrør for transport av væske som fjernes i den siste behandlingsinnretning tilbake til den nedre, væskefylte seksjon av beholderen • en nedre utløpsåpning for å lede ut den i hovedsak væskeholdige del av blandingen fra det nedre kammer • et sett av skorsteinsbrett som forbinder skrubberseksjonen med vannfjerningsseksjonen, og som tillater den magre, flytende hydrokarbongass å forlate skrubber seksjonen og strømme inn I vannfjerningsseksjonen.

Den nye oppfinnelsen vil være innløpsseksjonen i den nedre skrubber seksjon og inkluderer et dråpefjerningstrinn som er i stand til å fjerne den vesentlige del av væsken. Den oppfinneriske utforming tillater fjerning av mer enn 97 %, men vanligvis 99 % eller mer av væsken før gassen innføres i vannfjerningsseksjonen av tårnet. Ved å fjerne den vesentlige del av væsken, vil gasskvaliteten ut fra beholderen bli forbedret.

Den nye innløpsseksjonen vil behandle innløpsblandingen ved hjelp av sentrifugalkrefter og vil typisk omfatte: • Et innløpsfordelingskammer som vil fordele blandingen som kommer inn i beholderen gjennom innløpsmunningen inn i en eller flere behandlingsinnretninger for fluidet. Fordelingskammeret vil også vanligvis ha et utløp som gjør det mulig for en hvilken som helst væske separert inne i fordelingskammeret å strømme ut inn i den vertikale beholder. Fordelingskammeret omfatter minst en bunnvegg, en toppvegg og en eller flere sidevegger i tillegg til innløp og utløp. • én eller flere innretninger montert i parallell på innløpsfordelingskammer og / eller inn i de såkalte skorsteinsbrett for behandling av gass-væske blandingen, og som typisk omfatter

- et sylindrisk rør

- et virvelinduserende element for å sette innløpsstrømmen i rotasjon nær innløpsseksjonen - en utløpsåpning nedstrøms av strømningselementet for den hovedsakelig gassholdige del av blandingen å strømme ut av behandlingsinnretningen - en utløpsåpning nedstrøms av strømningselementet hvor den hovedsakelig væskeholdige del av blandingen kan flyte ut av behandlingsinnretningen, vanligvis lateralt i forhold til sylinderaksen.

- et oppsamlingskammer for den i hovedsak væskeholdige del av blandingen, som samler denne blandingen og leder den under innløpsseksjonen av beholderen.

Ifølge oppfinnelsen vil den vertikale gravitasjonsbeholderen inneholde en indre beholder som fordeler gassen til et sett av sykloner hvor innløpsfluidet blir satt i rotasjon ved hjelp av en virvel-induserende innretning som er utad begrenset av syklonlegemet, slik at det innkommende fluid utsettes for en sentrifugalkraft i tillegg til tyngdekraften. Mesteparten av væsken vil på grunn av sentrifugalkraften umiddelbart bli separert mot syklonens vegger og følger veggen inntil de kommer ut av lateralt anordnet åpninger. I noen arrangementer kan også gass tillates å følge væsken gjennom væskeåpningene. Blandingen som hovedsakelig omfatter gass vil gå ut av syklonrøret i motsatt ende av inngangen med det virvelinduserende element. Separatorinnretningen som sådan er i henhold til kjent teknologi, normalt betegnet som aksialstrømmende sykloner eller dråpefjerningssykloner. De aksielle sykloner er godt egnet for en flerfaset blanding som vil bestå av hovedsakelig gass. Gassen vil passere gjennom røret i en enkelt passering fra innløpet til utløpet. Dette er i motsetning til en reversibel syklon for gass hvor gassen kommer inn på toppen av syklonen og går ut ved toppen av syklonen. Gassen som typisk utgjør mer enn 97 % av volumet av føden, må snu inne av syklonen før den kan strømme ut av syklonen. Derav kan omtrent halvparten av det tilgjengelige strømningsareal ideelt bli benyttet til gassen som beveger seg oppover i syklonen, mens halvparten av det tilgjengelige gjennomstrømningsareal blir benyttet av gassen som beveger seg nedover i syklonen. For den aksialstrømmende syklon gassen vil gassen som strømmer fra innløpet ved den ene siden mot utløpet ved den andre siden utnytte hele tverrsnitt, og vil derfor være bedre egnet for en strøm som hovedsakelig inneholder gass. I henhold til oppfinnelsen vil gassutløp for innløpsinnretningen bli koblet direkte inn i skorsteinsbrett som skiller skrubberseksjonen fra vannfjerningsseksjon inne i et kontaktortårn, eller de aksialstrømmende sykloner kan være anordnet i brettene for å redusere den nødvendige plass for den nedre skrubberseksjonen av vannfjerningstårnet.

Innløpsrøret inn til beholderen er forbundet med innløpsfordelingskammer som fordeler gass og væske inn i de vertikalt orienterte syklonrør. Enhver væske separert ved tyngdekraften i innløpskammeret oppstrøms syklonen vil bli drenert i et separat rør fra innløpskammeret. Syklonrørene er utformet som sykloner hvor gassen settes i rotasjon i et spinnelement ved innløpsenden og kommer ut av utløpet ved den andre enden av syklonen. Gasstrømmen vil dermed aldri bli reversert som i vendbare gass sykloner og dette gir høyere gasshastighet i de aksialstrømmende sykloner. Væske som treffer innerveggen av syklonen blir drenert gjennom spalter i syklonveggen til ytre væskeoppsamlingskamre. Væsken blir så drenert fra væskeoppsamlingskamrene til under innløpsseksjonen. Oppfinnelsen er ytterligere beskrevet med henvisninger i det følgende. Oppfinnelsen skal separere gass fra væske ved hjelp av aksialstrømmende sykloner. Væsken og gassen vil da bli innført som en hovedsakelig gass-inneholdende strøm og en hovedsakelig væskeinneholdende strøm inn i skrubberseksjonen ved et felles trykk. Dette er i motsetning til andre innløpstyper hvor gassen og væsken kommer ut av beholderen og inn i ulike kamre ved forskjellige trykk.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å utnytte de beste elementene fra hver av de tidligere beskrevne separasjonsteknologier for å oppnå en effektiv skrubber ved høyere gass-strømningshastigheter. Oppfinnelsen er for en to-trinns separator hvor separasjonen skjer i to separate trinn. Gassen vil derfor passere to skrubbertrinn der det første fjerner bulken av væske, typisk 98 % eller mer, og det andre trinn renser ut den væske som er igjen i gassen vanligvis mer enn 98 % av den gjenværende væske, noe som sikrer en høy effektivitet. Den foreliggende oppfinnelse skal løse problemene ved den for tiden kjente teknologi og tar sikte på å være kompakt, ha lavt trykkfall og være i stand til å kombinere væskestrømmene fra første og andre behandlingstrinn i beholderen. Trykkforskjellene blir alle balansert ut ved hjelp av nedløpsrør og høydeforskjeller mellom de enkelte elementene.

Oppfinnelsen anvender aksialstrømmende sykloner hvor gass- og væskeblandingen kommer inn i syklonen i én ende og gassen strømmer ut ved den andre enden av røret. Væsken vil bli trukket gjennom veggen av syklonen gjennom åpninger utformet for å trekke ut væske fra gasstrømmen. Fordelen med å bruke aksialstrømmende sykloner for skrubbing hvor gassinnholdet typisk er mellom 95 % og 100 % volumetrisk, er at i motsetning til reverserte sykloner vil gassen utnytte det fulle legeme av syklonen for separering og bare foreta en passering gjennom syklonen. For sykloner med reversert strømning vil gasstrømmen først være rettet nedover i syklonen før vending og deretter strømme ut av syklonen i samme ende som innløpet.

Foreliggende innløpsinnretning er ment for ettrinns skrubbere hvor væsken blir separert fra gassen i ett trinn før den går inn i vannfjerningsseksjonen.

Det vanlige skrubberdesign vil ha et innløp som ikke bidrar til separasjon. Deretter kommer et beholdervolum som hvor mesteparten av separasjon skjer og en stor del av væsken blir separert. Gassen vil passere en koalescerende og strømningsfordelende seksjon som vanligvis enten er en trådmatte eller en platebasert separator før dråpeutskilleren. Dråpeutskilleren kan være en annen trådmatte eller det kan være en platebasert separator eller dråpefangersykloner som forårsaker noe trykkfall. For å transportere væske fra dråpeutskilleren ned i væskereservoaret benyttes et rør eller et såkalt nedløpsrør. Nedløpsrøret strekker seg fra dråpeutskillerseksjonen ned i væskereservoaret. Forskjellen i trykk mellom væskeoppsamlingskammeret i nedløpsrør og væskereservoaret i beholderen vil bli kompensert av at væske blir trukket opp i nedløpsrøret.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i nærmere detalj med henvisning til tegningene, som også viser eksempler på tidligere kjente teknologi.

Figurliste

Fig. 1 er et skjematisk riss av en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 viser et tverrsnitt av gasskrubber ifølge kjent teknikk, utstyrt med en skovldiffusor innløpsinnretning, dråpefangerutstyr og intern nedløp. Figurene 3 a, b, c, d, og e viser funksjonsprinsippet av aksialstrømmende sykloner som anvendes til separasjon i den nye innløpsseksjonen. Figurene 4 a og b viser tverrsnitt av tidligere kjente gasskrubbere utstyrt med en syklon-formet innløpsinnretning, dråpefjerningsutstyr og intern nedløp.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av en tidligere kjent ettrinns syklonskrubber.

Fig. 6 viser et tverrsnittsriss av en tidligere kjent ettrinns "inline" skrubber.

Fig. 7 a, b og c viser tverrsnitt av tidligere kjente multi-syklon skrubberinnløp anordnet i en vertikal skrubberbeholder.

Fig. 8 viser tverrsnitt av skrubbere som benytter forlengningen av innløpsrøret som en syklon.

Den foreliggende oppfinnelse er en innløpsinnretning 117 som vil skille væske fra gassen før gassen kommer inn i vannfjerningstårnet. Oppfinnelsen, som installert i en vannfjerningsbeholder, er vist i

Figur 1. Gass- og væskeblandingen kommer inn i beholderen gjennom innløpsmunningen 101. Til høyre er innløpsinnretningen 117 vist forstørret. Strømmen går deretter inn i fordelingskammer 102 som brukes til å fordele gass og væske jevnt inn i skorsteinsbrett 103 montert på toppen av seksjonsplate 104 som deler beholderen inn i den nedre skrubberseksjon 105 og vannfjerningsseksjon 106. Seksjonsplaten 104 utgjøres i en utførelsesform av den øverste platen av fordelingskammeret for derved å muliggjøre en spesielt kompakt struktur av innløpsinnretningen ifølge foreliggende oppfinnelse. En væskefjerningsinnretning er montert inne i eller delvis inne i skorsteinsbrett for å skille ut væske. I figur 1 er væskefjerningsenheten vist som aksielle sykloner 128, men kan være en hvilken som helst form for væskefjerninnretning. De aksielle sykloner 128 er montert sammen i væskeoppsamlingskamre 108. Antallet av aksialstrømmende sykloner 128 i disse kamre 108 varierer.

Det kan være noe separasjon av væske i fordelingskammeret 102. Den væske som separeres ut i fordelingskammeret 102, føres ut og under innløpsseksjonen gjennom et nedløpsrør 129 for væske. Dette vil være en strøm som inneholder væskedelen av fluidet og utløpet av dette rør er utvidet under fordelingskammeret 102 inn i skrubberseksjonen 105. Den største delen av gassen blir transporteres gjennom aksialstrømmende sykloner 128 hvor væsken blir separert fra gassen ved hjelp av sentrifugalkraft.

En av fordelene med den foreliggende oppfinnelse er bruken av parallelle elementer for separasjon. Disse elementene vil være små i størrelse i forhold til størrelsen av den vertikale beholder. For store skrubbere med høy gassbelastning, legges flere sykloner til i parallell for å oppnå høyere kapasiteter som vil opprettholde den høye effektiviteten som representerer en utfordring for separatorer som er avhengig av sentrifugalkraft til å forbedre separasjon når benyttet i større separatorbeholdere.

Syklonen vil skille innløps-blandingen inn i en del som inneholder den største delen av væsken som vil ha et utløp 130 på undersiden av innløpsseksjonen. Siden det er høyere trykk i syklonens væskeoppsamlingskammer 108 enn i beholderen, kan noe gass følge væsken i nedløpsrøret 130. Det vil være noe gass i forbindelse med væsken i væskedrenrør 129 og nedløpsrør 130. Mengden av gass vil typisk være mindre enn 20 % av den totale gassmengde og gassbelastning under innløpsseksjonen vil være lav. Den lille mengde gass som følger væsken under innløpsseksjonen vil bli skilt fra væsken i trådmatten 131. Mengden av væske separert i syklonene og transportert under innløpsseksjonen vil typisk være mer enn 99 % av den totale væske i tilførselen. Under innløpsseksjonen vil det være en gass-væske-blanding som vanligvis inneholder mindre enn 20 % av gassen og 99 % eller mer av væsken i innløpsmunningen. Væsken vil deretter bli separert i sonen under innløpsseksjonen, både av tyngdekraften og i trådmatten 131, og faller ned i væskereservoaret 107 av gravitasjonsseparatoren før væsken forlater beholderen gjennom væskeutløpsmunnstykket 120. Gassen følger væsken under innløpsseksjonen vil strømme oppover forbi innløpsseksjonen og gjennom minst ett eller flere av skorsteinsbrettene 125 som ikke er koblet direkte til innløpsinnretningen, men til innløpsfordelingskammer 102, hvor den vil bli blandet med den store del av gassen som kommer ut gjennom toppen av resten av skorsteinsbrettene 103 og inn i vannfjerningssone 106, idet vannfjerningssone mest sannsynlig vil inneholde et arrangement som øker masseoverføring avvann til glykol, vanligvis en strukturert eller ustrukturert pakning 126. Gasstrømmen som følger væsken under innløpsseksjonen vil typisk omfatte 99 % eller mer av væsken mens mengden av gass vil typisk representere mindre enn 20 % av den totale gasstrøm. Væsken må skilles fra denne slippstrømmen av gass før gassen blir re kombinert med gassen som kommer ut på toppen av skorsteinsbrettene 103. Væsken som følger gassen på undersiden av innløpsseksjonen vil bli separert i rommet under innløpsseksjonen. Separasjonen vil dels skje på grunn av tyngdekraften. Gassbelastningen under innløpsseksjonen vil være mye lavere enn oppstrøms for innløpsseksjonen siden bare typisk 20 % eller mindre av gassen vil gå ut gjennom nedløpsrør 130. Den lave gassbelastning under innløpsseksjonen vil redusere væskemedrivning. I tillegg vil den lave gassbelasting gjøre dette volumet godt egnet for bruk av en tradisjonell dråpeutskillerseksjon for ytterligere å rense opp gassen. Dette vil typisk være en trådmatte 131, men dråpeutskilleren kan også være en platebasert dråpeutskiller eller en aksialstrømmende syklon. Syklonen kan være plassert i skorsteinsbrettet 125 som ikke er omfattet av innløpsinnretningen. Dråpeutskilleren vil sikre at gassen som har fulgt væsken under innløpsseksjonen er ren. Innløpsseksjonen vil typisk bli konstruert for å oppnå 99 % eller mer separasjonseffektivitet.

Væsken som blir skilt ut i syklonene 128, dreneres gjennom innløpsinnretningen ved hjelp av nedløpsrør 130. Nedløpsrørene 130 som strekker seg gjennom innløpsinnretningen, vil også fungere som mekanisk støtte av innløpsinnretningen, men nedløpsrør 130 kan også føres utenfor innløps-enheten dersom dette er mer installeringsvennlig. Arrangementet av nedløpsrør 130 på undersiden av innløpsseksjonen kan være slik utført at hver av nedløpsrørene 130 er forlenget under innløpsinnretningen. Rørene fra syklonene kan også bli samlet i manifolder fra hvilke ett eller flere rør strekker seg videre ned fra slike manifolder.

Et alternativ til å la gassen følge væsken nedover under innløpsseksjonen er å la nedløpsrør 130 strekker seg inn i væskereservoaret 107 i gravitasjonsseparatoren. Ved å forlenge rørene ned i væsken, vil rørene være forseglet av væskevolumet og bare væske vil strømme ned nedløpsrøret. Fordelen med en slik konfigurasjon vil være at det ikke blir noen gasstrøm under innløpsseksjonen som følger væskestrømmen gjennom nedløpsrør 130 og som må behandles i beholderen.

For det tilfellet at nedløpsrørene ikke strekker seg inn i væskereservoaret, bør man fortrinnsvis bruke en diffusor 113 på enden av hvert nedløpsrør. Diffusoren vil redusere momentet av gassen ut fra rørene. I tillegg bør diffusoren være utformet slik at gasstrømmen er rettet horisontalt i beholderen og ikke nedover. Gasshastigheten ut fra nedløpsrørene bør ikke rettes direkte mot væskevolumet i beholderen, for å minimere medrivning av væske fra beholderen.

Et alternativ til det beskrevne rørsystem under innløpskammeret for den væskerike strøm ut av syklonene, er en der væsken tillates å strømme fritt ut av væskeoppsamlingskammer 108 gjennom hull i væskeoppsamlingskammer 108, ut i den nedre seksjons skrubber 105. På grunn av det høyere trykk i væskeoppsamlingskammer 108, vil væsken inneholde noe gass når den kommer inn i nedre seksjons skrubber 105. Den væskerike blanding fra væskeoppsamlingskammer 108 vil da typisk bli drenert til toppen av fordelingskammer 102 i stedet for å bli styrt ned til væskeseksjonen ved bruk av nedløpsrør 130.

Strømningen ut av toppen av syklonene 109 vil være hovedsakelig gass med spor av væske. Gassen som kommer ut gjennom toppen av sykloner og skorsteinsbrettene, vil bli blandet med gassen som kommer ut med væsken som kommer opp rundt innløpsseksjonen, ved å tillate denne slippstrømmen av gass å forlate skrubberseksjonen gjennom ett eller flere av det samlede antall skorsteinsbrett. Gassen vil da være ren når den går inn i vannfjerningsseksjonen. Fordelen med den nye innløp 117 er at det forbedrer gasskvaliteten inn i beholderen ved å fjerne væsken som allerede er i innløpsseksjonen, med muligheten for å redusere beholderens størrelse (og) ved å unngå væsketetningen av nedløpsrørene.

For å regulere mengden av gass som følger den separerte væske fra de aksiale sykloner, kan væskedreneringen for innløpsinnretningen bli erstattet av en hvilken som helst trykk-motstandsinnretning eller aksialstrømmende sykloner som er plassert på undersiden av innløpskammeret istedenfor væskedreneringsrør 129 fra fordelingskammeret 102. Syklonene som erstatter dreneringsrør 104 kan være like syklonene som er rettet oppover. All væske separert i fordelingskammeret 102 ved hjelp av tyngdekraften, vil renne ut gjennom syklonene på undersiden av kammeret. Mengden av gass behandlet av syklonene som har et gassutløp i undersiden av innløpskammeret, vil typisk være mindre enn for de sykloner som er rettet oppover, men typisk mindre enn 20 % av den totale gass-strømmen inn i innløp 1. Gassen som behandles under innløpskammeret vil måtte passere innløpsseksjonen igjen på vei oppover og øke gassbelastningen når gassen strømmer forbi innløpsseksjonen, siden innløpsseksjonen selv vil fortrenge noe av det tilgjengelige strømningsarealet.

Innløps-fordelingskammeret 102 er utformet for å sikre at innløpsstrømmen blir jevnt fordelt til de flere sykloner 128 anordnet på innløpskammeret. Syklonene kan ordnes innenfor eller delvis inne i skorsteinsbrett. Utformingen av innløps-fordelingskammeret 102 viser dette idet innløps-fordelingskammeret har et større tverrsnitts-strømningsareal nær innløpsmunning enn lenger borte fra innløpsmunningen, noe som vanligvis oppnås ved en skråstilt underside av innløps-fordelingskammer, slik at innløpet kammer er høyest nær innløpsmunningen og lavest ved den motsatte enden av innløps-seksjonen. I tillegg kan det være anordnet skovler ved innløpet for å bidra til å spre innløpsfluidet på tvers av hele tverrsnittet av innløps-fordelingskammeret for å bedre strømningsfordeling i innløpskammeret ytterligere.

Utformingen av innløps-fordelingskammeret 102 kan også ta hensyn til drenering av faste stoffer fra kammeret. For anvendelser der væsken inneholder store mengder faststoffer, bør innløps-fordelingskammer 102 utformes med hellende bunn for å sikre at ingen faste stoffer akkumuleres på bunnen av innløps-kamrene. Platene bør vanligvis være skråstilt 45 ° eller mer mot dreneringsrøret 104 av innløps-fordelingskammeret, for å sikre at faststoffer ikke samler seg i bunnen av fordelingskammeret 102, men i stedet glir ned gjennom dreneringsrøret 104 hjulpet av tyngdekraften.

Sammenligning med kjent teknologi

Fig. 2 viser en separator for fjerning av en tåke av små dråper i henhold til kjent teknologi, omfattende en skovldiffusor innløpsinnretning 202 som mottar innløpsgass fra innløpsmunning 201 så skånsom som mulig og fordeler gass- og væskeblanding i separeringssonen 209 jevnt for å utnytte beholdervolumet. I to-trinns gravitasjonsseparatorer representerer sonen 209 det første trinn av separasjonen hvor væsken blir separert fra gassen ved hjelp av tyngdekraften. Separasjonseffektiviteten vil være en funksjon av mengden av gass. Størrelsen på beholderen vil da bli bestemt for å sikre skrubber-effektiviteten, ved å regulere gassbelastningen i beholderen. Skovldiffusor-innløpsinnretninger er for tiden den foretrukne teknologi for innløpsinnretninger i gasskrubbere.

Gass som passerer gjennom separeringssonen 209 vil typisk inneholde mange små og noen mellomstore dråper inn i dråpefjerningsutstyret 211, her illustrert som aksialstrømmende sykloner installert i skorsteinsbrett 217, hvor ytterligere mengder væske blir fraseparert. Væske separert ved dråpefjerning utstyret 211 samles opp i et kammer 213, og blir deretter drenert via nedløpsrør 215. Som tidligere forklart vil trykket på nedstrømsiden av de aksialstrømmende sykloner være lavere enn trykket oppstrøms de aksialstrømmende sykloner, og derfor må nedløpsrørene 215 være neddykket i væskereservoaret 207 for å unngå at gass som strømmer motstrøms I forhold til væsken i nedløpsrør 215 på grunn av trykkforskjellen. Væskesøylen som trekkes opp i nedløpsrør 215 balanserer denne trykkforskjellen mellom kammeret 213 og gravitasjonsseparatorsone 209. Væskenivået 216 i nedløpsrøret 215 vil derfor være høyere enn nivået av væskereservoaret 207 i skrubberen. Den tilgjengelige høyde over væskenivået 216 er en design parameter med hensyn til dimensjoneringen av gasskrubberen. Ved for høy gasstrømhastighet relativt til skrubberen høyde, vil væske bli suget opp i kammeret 213 og videre inn i gassutløp 212, noe som er kritisk for operasjonen.

Aksialstrømnings sykloner vil være en integrert del av den foreliggende oppfinnelse og flere typer av aksialstrømmende sykloner er kjent. Fig. 3a viser et eksempel på en aksialstrømmende syklon av kjent type, beskrevet blant annet i patentsøknader PCT/NL97/00350, PCT/NL99/00677 og NL20001016114. Begrepet "aksialsyklon" skyldes at hovedgasstransporten er i den langsgående retning av syklonen hvor strømningsinnløpet er lokalisert i motsatt ende I forhold til gassutløpet. Det vil være minst ett virvelinduserende element lokalisert ved innløpssiden av syklonen. Vanligvis vil syklonen vil ha spalter eller perforeringer i deler av syklonrøret for å tillate væskefasen å gå ut av syklonen lateralt. Aksialstrømmende sykloner har med hell vært installert for høytrykks dråpefjerningsapplikasjoner på grunn av det lave trykkfall og høy separasjonseffektivitet. Den aksialstrømmende syklon 29 omfatter et sylindrisk rør som gassen passerer gjennom. Inne i røret er et virvelinduserende element 21 anordnet som omfatter et aksesymmetrisk, konsentrisk legeme med stasjonære skovler 22 som setter gasstrømmen i rotasjon inn i separasjonskammeret 23. På grunn gassens rotasjonsbevegelse, vil væskedråper som følge av tetthetsdifferansen bli slynget mot veggen av syklonrøret 29. Væsken som treffer veggen av syklonen vil danne en tynn væskefilm som vil bli fjernet fra gasstrømmen gjennom veggen av syklonrøret 29 via spalter 24 anordnet ved utløpsenden av syklonen. Væsken vil bli samlet i et dreneringskammer 25 hvor væsken samles opp og dreneres gjennom nedløpsrør 26 til væskeseksjonen av separatoren.

I figur 3B syklonen er arrangert som en resirkulerings-type syklon hvor en liten strømning av gass forlater syklonen gjennom spaltene 24 før den blir re-introdusert i syklonen gjennom sentrum av det virvelinduserende elementet 21. Dette gjøres for å hjelpe væsken å passere gjennom spaltene 24. En gasspylestrøm settes normalt til å gi en netto strøm av gass ut gjennom spaltene i samme retning som væsken. Dette oppnås ved å koble dreneringskammeret 25 til lavtrykks-område i sentrum av syklonrøret 29 gjennom en kanal 27 forbundet med den sentrale, hule strømningspassasje 28 i virvelelementet eller skovlkaskaden 21. Denne spylegass er vanligvis 2-10 % av den totale gasstrøm. Spylegassen representerer en sløyfe fra separasjonskammeret 23 ut til dreneringskammeret 25 og tilbake til separasjonskammeret 23. Spylestrømmen vil også blåse av væske som følger det virvelinduserende element 21 som en film.

Figur 3c viser en annen variant av en aksialstrømmende syklon benyttet som ikke har noen resirkulering av gass fra væskedreneringskammeret 25. Hovedgasstrømmen kommer inn i syklonen gjennom åpningen 20 og blir satt i rotasjon med det virvelinduserende element 21. Den tyngre væske slynges mot veggen av syklonrøret 29 av sentrifugalakselerasjon og danner en film på innsiden av syklonen. Væskefilmen fjernes deretter fra syklonveggen gjennom spaltene 24 og oppsamles i væskedreneringskammeret 25. Dette er tilsvarende de to syklonene tidligere omtalt og vist i fig. 3a og fig. 3b. Forskjellen er at denne versjonen har en kanal 30 gjennom det virvelinduserende element 21 hvor en liten del av gassen i innløpet vil passere. Kanalen 30 er fortrinnsvis utstyrt med tangentiale innløp eller styreskovler for også å sette denne strømning i rotasjon. Den lille mengde gass som passerer gjennom kanalen 30 brukes til å blåse av væske som matte følge det virvelinduserende elementet 21 inn i separasjonskammeret 23.

Syklonene i figur 3 a, b, c kan videre være utstyrt med dobbeltkrumme skovler. De dobbeltkrumme skovler som er beskrevet i patentsøknaden WO 03039755 vil gi forbedret separasjon siden krypstrøm av væske langs skovlene vil bli tvunget mot den ytre side av skovlene av deres geometri. De dobbeltkrumme skovler vil bli konfigurert til å oppnå høyere tangentiell hastighet nær sentrum av syklonen enn ved veggen og derved gi en tangential hastighet i beholderen som er lik den frie virvelstrøm satt opp av frie roterende fluidstrømmer som styres av konserveringen av vinkelmoment.

I figurene 3d og 3e vises alternative virvelinduserende elementer. På figur 3d blir et sett tangentiale styreskovler 32 brukt til å sette strømmen i rotasjon. I figur 3e benyttes tangential port til å sette strømmen i rotasjon. Funksjonaliteten til syklonene som vist i figurene 3d og 3e er lik de sykloner som er vist i figurene a, b og c nedstrøms for det virvelinduserende element.

Figur 4a viser et tverrsnitt av en tidligere kjent gasskrubber utstyrt med en syklonisk innløpsinnretning, med dråpefjerningsutstyr og et internt dreneringsrør som beskrevet i GB patentsøknad 2329857. Denne konfigurasjonen erkarakterisert vedforbindelsen mellom innløpsmunning 51 og én eller flere sykloner gjennom et fordelingskammer 52. Syklonrøret har et virvelinduserende element 53 for å sette det innkommende fluid i rotasjon inne i syklonrøret 54.1 figur 4a er det virvelinduserende element vist som en skovlkaskade, men virvelen kan også bli indusert ved hjelp av ett eller flere eller tangentiale innløp til syklonen. Mesteparten av væsken blir separert i syklonrøret 54 ved hjelp av sentrifugalkreftene nedstrøms av det virvelinduserende elementet 53, hvoretter den roterende gassen kommer ut av syklonrøret 54 gjennom et gassutløpsrør 55. Ytterligere dråpefjerning gjøres med aksialstrømmende sykloner 56 oppstrøms skrubberens gassutløp 57. Væsken som separeres i de aksialstrømmende sykloner 56, dreneres gjennom ett eller flere nedløpsrør 58 tilbake til væskereservoaret av beholderen. Væske separert i syklonrøret 54 vil dreneres langs den indre veggen av syklonrøret 54 og bli ledet gjennom væskeutløpet 59 av syklonen. Væskenivået 61 i separatoren blir normalt regulert av en ventil på separatorens væskeutløp 60.

En vesentlig ulempe å benytte denne type sykloninnløp, er risikoen forgassgjennombrudd i syklonrørets væskeutløp 59. På grunn av trykkfallet fra utløpet på det virvelinduserende element 53 til toppen av gassutløpsrør eller "vortex finder" 55, vil trykket ved væskeoverflaten 63 inne i syklonen være høyere enn trykket ved væskeflaten 61 ved separatorens avsetningssone 62. Dersom trykkfallet blir for høyt, vil væskeoverflaten 63 inne i syklonrøret 54 bli tvunget ned til syklonrørets væskeutløp 59, og gass vil bli blåst ut av væskeutløpet og derved forårsake skumdannelse og deretter innblanding væske til skrubberens gassutløpsmunnstykke samt gassforurenset væske i væskeutløpet. Fra denne situasjonen, kan hele skrubberen "kollapse". Trykkfallet overgassutløpet blir forårsaket av hastighetsøkningen når gassen passerer det virvelinduserende element eller skovlkaskadens 53 utløp til gassutløpet 55. Hastighetsøkningen har to grunner: i) at gassen får en høy aksial hastighet når den tvinges gjennom gassutløpsrøret 55, og ii) at rotasjonskomponenten av gassen grunnet bevaring av rotasjonsmoment vil øke fordi gassen tvinges til en mindre diameter. Den sistnevnte effekten forklarer hvorfor en isdanserinne øker sin rotasjonshastighet når hun trekker armene mot kroppen sin. I henhold til lov om bevaring av moment (Bernoullis ligning), vil den totale hastighetsøkning dermed krever et fall i trykket (trykket i avsetningssone 62 er lavere enn trykket inne syklonrøret 54). Økte gasstrømhastigheter gir dermed økt total hastighet og følgelig økt trykkfall.

En annen ulempe er utnyttelsen av strømningsvolum i syklonen. På grunn av den geometriske utforming av syklonen hvor gassutløpet befinner seg ved den samme enden som innløpet til syklonen, må gassen strømme nedover i syklonrøret 54 hvor gass-væske separasjonen finner sted. Etter separasjon av væske fra gassen, strømmer den rene gassen i motsatt retning gjennom gassutløpsrøret 55. Dersom gassutløpsrør 55 representerer 50 % av strømningsarealet i syklonen, vil området utenfor gassutløpet oppta de øvrige 50 %. Følgelig vil gasshastigheten i syklonen vil være minst to ganger hastigheten i den aksiale av syklonen som vist i figur 3 a-e, hvor innløpet og utløpet er plassert ved hver ende av syklonrøret. De økte gasshastighetene inne i syklonen vil gi økt trykkfall og redusert separasjonsytelse.

En annen ulempe ved å benytte sykloninnløpsinnretningen som vist i figur 4a er vanskeligheten med å etablere en praktisk ordning for fordelingskammeret 52, særlig i de tilfeller hvor separatorens innvendige deler må være utskiftbare. I disse tilfellene må det gjøres en boltet forbindelse mellom fordelingskanal, separatorveggen og syklonrørene, noe som fører til begrensninger I syklonrørets diameter og / eller antall av syklonrør som kan settes inn i beholderen. Hvis syklonrøret ikke behøver å være utskift bart, blir fordelingskammeret 52, som da bør være sylindrisk, sveiset til separatorveggen.

Den siste ulempe ved syklonen, som illustrert i figur 4A, er at den vil gi en betydelig medrivning av væske fra gassiden av syklonen. Det er vanskelig å oppnå to rene sider fra sykloner, og det er vanlig å prioriteres en ren væskeside. Resultatet er at gassiden blir ganske forurenset.

Fig. 4b viser en variant av denne teknologi hvor væskeutløpet 59 av syklonen ikke er neddykket. Fordelen er at denne syklonen vil ikke gi rive med gass ned I væskereservoaret i beholderen. Ulempen er at væskeutløpet vil inneholde gass som må behandles i den nedre del av beholderen. Den annen ulempe er den forholdsvis lange avstanden som trengs under innløpet til syklonen, noe som krever en høy beholder.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av tidligere kjent enkelttrinns syklon-separator, som for eksempel beskrevet i norsk patent nr. 175569. En slik konfigurasjon er kjennetegnet ved at væskeseparasjonen finner sted i ett enkelt trinn, og at trykkbeholderen representerer syklonrøret. Prinsipielt er syklonseparatoren vist i figur 5 lik innløpssyklonen vist i figur 4a, men her blir gravitasjonsbeholderveggen 74 benyttes som syklonlegeme. Separatoren har et virvelinduserende element 73 som setter innkommende væske i rotasjonsbevegelse. Væsken separeres i syklonseparatoren av sentrifugalkreftene nedstrøms av det virvelinduserende elementet 73. Den rene gassen snur og strømmer gjennom gassutløp 75, som er forbundet med gassutløpsmunningen 77 av separatoren. Ingen ytterligere dråpefjerning blir gjort, og dette er følgelig en ettrinns skrubberbeholder. Væske separert i syklonseparatoren dreneres langs syklonseparatorens indre vegg 74 og føres ut gjennom syklonseparatorens væskeutløpsmunnstykke 70. Fordelen med et slikt arrangement i forhold til innløpssykloner er eliminering av problemer knyttet til medrivning av gass, fordi væskenivået 72 i syklonseparatoren blir direkte målt og regulert. Ulempen med ordningen er mindre separasjonseffektivitet fordi nedstrøms dråpefjerningsutstyr er ikke til stede. Patentet beskriver én enkelt syklon som vil ha en diameter lik diameteren til beholderen. Det er også beskrevet en løsning som brukes inne i beholderen hvor det er en enhet som er plassert i forlengelsen av innløpsrøret og som bruker røret som den ytre omkretsen for beholderen. Dette er ulikt det foreliggende patent som bruker et fordelingskammer foran aksialsykloner. Bruken av et fordelingskammer og flere aksialsykloner vil ha flere fordeler sammenlignet med én enkelt syklon. Effektiviteten av syklonen vil være en funksjon av syklondiameteren og gassbelastningen. En syklon er

2

W

basert på den økte akselerasjon I et rotasjonsseparasjonsfelt. Akselerasjonen er uttrykt som a = —„

r der a er akselerasjonen i m/ s, w er den tangentielle hastigheten og r er radiene. Følgelig, for å opprettholde en høy sentrifugalakselerasjon og drivkraft for separasjonen, må man øke den tangentielle hastigheten ved økning av radiene til syklonen. Den høyere hastighet vil øke skjær som påføres væskefilmen av gassen i syklonen. Dette vil øke gjeninnblanding av væske og effektivitet som funksjon av gassbelastning vil avta medøkende gass-belastning eller -hastighet. Dersom en slik enkelt-syklon skal skaleres så vel med hensyn til radiene, vil lengden av syklonen øke lineært med økende radier og lengden av syklonen blir typisk 5-10 ganger diameteren til syklonen, hvorfor lengden av syklonen raskt vil bli et problem for beholderen. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et optimalt forhold mellom gass-belastning og hastigheter i syklonene siden syklonelementene vil være utformet lik for alle lave hastigheter. Når gasstrømhastighetene øker, vil antallet sykloner i parallell økes. Figur 6 viser et eksempel på en tidligere kjent syklon som beskrevet i GB 1233347A. Gassen kommer inn i syklonen ved enden og blir satt i rotasjon i den virvelinduserende innretning. Det virvelinduserende elementet består av et hult nav 81 og skovler 82 som strekker seg mellom nevnte nav 81 og syklonveggen 89. Rotasjonshastigheten av gassen som beveges inne i syklonen, skaper et sentrifugalfelt som tvinger de tyngre flytende partikler ut mot syklonens vegg. Væsken som treffer den ytre vegg vil bli samlet og danne en film. Ved enden av syklonrøret er det en spalte 84 hvor denne væskefilm tillates å strømme ut og inn i ringrommet mellom beholden/eggen 86 og syklonveggen 89. En liten andel av gassen tillates også å følge væsken ut og vil bli resirkulert til sentrum av syklonen gjennom sentrum av det virvelinduserende navet 81 via spalten 84. Gassen føres inn i sentrum av syklonen hvor trykket er lavt på grunn av den roterende strøm. Væsken vil strømme i ringrommet, og bli samlet i væskeoppsamlingskammeret. Gassen forlater syklonen gjennom en innsatt rørdel 87 ofte referert til som en virvelsøker ("vortex finder"). Utformingen som vist i figur 6 blir ofte referert til som en ettrinns skrubber ettersom gassen blir separert i ett enkelt trinn. Figur 7 viser et eksempel på tidligere kjent multisykloninnløp, blant annet beskrevet i US 2372514. Innløpsfluidet inneholdende gass, fluider og eventuelle faste stoffer kommer inn i beholderen gjennom munningen 91, inn til fordelingskammeret 92. Gassen separeres fra væsken og faststoffene i de mange sykloner 93 og gassen samles i gasskammeret 99 over syklonene før gassen strømmer ut gjennom utløpsmunningen 97. De flytende og faste stoffer faller ned i væskekammeret 94 av beholderen hvorfra væsken og faststoffene fjernes gjennom munningen 90. De faste stoffer kan bli fjernet i separate spyleledninger hvis det legger seg i bunnen av beholderen. Separasjonen av gass og væske vil skje i sykloner og trykket i innløpsfordelingskammeret 92, gasskammeret 99, og væskekammeret 94 vil være forskjellig, og disse er fysisk adskilt. Denne separatoren vil også benytte ettrinns separasjon da det ikke vil være noe behov for å blande sammen strømmer inne i beholderen som ved totrinns skrubbere.

En detalj av en multisyklon 93 som vist i figur 7a, er vist i detalj i figur 7c. Strømmen kommer inn gjennom det tangentielle innløp 95. Gassen, væsken og faststoffene settes i rotasjon gjennom innløpsporter 95. Væsken slynges mot syklonens legeme 96 mens gassen migrerer mot sentrum av syklonen og forlater syklonen gjennom gassutløp 97 ofte referert til som en virvelsøker. Syklon legemet 96 vil ofte ha en konisk seksjon mot væskeutløpet 100. Den koniske formen av væskeutløpet vil bidra til transport av væske ut av syklonen. Det roterende felt inne i syklonen skaper en sentrifugalakselerasjon vanligvis flere dekader høyere enn tyngdekraftens akselerasjon. Det kraftige sentrifugalfeltet vil sette opp trykkgradienter som er orientert radielt i forhold til syklon- aksen. Enhver væskefilm på innsiden av syklonen i den koniske seksjonen vil da bli ført med trykkgradienter mot sentrum av syklonen og væskeutløpet 100. Den største utfordringen ved hjelp av multisykloninnløp er det høye trykkfall. Det høye trykkfall skyldes utformingen av syklonen i seg selv, I form av en reversert syklon. Gassen kommer inn i syklonen ved midten og beveges nedover i syklonlegemet 96 før den snur oppover gjennom virvelsøker 97. Trykkfallet i syklonen vil oppstå når gassen akselererer gjennom den lille virvelsøker 97. Det vil både være en akselerasjon aksialt men også tangentielt grunn av bevaring av vinkelmoment. I multisyklon-oppsettet som vist i figur 7 vil det høye trykkfall bli håndtert ved fysisk inndeling av separatoren inn i tre volumer. Trykket i innløpsseksjonen 92 vil være høyere enn trykket i væskekammer 94 som vil være høyere enn trykket i gass-kammeret 99. Det høye trykkfall vil også representere en utfordring med hensyn til separasjonsytelse. Separasjonseffektivitet vil være en balanse mellom separasjon som følge av sentrifugalakselerasjon og gjen-medrivning samt dråpebryting som følge av viskøs bremsing. Det høye trykkfall indikerer høy viskøs bremsevirkning og redusert effektivitet.

Figur 8 viser et eksempel på en tidligere kjent innløpsseksjon som bruker innløpsrøret som syklon, som beskrevet eksempelvis i norsk patent nr. 321170. Her er innløpsseksjonen montert som en forlengelse av innløpsrøret. Antallet sykloner og deres orientering vil dermed være begrenset av rørenes layout. Syklonens ytelse vil være en balanse mellom nødvendig sentrifugalakselerasjon for å sikre dråpeseparasjon og trykkfallet som kan godtas over enheten. Et høyt trykkfall over enheten vil redusere effektiviteten på grunn av økt skjærkraft på væskefilmen inne i syklonen.

Sentrifugalakselerasjon vil generelt bli beskrevet ved a = wy*/ hvor w er den tangentielle hastigheten og r er radien. Trykkfallet kan generelt beskrives som p = ■£■ p •«<2>der i; er en tapsfaktor i hovedsak avhengig av W, er p gasstettheten og u er den aksiale hastighet. Innløpsseksjonen er et statisk virvelelement som setter den innkommende gassen i rotasjon, og den tangentielle hastigheten vil være direkte proporsjonal med den aksiale hastighet. Følgelig, for å oppnå tilsvarende sentrifugalakselerasjon i en syklon med stort radius som en syklon med liten radius, må man øke hastighet og derved trykkfallet over syklonen.

Claims (7)

1. Innløpsinnretning (117) for en skrubberseksjon (105) av et vannfjerningstårn for separering av en fluidblanding som omfatter gass og væske, idet nevnte innløpsinnretning (117) omfatter en innløpsmunning (101) for fluidblandingen, et fordelingskammer (102) forbundet med innløpsmunningen for fordeling av fluidblandingen til skorsteinsbrett ("chimney trays") (103) som er montert på toppen av en seksjonsplate (104) som deler beholderen inn i en nedre skrubberseksjon (105) og en vannfjerningsseksjon (106), idet seksjonsplaten (104) utgjør en integrert del av innløpsinnretningen (117) ved å være forbundet med fordelingskammeret.

2. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 1, idet seksjonsplaten (104) er anordnet over fordelingskammeret (102).

3. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 1, idet seksjonsplaten (104) utgjøres av den øvre vegg av fordelingskammeret (102).

4. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 1, videre omfattende væske-dreneringsrør (129) for å drenere væskerikt fluid fra fordelingskammeret (102).

5. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 4, videre omfattende dråpefjerneutstyr (131) for å fjerne ytterligere dråper fra det væskerike fluid som blir drenert gjennom væskedreneringsrøret (129), hvoretter det således gassanrikede fluid tillates å passere oppover utenfor fordelingskammeret (102).

6. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 5, idet dråpefjerningsutstyret som renser gassen som går utenfor fordelingskammeret (102), er lokalisert inne i de resterende skorsteinsbrettene (125).

7. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 4,karakterisert vedat væske-dreneringsrøret (129) er forlenget ned i væskereservoaret (107) og forsegler derved væske-dreneringen mot transport av gass til under innløpsseksjonen.