NO850373L - Innretning for vaeskeseparering - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en innretning for væskeseparering, særlig men ikke utelukkende for å separere olje fra oljeholdig vann .

Væskeseparatorer, særlig syklonseparatorer, er følsomme over-for volumetrisk gjennomstrømning ved at variasjon i slik strømning kan bevirke minskning av separatorens effektivitet. Et formål med oppfinnelsen er å komme frem til en separerings-innretning som kan tilpasses for å bevirke en variabel væske-gjennomstrømning mens det søkes å opprettholde strømningstil-stander som er egnet for effektiv separering.

I henhold til et aspekt ved oppfinnelsen er det kommet frem til en væskesepareringsinnretning som omfatter en beholder for væske som skal separeres, og flere væskeseparatorer, idet det er anordnet midler for regulering, anordnet for effektiv, selektiv variasjon av strømningsmengden gjennom separatorene i henhold til mengden av væske i beholderen. Nærmere bestemt foretrekkes det at det er anordnet midler for å avføle væskenivået, for derved å øke strømningsmengden når nivået øker. Disse midler for avføling kan for eksempel omfatte flere følere på forskjellige steder i beholderen. Fortrinnsvis omfatter innretningen en pumpe for å pumpe væske fra beholderen til separatorene, og midlene for regulering virker til å variere pumpemengden for pumpene, for å øke pumpemengden ved økning av nivået, når dette detekteres av følerne. Disse midler kan også virke til å styre ventiler mellom pumpen og separatorene, for derved å bevirke den nevnte variasjon i strømningsmengde ved å bestemme det antall separatorer som væske pumpes til fra pumpen. Disse midler kan også omfatte varierbare strupeanordninger som virker til selektivt å variere strupningen for strømningen fra en eller flere av separatorene for å bevirke variasjonen. Separatorene kan omfatte syklonseparatorer.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til de vedlagte tegninger, på hvilke: Fig. 1 er et diagram som viser en innretning fremstilt i

henhold til oppfinnelsen,

Fig. 2 viser delvis i snitt en syklonseparator som inngår i

innretningen vist i fig. 1, og

Fig. 3 viser et skjematisk tverrsnitt gjennom arrangementet av en struper i en utløpsledning fra en gruppe syklonseparatorer som inngår i innretningen vist i fig. 1.

Innretningen vist i fig. 1 omfatter en lagringstank 50 som har et nedre innløp 52 for oljeholdig vann. Et nedre utløpsrør 54 fra tanken 50 kommuniserer med en filteranordning 56. Filter-anordningen 56 har et utløp som kommuniserer via et rør 58 med en stempelpumpe 60. Utløpet fra pumpen 60 er koblet til inn-løpet til en gruppe 62 av syklonseparatorer ved hjelp av et rør 61 . Et grenrør 63 som kommuniserer med røret 61 danner kommunikasjon fra utløpet til pumpen 60 til en annen gruppe 64 av syklonseparatorer. En styreventil 66 er anbragt i røret 63 og kan innstilles selektivt, i en hensikt som skal beskrives senere, i en tilstand der det kan skje fri strømning gjennom røret 63 fra pumpen 60 til gruppen 64 og til en tilstand der slik strømning hindres. Utløpsrør 68, 70 fra de respektive grupper 62, 64 har varierbare, strømningsbegrensende strupere 72, 74 som befinner seg inne i rørene og bevirker strømnings-kommunikasjon til et rør 76, som i sin tur gir strømnings-kommunikasjon til en styreventil 80. Ventilen 80 kan reguleres for å muliggjøre strømning fra røret 76 til et utløp 82 fra innretningen, eller alternativt for å hindre slik strøm-ning og å lede strømningen fra røret 76 gjennom et returrør 84 som er i strømningskommunikasjon med tanken 50 i et lavt-liggende sted i denne.

Et rør 90 i kommunikasjon fra utløpene for separert olje fra separatorgruppene 62, 64 til en oljepumpe 92 som kan drives for å pumpe slik separert olje til et oljeutløp 94 på pumpen 92. Pumpen 92 danner også kommunikasjon via en rørledning 96, med en avskummingsanordning 100 som befinner seg i tanken 50, og kan benyttes for å gjenvinne overflateolje i det oljeholdige vann i tanken. Slik gjenvunnet olje pumpes av pumpen 92 til utløpet 94.

Under normal drift pumper pumpen 60 oljeholdig vann fra tanken 50 gjennom anordningen 56, til den ene eller begge separatorgruppene 62, 64, slik at separert vann strømmer ut fra det ene eller begge av rørene 68, 70 og således passerer gjennom struperne 72, 74 til røret 76 og deretter gjennom ventilen 80 til utløpet 82, idet ventilen 80 i dette tilfelle er i en slik tilstand at den muliggjør gjennomstrømning fra røret 76 i ut-løpet 82 og hindrer strømning fra røret 76 til røret 84. Separert olje strømmer langs røret 90 til utløpet 94.

Ventilen 80 kan reguleres elektrisk ved styring fra en styre-krets 102. Kretsen 102 mottar signal fra en elektronisk føle-anordning 104 for oljeinnholdet, anordnet i et grenrør 76a, gjennom hvilket en liten andel av strømningen gjennom røret 76 strømmer. Styrekretsen 102 virker, avhengig av målte indika-sjoner fra anordningen 104 for oljeinnholdet i vannet som strømmer gjennom røret 76, til enten å regulere ventilen 80 slik som beskrevet for normal drift eller å regulere ventilen for å lede strømningen fra røret 76 gjennom ventilen 80 og gjennom røret 84, tilbake til tanken 50, slik at vann retur-neres til tanken for videre separasjon i tilfelle det målte oljeinnhold overstiger et bestemt nivå.

Anordningen 56 omfatter to grenrør 110, 112 som hvert for-løper fra et innløp 56a til anordningen, til et utløp 56b til anordningen. Ventiler 116, 118 er anordnet i innløpet 56a og utløpet 56b, og den ene er selektivt regulerbar slik at strømning fra røret 54 til røret 58 gjennom anordningen 56 enten skjer gjennom grenrøret 110, slik som vist i fig. 1, eller alternativt skjer gjennom grenrøret 112 . Det grenrør som det ikke skjer noen slik strømning gjennom i et gitt tidsrom er isolert fra gjennomstrømningen av oljeholdig vann fra røret 54 via ventilene 116, 118. Hvert grenrør har et filter-element, slik som en duk 120, anordnet for å filtrere forurensninger fra det oljeholdige vann som tilføres anordningen, slik at slike forurensninger ikke føres til pumpen 60. Gren-rørene 110, 112 har hvert et par åpninger 122, 124, anordnet på motsatte sider av det tilhørende filter 120. Disse åpninger fører til styreventiler 130, 132. Det av rørene 110, 112 som i et gitt tidsrom benyttes for å bevirke overføring av oljeholdig vann fra røret 54 til røret 58 har sine åpninger 122, 124 lukket ved tilsvarende regulering av ventilen 130, 132. Det annet av grenrørene 112, 114 kan imidlertid bringes i kommunikasjon via de respektive ventiler 130, 132 med et tilhørende utløpsrør 134 for strømningen, eller et tilhørende innløpsrør 136 for strømningen. Ved tilførsel av fluid slik som vann til dette rør 136 kan strømning således skje gjennom den tilhørende ventil 132 og åpning 124 inn i røret 110 eller 112 på nedstrømnssiden av filteret 120, for å føres gjennom filteret for å avsette oppsamlede forurensninger på filteret ved strømning av fluidet tilbake gjennom den tilhørende åpning 122, ventilen 130 og røret 134.

Gruppene 62, 64 omfatter flere separatorer 10 som har den form som er vist i fig. 2. Det kan være hvilket som helst antall slike separatorer anordnet i serie eller parallelt, eller i serie og parallelt. Til bruk i denne forklaring antas det imidlertid at hver gruppe bare omfatter to parallelle separatorer .

Separatoren 10 vist i fig. 2 har et separeringskammer 25, med et første, annet og tredje sylindrisk parti 12, 14 og 16, som er anordnet koaksialt i den nevnte rekkefølge. Disse sylindriske partier ligner generelt det tilsvarende første, annet og tredje sylindriske parti i separeringskammeret til den syklonseparator som er beskrevet i US-PS 4.237.006, og beskrivelsen av denne inntas herved i den foreliggende beskriv else og utgjør en del av denne. Nærmere bestemt har det første sylindriske parti 12 to tilhørende tilførselsrør 26, 28, og disse er anordnet for tilførsel tangentialt inn i det sylindriske parti 12 via innløpsåpningene, av hvilket bare en åpning, nemlig åpningen 30 som tilhører røret 26, er synlig på tegningen . De to innløpsåpningene for tilførsel er anordnet diametralt i forhold til hverandre og befinner seg nær den ende av partiet 12 som er fjernest fra partiet 14. Den ende av partiet 12 som er fjernest fra partiet 14 har også en sirkelformet utløpsåpning 32 som fører til et overløps-utløpsrør 34.

Det sylindriske parti 12 er forbundet med det sylindriske parti 14 via en del 12a av separatoren, hvilken del 12a smalner av mot det andre sylindriske partiet 14. Som forklart i US-PS 4.237.006 er imidlertid et slikt avsmalnende parti ikke vesentlig.

Det annet sylindriske parti 14 er konisk i hele sin lengde, og smalner av fra en diameter ved den ende som er inntil delen 12a som er lik diameteren til delen 12a ved overgangen mellom delen 12a og partiet 14, til en noe mindre dimensjon ved den motsatte ende. Det sylindriske partiet 16 har en konstant diameter som er lik den minste diameter til partiet 14.

På tegningen kan lengden 1^til partiet 12, diameteren d^, konusvinkelén oi til delen 12a, den indre diameter dQ

til utløpsrøret 34, lengden og diameteren 1^, & 2 til ^et annet parti 14, konusvinkelén fø til det annet parti 14 og lengden 1^og diameteren d^ til det tredje sylindriske parti, samt det samlede areal A^ til de to innløpsåpningene 30, velges i samsvar med de parametere som er nevnt i US-PS 4.236.006. Dette er imidlertid ikke vesentlig. For eksempel trenger utløpsdiameteren dQ ikke å være begrenset til de grenser som er beskrevet i nevnte US-PS. Forskjellige brukbare utforminger og dimensjoner for overløps-utløpet 34 er beskrevet i beskrivelsen til australsk patentansøkning

25045/84 med tittelen "Forbedret utløp for syklonseparatorer".

I det ovenfor beskrevne, eksempelvise tilfelle der de to grupper 62, 64 hver omfatter to parallelt koblede separatorer 10, er begge tilførselsrørene 26, 28 til separatorene i gruppen 62 koblet for å tilføres oljeholdig vann fra røret 61, mens de for separatorene i gruppen 64 er tilkoblet for å tilføres oljeholdig vann fra røret 63. Overløpsutløpet 34 for de to separatorene i gruppen 62 og til de to separatorene i gruppen 64 er koblet direkte til røret 90. Utløpene 23 fra det tredje sylindriske parti 16 i separatorene 10 i gruppen 64 er koblet, som vist i fig. 3, til røret 68, mens de for separatorene i gruppen 64 er koblet til røret 70 på analog måte som det som er vist i fig. 3.

Struperne 72, 74 er identiske, og en følgende beskrivelse av struperen 72 gjelder begge.

Under særlig henvisning til fig. 3 omfatter struperen 72 et rør 160 med fleksibel vegg, som er ført inn i røret 68 slik at væske som tilføres enden av røret 68 ved innløpsenden av dette passerer gjennom røret 160 når den strømmer til ventilen 80. Struperen 72 omfatter også to motstående elementer 164, 166, en på hver side av røret 160. Elementet 164 er festet, men elementet 166 kan beveges mot og bort fra elementet 64, idet det er tilkoblet et stempel 170a til en solenoid 170. Solenoiden 170 drives ved styring fra styrekretsen 102, for å variere stillingen til elementet 166 i forhold til elementet 164. På den ene side kan elementet 166 beveges til en stilling der det er nær inntil elementet 164, for å klemme sammen veggen til røret 160 mellom elementene 164 og 166 for å bevirke en vesentlig innsnevring i tverrsnittsarealet til røret 160, for derved å bevirke en vesentlig begrensning av strømmen gjennom røret 68. På den annen side kan elementet 166 beveges under styring fra kretsen 102, til en stilling lenger bort fra elementet 164, for derved å bevirke en mindre grad av sammen-klemning av røret 160 mellom elementene, for derved å

bevirke mindre motstand mot væskestrøm gjennom røret 68.

I tillegg til å styre struperne 72, 74, bevirker styrekretsen 102 også styring av pumpen 60 og ventilen 66. Hva pumpen 60 angår virker kretsen 102 til å variere pumpevirkningen til pumpen 60. Hva ventilen 66 angår virker kretsen 102 til å styre ventilen enten til den tidligere tilstand der strøm-ning muliggjøres bare gjennom røret 61, idet røret 63 er stengt, eller til den nevnte tilstand der væskestrøm fra pumpen 60 kan skje via røret 61, 63 til begge gruppene 62, 64.

Styringen av pumpen 60, ventilen 66 og struperne 72, 74 ut-føres i henhold til de signaler som kommer fra fire følere 180, 182, 184, 186 anordnet i forskjellige høyder A, B, C og D i tanken 50. Føleren 180 er lavest og reagerer på fukting med væske i tanken 50, når væsken stiger til nivået til føleren 180, for å gi et signal til styrekretsen 102 som indikerer at nivået til væsken i tanken er steget fra et nivå under føleren til nivået for føleren. Likeledes gir følerne 182, 184, 186 signalinformasjon som indikerer når væskenivået er steget fra områder under disse følere til stadig høyere nivåer B, C og D.

Generelt kan styrekretsen 102 virke til å åpne ventilen 66 og tillate strømning til begge separatorgruppene 62, 64 under tilstander der det er høyt væskeinnhold i tanken 50, og til å lukke ventilen slik at bare gruppen 62 er i drift når det er lavt nivå av væske i denne. Styrekretsen 102 kan også generelt virke til å øke arbeidshastigheten til pumpen 60 og således leveringsgraden fra denne under en tilstand der det detekteres øket væskehøyde. Likeledes kan kretsen 102 virke til å styre struperne . 72, 74 for derved å minske strømningen gjennom rørene 68, 70 under tilstander der det er lavt nivå av væske i tanken 50 og til å øke den lave strømningsgrad der det er høyt nivå av væske i tanken 50.

Mens den nøyaktige form av styreforløpet vil variere i henhold til ønskede driftsparametere og utformingsparametere slik som antall grupper av separatorer og antallet og typen av sammenkoblinger av separatorer i gruppene, er den følgende styring av driften funnet tilfredsstillende i en eksperimen-tell installasjon:

1. Det avfølte nivå er under nivået A:

Pumpen 60 er ute av drift.

2. Det avfølte nivå er over nivået A, men under nivået B: Pumpen 60 arbeider med en hastighet Sl, ventilen 66 er stengt for tilførsel av oljeholdig vann bare til gruppen 62, og struperne 72, 74 er regulert til en tilstand for

maksimal begrensning av strømningen gjennom rørene 68, 70.

3. Det avfølte nivå er mellom nivåene B og C:

Pumpen 60 arbeider med hastighet 2 (Sl) med ventilen 66 og struperne 72, 74 i en tilstand som i det tilfelle der det

avfølte nivå er mellom nivåene A og B.

4. Det avfølte nivå er mellom nivåene C og D:

Pumpen 60 arbeider med hastighet 3 (Sl), ventilen 66 er åpen slik at det leveres oljeholdig vann til begge gruppene 62, 64, struperne 72, 74 er i en tilstand slik som i det tilfelle når det avfølte nivå er mellom

nivåene A og B.

5. Det avfølte nivå er over nivået D:

Pumpen 60 arbeider med hastighet 3 (Sl)), ventilen 66 er åpen og struperne 72, 74 er i en slik tilstand at det oppstår minimal strømning gjennom rørene 68, 70.

Således danner styrekretsen 102 sammen med følerne 180, 182, 184 og 186, struperne 68, 70, pumpen 60 og ventilen 66, en innretning for strømningsregulering som virker til å variere den volumetriske strømning gjennom gruppen 62 og/eller 64 i samsvar med den registrerte høyde av væske i tanken 50.

Som forklart mere detaljert i ansøkning PCT/AU83/00028 er det funnet at syklonseparatorer av den type som er vist i fig. 2 krever, for effektiv drift, at det må være anordnet midler for å begrense strømningen ved utløpene 23 til separatorene.

I det foreliggende tilfelle skjer strømningsbegrensningen med struperne 72, 74 og/eller om nødvendig ved å bevirke at tverrsnittarealet til røret 68 eller 70 i alle tilfeller er mindre enn det dobbelte av tverrsnittarealet til utløpene 23 til de to separatorene som det er koblet til. I tilfelle av at det er flere enn to parallelle separatorer i hver gruppe eller når det er seriekoblede separatorer i hver gruppe, kan imidlertid strømningsbegrensning oppnås med andre midler. For eksempel, når det er seriekoblede separatorer, kan hver separator som er umiddelbart nedstrøms for en oppstrøms beliggende separator selv gi tilstrekkelig strømningsbegrensning for den oppstrøms separator uten at særskilte midler for strømningsbegrensning er anordnet mellom disse. Hvis ikke kan det tas skritt for å oppnå slik strømningsbegrensning på hvilket som helst måte beskrevet i ansøkning PCT/AU83/00028.

Mens det beskrevne arrangement er beskrevet under henvisning til et arrangement som benytter fire følere for å avføle fire bestemte fyllingsnivåer i tanken 50, kan det selvfølgelig tilpasses til arrangmenter der flere eller færre enn fire slike trinn er adskilt. Likeledes, selv om bare to separatorgrup-per 62, 64 er anordnet i den beskrevne innretning, kan oppfinnelsen enkelt tilpasses arrangementer der det er flere enn to slike grupper.

Det foretrekkes at pumpen 60 er av en type for positiv for-trengning slik at strømningsgraden kan variere nøyaktig ved å variere arbeidshastigheten til pumpen, selv om dette ikke er helt avgjørende. Nærmere bestemt foretrekker jeg å benytte en stempelpumpe. De beskrevne midler for å variere innsnevringen som dannes av struperne 72, 74, kan også varieres . I prin-sippet kan det anordnes hvilke som helst midler for å variere det effektive tverrsnittsareal for strømningen gjennom rørene 68, 70, slik som ved bruk av nålventiler eller lignende.

Følerne 180, 182, 184 og 186 kan omfatte konvensjonelle, elek-troniske avføleranordninger som virker ved å variere den elek triske tilstand, slik som ledningsevnen, når de utsettes for kontakt med væske. Styrekretsen 102 kan likeledes være av konvensjonell type og ha en logisk krets som reagerer på den særskilte kombinasjon av de av følerne 180, 182, 184 og 186 som aktiveres, for å bevirke ønskede kombinasjoner av pumpe-hastighet og strupevirkning og å styre ventilen 66. Ventilen 66 kan være en konvensjonell solenoidventil. Kretsen 102 kan styre solenoiden 170 ved å frembringe variabel spenning til viklingene til denne, for å variere kraften som utøves av stempelet 170a mot et fjærende, kraftgivende element, slik som en fjær, hvorved forlengelsen av stempelet er proporsjonal med den tilførte spenning. Føleren 104 kan også omfatte en konvensjonell elektronisk føler som er i stand til å variere sin elektriske tilstand ved overskridelse av et forut bestemt oljenivå ved at væske kommer i kontakt med føleren. Ventilen 80 kan være en konvensjonell solenoid ventil.

Den beskrevne konstruksjon er presentert bare ved hjelp av en forklaring, og mange modifikasjoner kan gjøres uten å avvike fra oppfinnelsens ide og omfang, slik som definert i de etter-følgende krav.

Claims (7)

1. Innretning for væskeseparering omfattende en beholder for væske som skal separeres, og flere væskeseparatorer, idet midler for regulering er anordnet for å bevirke selektiv variasjon av strømningsgraden gjennom separatorene i samsvar med væsken i beholderen.

2. Innretning for væskeseparering som angitt i krav 1, idet midlene for regulering omfatter avfølermidler for å avføle væskenivået, for derved å øke strømningsgraden når nivået øker .

3. Innretning for væskeseparering som angitt i krav 2, idet avfølermidlene omfatter flere følere på forskjellige steder i beholderen.

4. Innretning for væskeseparering som angitt i krav 3, idet innretningen omfatter en pumpe for å pumpe væske fra beholderen til separatorene, og midlene for regulering virker til å variere pumpingen til pumpen, for å øke pumpingen ved økning av nivået, når dette detekteres av følerne.

5. Innretning for væskeseparering som angitt i krav 4, omfattende ventiler mellom pumpen og separatorene, idet midlene for regulering virker til å bevirke variasjon av strømningsgraden ved å styre det antall separatorer som væske pumpes til fra pumpen.

6. Innretning for væskeseparering som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, idet midlene for regulering omfatter midler for variabel innsnevring, hvilket kan benyttes til selektivt å variere den innsnevring som strømningen fra en eller flere av separatorene utsettes for, for å bevirke den nevnte variasjon.

7. Innretning for væskeseparering som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, idet separatorene omfatter syklonseparatorer.