WO2011022791A1 - Hidrociclone para separação de fluidos - Google Patents
Hidrociclone para separação de fluidos Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011022791A1 WO2011022791A1 PCT/BR2009/000265 BR2009000265W WO2011022791A1 WO 2011022791 A1 WO2011022791 A1 WO 2011022791A1 BR 2009000265 W BR2009000265 W BR 2009000265W WO 2011022791 A1 WO2011022791 A1 WO 2011022791A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- flange
- hydrocyclone
- fluid
- section
- outlet
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 23
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 26
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012455 biphasic mixture Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
- B01D17/0217—Separation of non-miscible liquids by centrifugal force
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
- B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
- B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
- B04C5/04—Tangential inlets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
- B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
- B04C5/08—Vortex chamber constructions
- B04C5/081—Shapes or dimensions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
- B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
- B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
- B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow
Definitions
- the present invention is in the field of fluid separation equipment having more than one phase, more particularly production fluids in oil producing wells. More specifically, the fluid in question is biphasic and substantially composed of oil and water.
- a typical configuration for this type of equipment comprises a relatively long and thin tank with an inlet conduit located at the top of one end through which the biphasic mixture enters a continuous stream.
- the phases separate due to the difference in their specific gravities and upon reaching the other end of the tank these phases are removed as follows: the light phase by a first outlet pipe at the top the heavy phase by a second outlet pipe at the bottom of the tank.
- Gravitational separators are also not suitable for use in a subsea separation operation in water. deep. Due to the very high external pressure, the hulls of these tanks would have to be very thick, which creates problems in construction and installation due to the very heavy weight the equipment would have.
- Hydrocyclones are separation equipment originally designed for solid / liquid type separations, however they have been applied in different branches of industry and have been shown to be efficient in many applications where liquid / liquid separation is required.
- the general principle of operation of a hydrocyclone is the application of a high speed to the two mixed substances in order to separate them due to the difference in value between their specific gravities.
- hydrocyclones In order for the speed and centrifugal force required for the separation of two substances to be produced, traditional hydrocyclones utilize a fluid inlet opening tangential to the circular section of the substantially conical profile of the hydrocyclone body.
- This type of tangential feed acts virtually like a jet of fluid that is thrown against a curved wall. Upon completing a first revolution in velocity, this fluid again encounters the incoming stream and causes very strong turbulence that results in phase dispersion, which becomes more severe as the fluid flow has a high oil phase content.
- the region aligned with the longitudinal axis of a hydrocyclone is commonly called the central nucleus. It is within this central core that the The lighter separated phase builds up and needs to be stabilized very quickly as its outlet is on the same side and near the fluid inlet to be separated.
- Hydrocyclones are more compact equipment than conventional gravity separators, have low weight, contain no moving parts, have low maintenance cost and are capable of high efficiency.
- hydrocyclones make them one of the preferred equipment for seabed separation operations, mainly because they can be packed inside small diameter vessels that require smaller wall thickness.
- US 5,637,234 - discloses an apparatus and method for separating a mixture of fluids having different specific gravities, such as oil and water.
- the method comprises separating the mixture into different streams and discharging the multiple streams within a vessel below the water surface and directing the multiple streams against baffle plates having a vertical surface within the vessel and thereby increasing the rates at which the fluids could separate.
- the separator comprises a vessel, a baffle plate having a vertical surface within the vessel, an inlet for dispensing the fluid mixture within the vessel, a dispensing means connected to this inlet for separating the mixture into multiple streams, and a point for discharging.
- heaviest fluid located below the surface of the heaviest fluid, usually water, and against the baffle plate.
- the heaviest fluid is maintained at a certain level by means of a separating plate located behind the deflecting plate. Light fluid is drained directly above the surface of the heavy fluid while heavy fluid can be drawn from the bottom of the vessel behind the baffle plate.
- US 6,968,901 discloses a method and means for processing an oil production where it is necessary to install the equipment on which the process will be carried out on floating structures subjected to the movements. induced by waves. More particularly, the invention states as an advantage over the horizontal processing vessels of the art, the use of vertical cylindrical vessels that include internal structures that force the fluid into a flow path. horizontal, but with very little interference due to the swinging movements of the floating structure, and taking up less space.
- US 6,409,808 discloses a gravity separating apparatus including within it a vessel in which a mixture containing oil and water can be severely separated to form discrete layers of oil and Water.
- the vessel has an internal assembly that includes a cyclone type separator for separating the fluid inlet stream into a gas phase and a liquid phase, and where the liquid phase is conducted, after the cyclone, to a gravity separator vessel region above the water layer.
- Hydrocyclones generally comprise a first cylindrical portion with one lower open end and one upper closed end. At the closed end there is a fluid overflow port aligned with the longitudinal axis of the hydrocyclone and associated with this outlet is a movable member in circular plate conformation with several holes in diameters progressively smaller than the diameter of the outlet port. This plate can be moved, either manually or by a motor and gears, so that each hole can be axially aligned with the outlet hole.
- the separator further includes at least two balanced fluid injection radial inlets in this cylindrical portion adjacent the closed end.
- a second tapered converging section with open ends is axially connected to the open end of the first section and a third tapered converging section is axially connected to the second section, followed by a fourth section axially connected to the third section.
- the separator preferably utilizes two, three or four radially balanced fluid inlets. These inlets are tangentially mounted to rapidly vortex, resulting in reduced turbulence and energy loss flow stability, and improved separation efficiency.
- the technique resembles a hydrocyclone-type equipment which can have high, medium and low oil-flow fluid stream processing capabilities without the drawbacks of conventional cyclones in terms of design, which is dependent on the characteristics of the flow current. fluid that will be separated in relation to the proportion of its constituents and the presence of regions where localized pressure losses can cause deformation and rupture of the dispersed phase globules.
- the object of the present invention is achieved by the embodiment of a hydrocyclone type separator which has small dimensions with high fluid processing capacity due to constructive features introduced into the feed, overflow and lower outlet ( underflow).
- the feed has a configuration comprising two equal diametrically opposed and curved channels where the cross-sectional area decreases gradually to smoothly accelerate the biphasic fluid stream, considerably minimizing pressure losses located in the inlet section.
- the hydrocyclone equipment of the present invention is additionally equipped with a valve adapted to the lower outlet to allow continuous variation of this outlet orifice, and thus to ensure an outlet flow through the orifice. overflow even under conditions where pressures in this region are low.
- Figure 1 is a representation of a first embodiment of a hydrocyclone according to the present invention suitable for high oil or medium oil fluid flow separation.
- Figures 2A and 2B are representations of the feed head of the present invention, respectively in a perspective view and a top view.
- Figure 3 is a representation of a first light phase outlet gauge suitable for high oil or medium oil fluid flow.
- Figure 4 is a representation of a second embodiment of a hydrocyclone according to the present invention for low oil fluid flow separation.
- Figure 5 is a representation of a first light phase outlet gauge suitable for low oil fluid flow.
- the present invention relates to a hydrocyclone-type separator equipment which is small in size and has high fluid processing capacity due to constructive features introduced into the feed, overflow and underflow.
- the hydrocyclone object of the present invention can be observed from
- Figure 1 in one embodiment serving high oil and medium oil fluid streams, and it may be noted that it comprises:
- hydrocyclone of the present invention for low oil fluid stream has the same components as the previous embodiment and additionally comprises:
- a second light-phase output gauge (6) in the form of an exchangeable part having a substantially rectangular base (61) with a hollow central cylindrical extension (62) in a plurality of different diameters, shown in a possible embodiment suggested in Figure 5, wherein the cylindrical extension (62) has a compatible outer diameter (63) to be inserted into the hole.
- light phase output (13) overflow
- a needle valve (7) connected by a seventh flange (71) to the sixth flange (52) of the final cylindrical section (5), has manual adjustment and serves to restrict the heavier phase outlet flow to adjust the operating point of greater efficiency for the hydrocyclone and becomes the new underflow (72).
- the equal, diametrically opposed and curved channels (18) of the feed head (16) promote a lower rate of dispersed phase droplet breakdown by decreasing turbulent kinetic energy, turbulent dissipation and shear stress values.
- adjusting the needle valve (7) ensures a light phase output flow, even when maintenance of high intensity centrifugal fields with pressure at this pressure is required. very low overflow region, which may cause a backflow overflow.
- the main concept underlying the present invention is a hydrocyclone-type separator equipment which has small size and high fluid processing capacity due to constructive features introduced into the feed, in overflow and underflow, it remains preserved for its innovative character, where those usually skilled in the art can glimpse and practice variations, appropriate modifications, alterations, adaptations and equivalents to the working environment in question, without, however, departing from the scope and scope of the present invention, which are represented by the following claims.
Abstract
É relatado na presente invenção um separador tipo hidrociclone que apresenta pequenas dimensões e possui alta capacidade de processamento de fluido devido a características construtivas introduzidas na alimentação, no orificio de saída superior (overflow) e no orificio de saída inferior (underflow). A alimentação apresenta uma configuração que compreende dois canais (18) iguais diametralmente opostos e curvos onde a área de seção transversal diminui gradativamente de modo a acelerar de forma suave a corrente de fluido bifásico. A possibilidade de adaptação de peças intercambiáveis (2, 6) no orificio de saída superior (13) permite a mudança do diâmetro deste orificio de saída e, desta forma, altera as características hidrodinâmicas do equipamento e amplia a capacidade de um mesmo equipamento atingir faixas operacionais adequadas a fluxo de fluidos que apresentem alto teor de όleo, médio teor de όleo e baixo teor de όleo. A presença de uma válvula de ajuste contínuo da área do oriffcio da saída inferior (7) permite ampliar a faixa operacional do hidrociclone, mesmo em condições de elevada perda de carga e contrapressão na saída superior, onde haveria têndencia de refluxo nessa saída.
Description
HIDROCICLONE PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDOS
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção encontra-se no campo dos equipamentos para a separação de fluidos que apresentem mais de uma fase, mais particularmente, fluidos de produção em poços produtores de petróleo. Mais especificamente, o fluido em questão é bifásico e substancialmente composto por óleo e água.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A forma mais convencional para realizar o processamento primário de correntes bifásicas e com elevados teores de óleo envolve a passagem desta corrente por equipamentos chamados de separadores gravitacionais.
Uma configuração típica para este tipo de equipamento compreende um tanque relativamente longo e fino, com uma canalização de entrada localizada na parte superior de uma de suas extremidades pela qual a mistura bifásica entra em um fluxo contínuo. Ao longo do percurso pelo comprimento do tanque as fases separam-se devido à diferença de suas gravidades específicas e, ao chegar à outra extremidade do tanque, estas fases são retiradas da seguinte forma: a fase leve por uma primeira canalização de saída na parte superior do tanque e, a fase pesada, por uma segunda canalização de saída na parte inferior do tanque.
Para um caso onde haja necessidade de processamento de óleos pesados, estes equipamentos para serem eficientes, precisam ter grandes dimensões, e ocupam grandes espaços que poderiam ser mais bem aproveitados por outros implementos. Para o caso de exploração de petróleo no oceano, a situação se agrava diante do espaço relativamente pequeno dos conveses das unidades flutuantes de produção, o que pode trazer risco de uma possível sobrecarga.
Os separadores gravitacionais também não são adequados para utilização em uma operação de separação submarina em águas
profundas. Devido à pressão externa muito elevada, os cascos desses tanques precisariam ter uma espessura muito grande, o que gera problemas quanto à construção e instalação devido ao peso muito grande que o equipamento teria.
Os hidrociclones são equipamentos de separação originalmente designados para separações do tipo sólido/líquido, no entanto têm sido aplicados em diferentes ramos da indústria e têm se mostrado eficientes em muitas aplicações em que é requerida a separação líquido/líquido.
O princípio geral de funcionamento de um hidrociclone é a aplicação de uma alta velocidade às duas substâncias misturadas de forma a separá-las em virtude da diferença de valor entre suas gravidades específicas.
Em termos de configuração do equipamento, este recai geralmente em um perfil substancialmente cónico, de pequeno diâmetro em uma extremidade de entrada de fluido, afunilando até uma extremidade de saída da fase pesada separada, de diâmetro ainda menor. O perfil substancialmente cónico a alimentação tangencial à parede são os responsáveis por providenciar as velocidades necessárias à separação.
Para que a velocidade e a força centrífuga necessárias para a separação de duas substâncias sejam produzidas, os hidrociclones tradicionais utilizam uma abertura de entrada de fluido tangencial à seção circular do perfil substancialmente cónico do corpo do hidrociclone.
Este tipo de alimentação tangencial atua, praticamente, como um jato de fluido que é lançado contra uma parede curva. Ao completar uma primeira volta em velocidade, este fluido encontra novamente a corrente de entrada e provoca uma turbulência muito forte que resulta em dispersão de fases, a qual se torna mais grave à medida que o fluxo de fluido apresenta grande teor de fase oleosa.
A região alinhada ao eixo longitudinal de um hidrociclone é chamada comumente de núcleo central. É pelo interior deste núcleo central que a
fase separada mais leve se acumula, e necessita ser estabilizada de uma forma muito rápida já que sua saída fica do mesmo lado e próxima à entrada de fluido a ser separado.
Para que isso ocorra é necessário criar um movimento espiralado de alta velocidade. É a conversão da pressão de alimentação em energia cinética de rotação que governa a eficiência de um hidrociclone. Quanto maior essa conversão, ou seja, quanto maior a perda de pressão do fluido pelo interior do hidrociclone, maior sua eficiência. Por outro lado devem ser minimizadas as perdas de pressão localizadas, que gerem turbulência e, em consequência, mistura das fases separadas.
Os hidrociclones são equipamentos mais compactos que os separadores por gravidade convencionais, têm baixo peso, não contêm partes móveis, apresentam baixo custo de manutenção e são capazes de apresentar grande eficiência.
Adicionalmente, apresentam flexibilidade de instalação que pode ser no convés de uma unidade de produção flutuante ou como equipamento de processamento submarino.
As características de dimensões e simplicidade operacional dos hidrociclones fazem com que eles sejam um dos equipamentos preferidos para operações de separação em condições de fundo do mar, principalmente porque podem ser acondicionados no interior de vasos de pequeno diâmetro que requerem menor espessura de parede.
Os hidrociclones tradicionais que são utilizados em produção de petróleo, no entanto, encontram-se dimensionados para processamento de águas oleosas onde os teores de óleo são inferiores a 0,2%.
A maior dificuldade dos ciclones convencionais, em termos de projeto, é a dependência das características da corrente de fluido que será separada, em relação à proporção de seus constituintes.
TÉCNICA RELACIONADA
Existem vários documentos que podem servir de exemplo do
desenvolvimento da técnica de separação de uma mistura de fluidos cujos constituintes podem ser separados em fases distintas por estas últimas apresentarem gravidades específicas diferentes.
O documento US 5,637,234 - (Edwin D. McCasland), aqui inserido por referência, apresenta um equipamento e um método para separação de uma mistura de fluidos que possuem diferentes gravidades específicas, como por exemplo, óleo e água. O método compreende separar a mistura em diferentes correntes e descarregar as múltiplas correntes no interior de um vaso abaixo da superfície da água e dirigir as múltiplas correntes contra placas defletoras tendo uma superfície vertical no interior do vaso e, deste modo, aumentando as taxas nas quais os fluidos poderiam se separar. O separador compreende um vaso, uma placa defletora tendo uma superfície vertical dentro do vaso, uma entrada para distribuir a mistura de fluidos dentro do vaso, um meio de distribuição conectado a esta entrada para separação da mistura em múltiplas correntes, e um ponto para descarregar essas múltiplas correntes, localizado abaixo da superfície do fluido mais pesado, geralmente água, e contra a placa defletora. O fluido mais pesado é mantido em um determinado nível por meio de uma placa separadora situada atrás da placa defletora. O fluido leve é retirado por um dreno diretamente acima da superfície do fluido pesado enquanto que o fluido pesado pode ser retirado pelo fundo do vaso atrás da placa defletora.
O documento US 6,968,901 (Jerry M. Edmondson), aqui inserido por referência, apresenta um método e meios para processamento de uma produção de óleo onde é necessário instalar os equipamentos, nos quais o processo será levado a cabo, sobre estruturas flutuantes sujeitas aos movimentos induzidos por ondas. Mais particularmente, a invenção declara como vantagem em comparação a vasos de processamento horizontais da técnica, o uso de vasos cilíndricos verticais que incluem estruturas internas que obrigam ao fluido a um caminho de fluxo
horizontal, mas com muito pouca interferência devida aos movimentos de balanço da estrutura flutuante, e ocupando menos espaço.
O documento US 6,409,808 (Neville Paul Chamberlain e outros), aqui inserido por referência, apresenta um equipamento separador por gravidade incluindo em seu interior um vaso no qual uma mistura contendo óleo e água pode ser separada por gravidade para formar camadas discretas de óleo e de água. O vaso tem uma montagem interna que inclui um separador do tipo ciclone para separar a corrente de entrada de fluido em uma fase gás e uma fase líquida, e onde a fase líquida é conduzida, após o ciclone, a uma região do vaso separador por gravidade acima da camada de água.
O documento US 5,858,237 (Khalid A. Hashmi e outros) aqui inserido por referência, apresenta um separador do tipo hidrociclone para separação de fluidos imiscíveis e remoção de sólidos suspensos. Hidrociclones compreendem geralmente uma primeira porção cilíndrica com uma extremidade aberta inferior e outra fechada superior. Na extremidade fechada existe um orifício de saída (overflow) de fluido alinhado ao eixo longitudinal do hidrociclone e, associado a essa saída é montado um membro móvel em conformação de placa circular com vários furos em diâmetros progressivamente menores que o diâmetro do orifício de saída. Essa placa pode ser movida, manualmente ou por um motor e engrenagens, de modo que cada furo possa ser alinhado axialmente com o orifício de saída. O separador ainda inclui pelo menos duas entradas radiais balanceadas de injeção de fluido nesta porção cilíndrica adjacente à extremidade fechada. Uma segunda seção convergente e afilada com as extremidades abertas é conectada axialmente à extremidade aberta da primeira seção e uma terceira seção também convergente e afilada é conectada axialmente à segunda seção, seguida de uma quarta seção axialmente conectada à terceira seção. O separador preferencialmente utiliza duas, três ou quatro entradas de fluido radialmente balanceadas.
Essas entradas são tangencialmente montadas de forma a promover rapidamente um vórtex gerando uma estabilidade de fluxo com reduzida turbulência e perda de energia, e uma eficiência de separação melhorada.
A técnica se ressente de um equipamento do tipo hidrociclone que possa apresentar capacidade de processamento de correntes de fluido com teores de óleo altos, médios e baixos sem apresentar os inconvenientes dos ciclones convencionais em termos de projeto, que é a dependência das características da corrente de fluido que será separada, em relação à proporção de seus constituintes e a presença de regiões onde as perdas de carga localizada possam provocar deformação e ruptura dos glóbulos da fase dispersa.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É um objetivo da presente invenção um equipamento para a separação de fluidos que seja uma alternativa compacta aos separadores primários convencionais, principalmente no cenário de desenvolvimento de campos maduros, onde a produção de água atinge volumes consideráveis e requeiram soluções que possam ser de fácil e rápida implementação tanto em unidades que já existam quanto em sistemas submarinos.
O objetivo da presente invenção é alcançado por meio da concretização de um separador tipo hidrociclone que apresenta pequenas dimensões com alta capacidade de processamento de fluido devido a características construtivas introduzidas na alimentação, no orifício de saída superior (overflow) e no orifício de saída inferior (underflow).
A alimentação apresenta uma configuração que compreende dois canais iguais diametralmente opostos e curvos onde a área de seção transversal diminui gradativamente de modo a acelerar de forma suave a corrente de fluido bifásico, minimizando consideravelmente as perdas de pressão localizadas na seção de entrada.
A possibilidade de adaptação de peças intercambiáveis no orifício de saída superior permite a mudança do diâmetro deste orifício de saída e,
desta forma, alterar as características hidrodinâmicas do equipamento e ampliar a capacidade de um mesmo equipamento atingir faixas operacionais adequadas a fluxo de fluidos que apresentem alto teor de óleo, médio teor de óleo e baixo teor de óleo.
Em uma concretização adequada para processamento de baixos teores de óleo, o equipamento hidrociclone da presente invenção, adicionalmente é equipado com uma válvula adaptada à saída inferior para permitir uma variação contínua deste orifício de saída, e assim, assegurar um fluxo de saída pelo orifício de saída superior (overflow) mesmo em condições nas quais as pressões nesta região sejam baixas.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
As características do hidrociclone para separação de fluidos, objeto da presente invenção, serão mais bem percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir associada aos desenhos abaixo referenciados, a mero título de exemplo, os quais são parte integrante do presente relatório.
A Figura 1 é uma representação de uma primeira concretização de um hidrociclone, segundo a presente invenção, próprio para separação de fluxo de fluido com alto teor de óleo ou com médio teor de óleo.
As Figuras 2A e 2B são representações da cabeça de alimentação da presente invenção, respectivamente em uma vista em perspectiva e uma vista superior.
A Figura 3 é uma representação de um primeiro calibre de saída de fase leve próprio para fluxo de fluido com alto teor de óleo ou com médio teor de óleo.
A Figura 4 é uma representação de uma segunda concretização de um hidrociclone, segundo a presente invenção, próprio para separação de fluxo de fluido com baixo teor de óleo.
A Figura 5 é uma representação de um primeiro calibre de saída de fase leve próprio para fluxo de fluido com baixo teor de óleo.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A descrição detalhada do hidrociclone para separação de fluidos, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que o forma, com base nas Figuras acima descritas.
Refere-se a presente invenção a um equipamento separador tipo hidrociclone que apresenta pequenas dimensões e possui alta capacidade de processamento de fluido devido a características construtivas introduzidas na alimentação, no orifício de saída superior (overflow) e na saída inferior (underflow).
O hidrociclone objeto da presente invenção pode ser observado, na
Figura 1 , em uma concretização que serve para correntes de fluido com alto teor de óleo e médio teor de óleo, e pode ser notado que ele compreende:
- uma seção de alimentação (1) de fluido, substancialmente cilíndrica, com, pelo menos uma canalização de entrada de fluido (11) tangencial, que é fechada em sua superfície circular superior (12) e apresenta um orifício de saída de fase leve (13) (overflow) na região central, também parcialmente fechado em sua superfície circular inferior (14) onde, também na região central, apresenta um berço (15) para adaptação de um flange aloja em seu interior uma cabeça de alimentação (16) - apresentada em detalhes nas Figuras 2A e 2B - em formato de um anel cilíndrico de dimensões menores que a seção de alimentação (1), que define um espaço anelar entre a parede da seção de alimentação (1 ) e a superfície externa (17) desta cabeça de alimentação (16), e, pelo menos, dois canais (18) iguais, diametralmente opostos e curvos, os quais se estendem desde a superfície externa até a superfície interna (19) desta cabeça de alimentação (16) em direção ao centro desta última e onde a área de seção transversal destes canais (18) diminui gradativamente e serve para acelerar a corrente de fluido de forma suave e para introduzi-la no interior do hidrociclone;
- um primeiro calibre de saída de fase leve (2) sob a forma de peça intercambiável vazada (V) em uma pluralidade de diâmetros diferentes, que pode ser observado em uma possível concretização sugerida na Figura 3, apresenta um diâmetro externo (21) compatível para ser inserida no orifício de saída de fase leve (13) (overflow) e permite, a cada diâmetro, alterar as características hidrodinâmicas do hidrociclone e adequar a faixa de utilização do mesmo de acordo com a corrente de fluido;
- uma seção cónica aguda (3) com um primeiro flange (31) de diâmetro com abertura interna maior ligado ao berço (15) da seção de alimentação (1) e um segundo flange (32), de diâmetro com abertura interna menor, que serve para iniciar a formação do vórtex após a etapa de aceleração na cabeça de alimentação (1);
- pelo menos uma seção cónica suave (4) com um terceiro flange (41) de diâmetro com abertura interna maior ligado ao segundo flange (32) de diâmetro com abertura interna menor da seção cónica aguda (3) e um quarto flange (42) de diâmetro com abertura interna menor, de comprimento maior do que a seção cónica aguda que serve para continuar a propagação do vórtex e incrementar a separação tanto da fase mais pesada quanto da fase mais leve;
- uma seção cilíndrica final (5) com um quinto flange (51) ligado ao quarto flange (42) de diâmetro com abertura interna menor da seção cónica suave (4) e um sexto flange (52) de mesmo diâmetro de abertura interna que o quinto flange (51), que serve para concentrar a fase mais pesada a ser retirada pela saída inferior (53) (underflow).
Uma concretização do hidrociclone da presente invenção para correntes de fluido com baixo teor de óleo pode ser observado com o auxílio da Figura 4, possui os mesmos componentes da concretização anterior e, adicionalmente compreende:
- um segundo calibre de saída de fase leve (6) sob a forma de peça intercambiável que apresenta uma base (61) substancialmente retangular
com um prolongamento cilíndrico (62) central vazado (V) em uma pluralidade de diâmetros diferentes, mostrada em uma possível concretização sugerida na Figura 5, onde o prolongamento cilíndrico (62) tem um diâmetro externo (63) compatível para ser inserido no orifício de saída de fase leve (13) (overflow) e permite, a cada diâmetro, alterar as características hidrodinâmicas do hidrociclone e adequar a faixa de utilização do mesmo de acordo com a corrente de fluido;
- uma válvula de agulha (7) ligada por um sétimo flange (71) ao sexto flange (52) da seção cilíndrica final (5), tem ajuste manual e serve para restringir o fluxo de saída de fase mais pesada de forma a ajustar o ponto de operação de maior eficiência para o hidrociclone e passa a compor a nova saída inferior (72) (underflow).
Os canais (18) iguais, diametralmente opostos e curvos da cabeça de alimentação (16) promovem uma menor taxa de quebra de gotas de fase dispersa pela diminuição dos valores de energia cinética turbulenta, dissipação turbulenta e tensões de cisalhamento.
Para a concretização do hidrociclone destinado ao processamento de fluidos com baixo teor de óleo, o ajuste da válvula de agulha (7) assegura um fluxo de saída de fase leve, mesmo quando for necessária a manutenção de campos centrífugos de grande intensidade, com pressão nesta região de saída (saída superior - overflow) muito baixa, que pode ocasionar um fenómeno de refluxo pela saída superior.
Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma de realização preferida, o conceito principal que norteia a presente invenção que é um equipamento separador tipo hidrociclone que apresenta pequenas dimensões e com alta capacidade de processamento de fluido devido a características construtivas introduzidas na alimentação, no orifício de saída superior (overflow) e na saída inferior (underflow), se mantém preservado quanto ao seu caráter inovador, onde aqueles usualmente versados na técnica poderão vislumbrar e praticar variações,
modificações, alterações, adaptações e equivalentes cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho em questão, sem, contudo, se afastar da abrangência do espírito e escopo da presente invenção, que estão representados pelas reivindicações que se seguem.
Claims
REIVINDICAÇÕES
1- HIDROCICLONE PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDOS, caracterizado por ter a capacidade de processar fluidos com alto teor de óleo e médio teor de óleo e compreender:
- uma seção de alimentação (1) de fluido, substancialmente cilíndrica, com, pelo menos uma canalização de entrada de fluido (11) tangencial, que é fechada em sua superfície circular superior (12) e apresenta um orifício de saída de fase leve (13) na região central, também parcialmente fechado em sua superfície circular inferior (14) onde, também na região central, apresenta um berço (15) para adaptação de um flange, aloja em seu interior uma cabeça de alimentação (16) em formato de um anel cilíndrico de dimensões menores que a seção de alimentação (1), que define um espaço anelar entre a parede da seção de alimentação (1 ) e a superfície externa (17) desta cabeça de alimentação (16), e, pelo menos, dois canais (18) iguais, diametralmente opostos e curvos, os quais se estendem desde a superfície externa até a superfície interna (19) desta cabeça de alimentação (16) em direção ao centro desta última e onde a área de seção transversal destes canais (18) diminui gradativamente e serve para acelerar a corrente de fluido de forma suave e para introduzi-la no interior do hidrociclone;
- um primeiro calibre de saída de fase leve (2) sob a forma de peça intercambiável vazada (V) em uma pluralidade de diâmetros diferentes, apresenta um diâmetro externo (21) compatível para ser inserida no orifício de saída de fase leve (13) e permite, a cada diâmetro, alterar as características hidrodinâmicas do hidrociclone e adequar a faixa de utilização do mesmo de acordo com a corrente de fluido;
- uma seção cónica aguda (3) com um primeiro flange (31) de diâmetro com abertura interna maior ligado ao berço (15) da seção de alimentação (1 ) e um segundo flange (32), de diâmetro com abertura interna menor, que serve para iniciar a formação do vórtex após a etapa de aceleração na
cabeça de alimentação (1);
- pelo menos uma seção cónica suave (4) com um terceiro flange (41) de diâmetro com abertura interna maior ligado ao segundo flange (32) de diâmetro com abertura interna menor da seção cónica aguda (3) e um quarto flange (42) de diâmetro com abertura interna menor, de comprimento maior do que a seção cónica aguda, que serve para continuar a propagação do vórtex e incrementar a separação tanto da fase mais pesada quanto da fase mais leve;
- uma seção cilíndrica final (5) com um quinto flange (51) ligado ao quarto flange (42) de diâmetro com abertura interna menor da seção cónica suave (4) e um sexto flange (52) de mesmo diâmetro de abertura interna que o quinto flange (51), que serve para concentrar a fase mais pesada a ser retirada pela saída inferior (53).
2- HIDROCICLONE PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDOS, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por ter a capacidade de processar fluidos com baixo teor de óleo adicionalmente compreender:
- um segundo calibre de saída de fase leve (6) sob a forma de peça intercambiávei que apresenta uma base (61) substancialmente retangular com um prolongamento cilíndrico (62) central vazado (V) em uma pluralidade de diâmetros diferentes, onde o prolongamento cilíndrico (62) tem um diâmetro externo (63) compatível para ser inserido no orifício de saída de fase leve (13) e permite, a cada diâmetro, alterar as características hidrodinâmicas do hidrociclone e adequar a faixa de utilização do mesmo de acordo com a corrente de fluido;
- uma válvula de agulha (7) ligada por um sétimo flange (71) ao sexto flange (52) da seção cilíndrica final (5), tem ajuste manual e serve para restringir o fluxo de saída de fase mais pesada de forma a ajustar o ponto de operação de maior eficiência para o hidrociclone e passa a compor a nova saída inferior (72).
3- HIDROCICLONE PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDOS, de acordo com
as reivindicações 1 e 2, caracterizado por os canais (18) iguais, diametralmente opostos e curvos da cabeça de alimentação (16) promoverem uma menor taxa de quebra de gotas de fase dispersa pela diminuição dos valores de energia cinética turbulenta, dissipação turbulenta e tensões de cisalhamento.
4- HIDROCICLONE PARA SEPARAÇÃO DE FLUIDOS, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o ajuste da válvula de agulha (7) assegurar um fluxo de saída de fase leve, mesmo quando for necessária a manutenção de campos centrífugos de grande intensidade.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/BR2009/000265 WO2011022791A1 (pt) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | Hidrociclone para separação de fluidos |
| US13/383,496 US8911635B2 (en) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | Hydrocyclone for the separation of fluids |
| BRPI0924852-8A BRPI0924852B1 (pt) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | Hidrociclone para separação de fluidos |
| CN2009801611457A CN102481587A (zh) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | 用于流体分离的旋流分离器 |
| EP09848587.3A EP2474364B1 (en) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | Fluid separation hydrocyclone |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/BR2009/000265 WO2011022791A1 (pt) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | Hidrociclone para separação de fluidos |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2011022791A1 true WO2011022791A1 (pt) | 2011-03-03 |
Family
ID=43627095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/BR2009/000265 WO2011022791A1 (pt) | 2009-08-31 | 2009-08-31 | Hidrociclone para separação de fluidos |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8911635B2 (pt) |
| EP (1) | EP2474364B1 (pt) |
| CN (1) | CN102481587A (pt) |
| BR (1) | BRPI0924852B1 (pt) |
| WO (1) | WO2011022791A1 (pt) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102251766A (zh) * | 2011-07-08 | 2011-11-23 | 中国科学院力学研究所 | 新型管道式导流片型油水分离器起旋装置 |
| CN102488480A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-06-13 | 大连民族学院 | 一种变速气流控制机构 |
| CN102626561A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-08-08 | 中国科学院力学研究所 | 一种管道式导流片型油水分离器及其除水装置 |
| CN102743898A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-10-24 | 中海石油(中国)有限公司深圳分公司 | 管道式两级导流片型油水分离器及其应用方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9233319B2 (en) * | 2012-12-10 | 2016-01-12 | Uop Llc | Apparatus and process for contacting liquids |
| US20140163293A1 (en) * | 2012-12-10 | 2014-06-12 | Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences | Process and apparatus for alkylation |
| US9457294B2 (en) * | 2012-12-10 | 2016-10-04 | Uop Llc | Apparatus and process for contacting and separating liquids |
| CN103331217A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-10-02 | 徐州市圣耐普特矿山设备制造有限公司 | 一种旋流器 |
| US9150435B1 (en) | 2013-11-10 | 2015-10-06 | John D. Jones | Method of stripping volatile organic compounds from water using a gas sparged hydrocyclone |
| US9169725B1 (en) | 2013-11-10 | 2015-10-27 | John D. Jones | Method of stripping crude oil and hydraulic fracturing fluids from water using a gas sparged hydrocyclone |
| US9663385B2 (en) | 2013-11-10 | 2017-05-30 | John D Jones | Liquid purification system |
| US9827575B2 (en) * | 2015-12-18 | 2017-11-28 | Metso Minerals Industries, Inc. | Controlled turbulent breakup flow |
| CN107138266B (zh) * | 2017-04-05 | 2024-01-16 | 厦门市三和泰科技有限公司 | 粉末涂料成品收集机构 |
| CN109205735B (zh) * | 2018-10-31 | 2021-09-07 | 东北石油大学 | 一种实现两次分离的切向入口及单级油-水旋流分离器 |
| WO2022144739A1 (en) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | Luxnara Yaovaphankul | Compact disc stack cyclone separator |
| US20230063146A1 (en) * | 2021-08-26 | 2023-03-02 | Hamilton Sundstrand Corporation | Adjustable port size insert |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992004123A1 (en) * | 1990-08-30 | 1992-03-19 | Conoco Specialty Products Inc. | High efficiency liquid/liquid hydrocyclone |
| US5637234A (en) | 1994-06-30 | 1997-06-10 | Mccasland; Edwin D. | Apparatus and method for separating fluids having different specific gravities, such as oil and water |
| US5858237A (en) | 1997-04-29 | 1999-01-12 | Natural Resources Canada | Hydrocyclone for separating immiscible fluids and removing suspended solids |
| EP1204482A1 (en) * | 1999-08-17 | 2002-05-15 | Baker Hughes Limited | Hydrocyclone |
| US6409808B1 (en) | 1997-11-18 | 2002-06-25 | Kvaerner Process Systems A.S. | Separators |
| EP1502652A1 (en) * | 2003-07-02 | 2005-02-02 | Petreco International Limited | Erosion-resistant hydrocyclone liner |
| US6968901B2 (en) | 2003-01-08 | 2005-11-29 | Edmondson Jerry M | Oil production processing system for swaying service |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI56037C (fi) * | 1975-10-30 | 1979-11-12 | Enso Gutzeit Oy | Hydrocyklon |
| US5240115A (en) * | 1992-11-10 | 1993-08-31 | Beloit Technologies, Inc. | Field adjustable hydrocyclone |
| BR9301111A (pt) | 1993-03-09 | 1994-10-11 | Petroleo Brasileiro Sa | Dispositivo para separação de dois líquidos de densidades diferentes que inclui um hidrociclone e processo que compreende o uso do dito dispositivo |
| US6461499B1 (en) * | 1999-02-22 | 2002-10-08 | Multotec Process Equipment (Proprietary) Limited | Hydrocyclone with removal of misplaced coarse fraction in overflow |
| US7293657B1 (en) * | 2000-05-02 | 2007-11-13 | Krebs International | Hydrocyclone and method for liquid-solid separation and classification |
| CA2441779C (en) * | 2001-03-26 | 2008-06-03 | Weir Warman Ltd. | Improvements in and relating to hydrocyclones |
-
2009
- 2009-08-31 WO PCT/BR2009/000265 patent/WO2011022791A1/pt active Application Filing
- 2009-08-31 CN CN2009801611457A patent/CN102481587A/zh active Pending
- 2009-08-31 BR BRPI0924852-8A patent/BRPI0924852B1/pt active IP Right Grant
- 2009-08-31 EP EP09848587.3A patent/EP2474364B1/en active Active
- 2009-08-31 US US13/383,496 patent/US8911635B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992004123A1 (en) * | 1990-08-30 | 1992-03-19 | Conoco Specialty Products Inc. | High efficiency liquid/liquid hydrocyclone |
| US5637234A (en) | 1994-06-30 | 1997-06-10 | Mccasland; Edwin D. | Apparatus and method for separating fluids having different specific gravities, such as oil and water |
| US5858237A (en) | 1997-04-29 | 1999-01-12 | Natural Resources Canada | Hydrocyclone for separating immiscible fluids and removing suspended solids |
| US6409808B1 (en) | 1997-11-18 | 2002-06-25 | Kvaerner Process Systems A.S. | Separators |
| EP1204482A1 (en) * | 1999-08-17 | 2002-05-15 | Baker Hughes Limited | Hydrocyclone |
| US6968901B2 (en) | 2003-01-08 | 2005-11-29 | Edmondson Jerry M | Oil production processing system for swaying service |
| EP1502652A1 (en) * | 2003-07-02 | 2005-02-02 | Petreco International Limited | Erosion-resistant hydrocyclone liner |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See also references of EP2474364A4 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102251766A (zh) * | 2011-07-08 | 2011-11-23 | 中国科学院力学研究所 | 新型管道式导流片型油水分离器起旋装置 |
| CN102488480A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-06-13 | 大连民族学院 | 一种变速气流控制机构 |
| CN102626561A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-08-08 | 中国科学院力学研究所 | 一种管道式导流片型油水分离器及其除水装置 |
| CN102743898A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-10-24 | 中海石油(中国)有限公司深圳分公司 | 管道式两级导流片型油水分离器及其应用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2474364A1 (en) | 2012-07-11 |
| BRPI0924852A2 (pt) | 2016-01-26 |
| CN102481587A (zh) | 2012-05-30 |
| US8911635B2 (en) | 2014-12-16 |
| US20120118818A1 (en) | 2012-05-17 |
| EP2474364B1 (en) | 2020-03-11 |
| BRPI0924852B1 (pt) | 2023-09-26 |
| EP2474364A4 (en) | 2018-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2011022791A1 (pt) | Hidrociclone para separação de fluidos | |
| US8333825B2 (en) | Apparatus for and method of separating multi-phase fluids | |
| US8333283B2 (en) | Cyclone separator | |
| KR101287374B1 (ko) | 액체/액체/가스/고체 혼합물을 분리하기 위한 세퍼레이터 | |
| US20170284182A1 (en) | Separator and Method of Separation | |
| AU698539B2 (en) | Centrifugal separator and method | |
| KR102114713B1 (ko) | 기상 및 액상으로의 유체 흐름의 사이클론 분리를 위한 장치 및 그와 같은 장치가 제공된 용기 | |
| US10888805B2 (en) | Heavy solids separator | |
| ES2963071T3 (es) | Dispositivo de separación para separar un fluido | |
| CA1197478A (en) | Cyclone separators | |
| JPH06206005A (ja) | デカンター型遠心分離装置 | |
| NO330397B1 (no) | Apparat for separasjon av en fluidstromning. | |
| US8490798B2 (en) | Compacted hydrocyclone apparatus in vessels | |
| CN109200629A (zh) | 一种油水旋流沉降一体化分离装置 | |
| CN112371360B (zh) | 弯管聚结式三相旋流分离器 | |
| CN115264108B (zh) | 一种低剪切力控制方法 | |
| WO1991018676A1 (en) | Multiple step cyclone separator | |
| ES1305596U (es) | Estratificador de pasta para maquinas separadoras de aceite horizontales | |
| NO165483B (no) | Flerfaseseparator med integrert turbin. | |
| PL229584B1 (pl) | Separator niejednorodnych mieszanin ciekłych | |
| PL231743B1 (pl) | Separator niejednorodnych mieszanin ciekłych |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 200980161145.7 Country of ref document: CN |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09848587 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 13383496 Country of ref document: US |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2009848587 Country of ref document: EP |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| REG | Reference to national code |
Ref country code: BR Ref legal event code: B01A Ref document number: PI0924852 Country of ref document: BR |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: PI0924852 Country of ref document: BR Kind code of ref document: A2 Effective date: 20111118 |