BRPI0815055B1

BRPI0815055B1 - aparelho de ciclone

Info

Publication number: BRPI0815055B1
Application number: BRPI0815055-9A
Authority: BR
Inventors: Wolf Mark; Beedie Stephen
Original assignee: Merpro Tortek Ltd
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2019-10-29
Also published as: WO2009016332A1; DK2176002T3; AU2008281614B2; EP2176002B1; MY151247A; BRPI0815055A2; EP2176002A1; US20110259819A1; US8439206B2; CA2695278A1; AU2008281614A1; CA2695278C; PL2176002T3; MX2010001326A

Abstract

aparelho de ciclone aparelho de ciclone para separar uma mistura contendo pelo menos um fluido e um componente adicional com base nas densidades dos constituintes da mistura, o aparelho compreendendo um primeiro recipiente de pressão oco aberto em cada extremidade tendo uma pelo menos entrada localizada em seu corpo, uma placa de transbordamento posicionada em uma extremidade de transbordamento do primeiro recipiente de pressão oco e uma placa de extremidade para vedar a placa de transbordamento. o aparelho de ciclone também compreende uma placa de material retido posicionada em uma extremidade de material retido do primeiro recipiente de pressão oco e um recipiente de pressão oco com uma extremidade que é vedada contra placa de material retido e uma outra extremidade que é fechada. a placa de transbordamento e a placa de material retido são ambas providas com furos passantes para suportar, em uso, revestimentos de ciclone que passam através dos mesmos, cada revestimento de ciclone tendo uma entrada localizada entre a placa de transbordamento e a de material retido. a placa de transbordamento e a placa de extremidade são conformadas de tal modo que quando elas são reunidas elas formam compartimentos de transbordamento adjacentes separados entre eles, as saídas de transbordamento dos revestimentos de ciclone sendo localizadas nos compartimentos de transbordamento e cada compartimento de transbordamento tendo uma saída. a placa de material retido e o segundo recipiente de pressão oco são conformados de tal modo que quando eles são reunidos eles formam compartimentos de material retido separados adjacentes entre eles que correspondem aos compartimentos de transbordamento, as saídas de material retido dos revestimentos de ciclone sendo localizadas nos compartimentos de material retido, e cada compartimento de material retido tendo uma saída.

Description

APARELHO DE CICLONE [001] Ciclones foram usados para separar sólidos a partir de ar ou água por muitos anos. Ciclones, os quais podem separar uma mistura de fluidos imiscíveis, conhecidos geralmente como hidrociclones, também foram desenvolvidos, em particular para solucionar os problemas de cortes de água elevados na produção de óleo a montante.

[002] Não obstante, como mencionado acima, ciclones possam ser usados para separar sólidos e/ou misturas de líquido, a separação por ciclone de fluido/fluido é o foco principal desta discussão. Por conseguinte, um exemplo o processo de separação para uma mistura de fluidos imiscíveis em um revestimento de ciclone é como segues.

[003] Uma mistura de fluidos entra em um ciclone tangencialmente, fazendo com que o fluido dentro do ciclone gire. Isto cria uma força radial que direciona a fase mais pesada em direção às bordas do ciclone e então matéria retida para fora do ciclone graças à pressão diferencial. A fase menos densa é concentrada no centro do ciclone antes de passar para fora do transbordamento de ciclone, novamente devido à pressão diferencial.

[004] Em comparação com alternativas tradicionais, tais como tanques de assentamento ou escumação, um sistema de separador de ciclone produz separação muito mais rápida dentro de um menor espaço. Isto é porque a força gravitacional no trabalho nos tanques de assentamento ou escumação é substituída por forças radiais no ciclone de uma magnitude muito mais alta. Estas forças altas significam que os ciclones são insensíveis a movimento e orientação, tornando-os particularmente ideais para aplicações fora da costa na indústria de petróleo.

[005] Um aparelho de ciclone pode ser usado para alojar um ou mais revestimentos de ciclone, o aparelho geralmente consistindo de uma câmara de entrada principal, onde uma mistura de fluidos imiscíveis, tais como óleo e água, entra no aparelho, e câmaras de transbordamento e de material retido,

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 7/28 / 17 geralmente arranjadas em qualquer lado da câmara de entrada, para o fluido separado se mover para dentro das mesmas.

[006] Geralmente, as câmaras de transbordamento e de material retido são separadas da câmara de entrada por placas de transbordamento e de material retido, que são providas com furos através dos quais uma pluralidade de revestimentos de ciclone pode ser provida. A mistura de fluidos que entra na câmara de entrada do aparelho de ciclone é então forçada a escoar através dos revestimentos de ciclone. A fase de óleo mais leve abandona os revestimentos de ciclone e vai para dentro da câmara de transbordamento e a fase de água mais pesada abandona os revestimentos de ciclone e vai para dentro da câmara de material retido.

[007] A natureza de separação por ciclone é de tal modo que a capacidade dos revestimentos de ciclone de separar uma mistura de fluidos imiscíveis tem uma eficiência de pico dentro de uma faixa de vazão de fluxo limitada. Um problema com aparelhos de ciclone, tais como aqueles descritos na US 5336410, foi sempre que quando a taxa de fluxo cai abaixo do ponto de projeto ótimo do ciclone, a eficiência de separação também cai, reduzindo assim a eficiência do sistema de separação de fluido.

[008] Ciclones são principalmente usados para a separação de petróleo a partir de água produzida em operações de produção de petróleo. Quantidades de água produzidas a partir de um reservatório de petróleo são tipicamente muito baixas, com a produção de água aumentando ao longo do tempo, por conseguinte é desejável ter um sistema de separação de petróleo e água que possa acomodar uma ampla faixa de vazões partindo de vazões muito baixas e aumentando ao longo do tempo.

[009] Sistemas prévios, tais como um exposto na US 5336410, realiza tal separação provendo um aparelho de ciclone com uma capacidade de reter um grande número de revestimentos de ciclone, embora somente um pequeno número de revestimentos de ciclone sejam inicialmente instalados

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 8/28 / 17 para baixas vazões de fluxo. O espaço restante é ocupado por revestimentos de peças brutas sólidas para impedir que fluido passe da câmara de entrada para as câmaras de transbordamento e de material retido.

[0010] Na US 5336410, a capacidade de separação do aparelho de ciclone é aumentada pela desmontagem do aparelho e substituição dos revestimentos brutos por revestimentos de ciclone ativos, que são tanto tediosos quanto demorados. Um objetivo da presente invenção é, por conseguinte, obter uma gama mais ampla de vazões a partir de um aparelho de ciclone sem ter que desmontar o aparelho de ciclone.

[0011] De acordo com a presente invenção é provido um aparelho de ciclone para separar uma mistura contendo pelo menos um fluido e um constituinte adicional com base nas densidades dos constituintes de mistura, o aparelho compreendendo: um primeiro recipiente de pressão oco aberto em cada extremidade, tendo pelo menos uma entrada localizada em seu corpo; uma placa de transbordamento posicionada em uma extremidade de transbordamento do primeiro recipiente de pressão oco; uma placa de extremidade para vedar a placa de transbordamento; uma placa de material retido posicionada em uma extremidade de material retido do primeiro recipiente de pressão oco; e um segundo recipiente de pressão oco com uma extremidade sendo vedada contra a placa de material retido e outra extremidade sendo fechada, em que a placa de transbordamento e placa de material retido ambas sendo providas com furos passantes para suportar, em uso, revestimentos de ciclone que passam através dos mesmos, cada revestimento de ciclone tendo uma entrada localizada entre as placas de transbordamento e de material retido; e em que a placa de transbordamento e a placa de extremidade são conformadas de tal modo que quando elas são reunidas elas formam compartimentos de transbordamento separados adjacentes entre elas, as saídas de transbordamento dos revestimentos de ciclone sendo localizada nos compartimentos de transbordamento, e cada

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 9/28 / 17 compartimento de transbordamento tendo uma saída; e em que a placa de material retido e o segundo recipiente de pressão oco são conformadas de tal modo que quando elas são reunidas elas formam compartimentos de material retido separados adjacentes entre elas que correspondem aos compartimentos de transbordamento, as saídas de material retido dos revestimentos de ciclone sendo localizada nos compartimentos de material retido, e cada compartimento de material retido tendo uma saída.

[0012] A presente invenção, por conseguinte, supera os problemas da arte anterior separando as câmaras de transbordamento e de material retido em compartimentos de separação correspondentes, com cada compartimento tendo sua própria saída de descarga. Usando válvulas na saída para cada compartimento, o número de revestimentos de ciclone através dos quais fluidos são permitidos passar pode ser controlado, provendo assim múltiplos pontos de operação eficientes para o aparelho.

[0013] Em particular, o aparelho de ciclone pode ser arranjado com as câmaras de transbordamento e de material retido divididas em um compartimento interno geralmente cilíndrico que contém, por exemplo, 1/3 dos revestimentos de ciclone totais instalados e um compartimento externo geralmente cilíndrico que, por conseguinte, contém 2/3 da quantidade total dos revestimentos de ciclone instalados no aparelho.

[0014] No exemplo acima, uma eficiência de operação de pico seria provida em 1/3, 2/3, e 100% da capacidade total do aparelho. Isto permite que o aparelho de ciclone seja operado com eficiência aceitável através de uma ampla gama de vazões sem a necessidade de desmontar o aparelho para modificar a quantidade dos revestimentos de ciclone instalados dentro do mesmo.

[0015] Outra vantagem da presente invenção pode ser vista quando se considera os materiais usados na construção do aparelho. Em sistemas prévios, projetos de multi-câmaras com extensivo aparafusamento de

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 10/28 / 17 contorno sob pressão e áreas fechadas inacessíveis apresentaram um problema na medida em que os componentes internos, que são expostos a fluido de processo, não podem ser revestidos. Por conseguinte, o aparelho inteiro tem que ser construído de material de liga resistente a corrosão.

[0016] De acordo com a presente invenção é também provido um aparelho de ciclone como descrito acima, em que a placa de extremidade e/ou o segundo recipiente de pressão oco é fixado externamente ao primeiro recipiente de pressão oco.

[0017] Eliminando áreas internas inacessíveis e aparafusamento nos componentes que retêm pressão que são expostos ao fluido de processo, o aparelho de pressão pode ser construído de materiais de aço ao carbono de menor custo e revestidos com um revestimento interno resistente à corrosão, como é o caso com a presente invenção.

[0018] Além disso, o aparafusamento externo aumenta a quantidade de revestimentos de ciclone que podem ser instalados dentro de cada compartimento para uma dada área, aumentando assim a capacidade total por um dado tamanho de aparelho.

[0019] Deve ser também reconhecido que ciclones podem também ser usados para remover altos volumes de sólidos a partir de líquidos, tais como correntes de lama, tanto eficientemente quanto rapidamente.

[0020] Um exemplo da presente invenção será agora descrito com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é um diagrama de seção transversal da forma de concretização preferida, ilustrando como os componentes se ajustam em conjunto para criar um aparelho de ciclone;

a figura 2 é um desenho do recipiente de pressão oco de entrada da forma de concretização preferida, ilustrando seus bocais de entrada e saída e também seus flanges de extremidade;

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 11/28 / 17 a figura 3 é um desenho da placa de transbordamento da forma de concretização preferida, ilustrando compartimentos de revestimento de ciclone múltiplos e os furos providos para as extremidades dos revestimentos de ciclone propriamente ditos;

a figura 4 é um desenho da placa de extremidade da forma de concretização preferida, ilustrando múltiplos bocais de saída e furos providos para afixar a placa de extremidade ao primeiro recipiente de pressão oco;

a figura 5 é um desenho da placa de material retido da forma de concretização preferida, ilustrando os furos providos para as extremidades dos revestimentos de ciclone passar através dos mesmos; e

A figura 6 é um desenho do recipiente de pressão oco de material retido da forma de concretização preferida, ilustrando como o aparelho pode ser separado em múltiplos compartimentos de revestimento de ciclone, e também os bocais de saída e o flange para afixar o recipiente de material retido ao primeiro recipiente de pressão oco.

[0021] Embora seja apreciado que os revestimentos de ciclone possam ser usados para separar uma mistura de sólidos e/ou fluidos, o seguinte exemplo da presente invenção emprega revestimentos de ciclone para a separação de uma mistura de fluidos imiscíveis, tal como óleo e água.

[0022] Com referência às figuras em detalhe, que mostram uma forma de concretização preferida da invenção, figura 1 mostra um aparelho de ciclone de acordo com a invenção, indicado geralmente com 1, que é mostrado como compreendendo um primeiro recipiente de pressão oco 2, um segundo recipiente de pressão oco 32 tendo uma extremidade fechada, uma placa de extremidade 15, uma placa de transbordamento 10 e uma placa de material retido 28, entre as quais uma pluralidade de revestimentos de ciclone 25 pode ser localizada.

[0023] Como ilustrado na figura 2, o primeiro recipiente de pressão oco 2 tem uma entrada 5 provida para a mistura de fluidos entrar no primeiro

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 12/28 / 17 recipiente de pressão oco 2, uma conexão de válvula de alívio de pressão 3 provida para aliviar pressão, e uma saída de dreno 4 provida para drenar o primeiro recipiente de pressão oco 2. O primeiro recipiente de pressão oco 2 é aberto em ambas as extremidades, as quais são conformadas para formar um flange de transbordamento 6 e um flange de material retido 7, respectivamente. Cada dos flanges 6, 7 tem furos 8, 9 providos em torno da circunferência para parafusos 21, 23 passarem através dos mesmos.

[0024] A placa de transbordamento 10 é localizada contra o flange de transbordamento 6 do primeiro recipiente de pressão oco 2, a placa de transbordamento 10 tendo uma pluralidade de furos 14 providos para os revestimentos de ciclone 25 passarem através dos mesmos, como mostrado na figura 3. Uma vedação de anel em O (não mostrado) é provido entre os revestimentos de ciclone 25 e a placa de transbordamento 10 para assegurar que nenhum líquido possa passar pelo lado externo dos revestimentos de ciclone 25.

[0025] Além disso, os revestimentos de ciclone 25 são mantidos no local com um suporte de três linguetas e parafuso de centro (não mostrado) que é seguro na placa de transbordamento 10. Na forma de concretização preferida, cada suporte mantém três revestimentos de ciclone 25 no local contra a placa de transbordamento 10, com cada revestimento de ciclone 25 tendo um ressalto que se assenta contra a placa de transbordamento 10 para prevenir que o revestimento de ciclone 25 deslize através do mesmo.

[0026] A placa de extremidade 15 é assentada contra a placa de transbordamento 10, mantendo a placa de transbordamento 10 no local e criando compartimentos de transbordamento 11, 12, como mostrado na figura 1, em que as saídas de transbordamento 26 dos revestimentos de ciclone 25 são localizadas. A placa de transbordamento 10 da forma de concretização preferida é formada para ter rebaixos concêntricos separados 11, 12, separados por uma parede de contorno 13. Os rebaixos 11, 12 são geralmente

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 13/28 / 17 usinados na placa de transbordamento 10, embora seja apreciado que eles poderiam ser formados de outras maneiras.

[0027] As saídas de transbordamento de revestimentos de ciclone 26 são localizadas nos compartimentos de transbordamento 11, 12.

[0028] A parede de contorno 13 tem uma ranhura formada em sua parte superior, em que material de engaxetamento, por exemplo um anel em O (não mostrado), é provido. Quando a placa de extremidade 15 assenta contra a placa de transbordamento 10, este material de engaxetamento cria uma vedação entre os compartimentos de transbordamento 11, 12.

[0029] Saídas são providas para os compartimentos de transbordamento. Na forma de concretização preferida, como mostrada na figura 4, a placa de extremidade 15 tem duas saídas 16, 17, correspondendo a cada dos compartimentos de transbordamento 11, 12. Todavia, será apreciado que uma saída poderia também ser provida no perímetro da placa de transbordamento 10, se necessário.

[0030] A placa de extremidade 15 tem furos passantes 18 providos em torno de sua borda, que correspondem aos furos 8 providos no flange de transbordamento 6 no primeiro recipiente de pressão oco 2. Uma alça 19 com um gancho-olhal 20 provido através dela é localizada na parte superior para mover a placa de extremidade 15. Além disso, um revestimento de solda de liga (não mostrado) é colocado sobre a face interna da placa de extremidade 15 para prover uma área de assentamento metálica para o material de engaxetamento.

[0031] A placa de extremidade 15 é afixada ao primeiro recipiente de pressão oco 2 via parafusos 21, os quais passam através de ambos os furos colocados circunferencialmente espaçados 8 na placa de extremidade 15 e os correspondentes furos circunferencialmente espaçados 8 no flange de transbordamento 6, que são seguros por porcas 22.

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 14/28 / 17 [0032] A placa de material retido 28 mostrada na figura 5 é localizada contra o flange de material retido 7 do primeiro recipiente de pressão oco 2, a placa de material retido 28 tendo uma pluralidade de furos 31, os quais, idealmente, correspondem aos furos 14 providos na placa de transbordamento 10, providos para a saída de material retido 27 dos revestimentos de ciclone 25 passarem através deles. Uma vedação de anel em O (não mostrada) é provida entre os revestimentos de ciclone 25 e a placa de material retido 28 para assegurar que nenhum líquido possa passar pelo lado externo dos revestimentos de ciclone 25.

[0033] O segundo recipiente de pressão oco 32 é então assentado contra a placa de material retido 28, mantendo a placa de material retido 28 no local e criando compartimentos de material retido 38, 39, como mostrado na figura 1. Na forma de concretização preferida 1, esses compartimentos 38, 39 são formados por um tubo concêntrico oco 41, substancialmente equivalente em diâmetro ao compartimento de transbordamento interno 12 sendo provido dentro do segundo recipiente de pressão oco 32 e afixado à extremidade fechada do mesmo, preferivelmente sendo soldado. Na extremidade aberta do segundo recipiente de pressão oco 32 está um flange 33, que tem furos 37 providos em torno de sua circunferência, que correspondem aos furos providos no flange de material retido 7 no primeiro recipiente de pressão oco 2.

[0034] Um anel de liga 40 é afixado à extremidade aberta do tubo concêntrico 41, preferivelmente sendo soldado. Uma ranhura é então conformada, preferivelmente usinada, na extremidade do tubo concêntrico 41 e o anel de liga 40 e flange do segundo recipiente de pressão oco 33 são então usinados em conjunto para obter planura. Material de engaxetamento, por exemplo um anel em O (não mostrado), é então provido dentro desta ranhura.

[0035] Na forma de concretização preferida 1, o segundo recipiente de pressão oco 32 tem uma saída 34 para o compartimento de material retido

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 15/28 / 17 externo 38, uma saída 35 para o compartimento de material retido interno 39 e uma saída de dreno 36 para drenar o segundo recipiente de pressão oco 32. Uma alça 42 é provida para mover o recipiente de material retido 32.

[0036] A placa de material retido 28, que veda contra o material de engaxetamento provido na ranhura no tubo concêntrico 41 e veda assim os compartimentos 38, 39, é uma placa sólida. Todavia, será reconhecido que ela poderia também ser conformada para ter rebaixos concêntricos separados similares a e correspondendo à placa de transbordamento 10. Além disso, se a placa de material retido 28 tiver sido conformada para ter rebaixos adjacentes separados, separados por uma parede de contorno, compartimentos 38, 39 poderiam ser criadas usando uma placa de extremidade de material retido, similar à placa de extremidade de transbordamento15, eliminando assim a necessidade de um segundo recipiente de pressão oco 32.

[0037] Como mencionado previamente, é preferido que o segundo recipiente de pressão oco 32 seja afixado ao primeiro recipiente de pressão oco 2 por meio de aparafusamento externo. Por conseguinte, na forma de concretização preferida mostrada na figura 1, os parafusos 23 passam através de ambos os furos colocados circunferencialmente 9 no flange de material retido 7 e os furos correspondentes 37 providos circunferencialmente no flange do segundo recipiente de pressão oco 33 e são então seguros por porcas

24. Este arranjo tem o benefício de prover mais espaço dentro do recipiente para se ajustar aos revestimentos de ciclone no interior.

[0038] Em uso, a pressão na câmara formada dentro do primeiro recipiente de pressão oco 2 pela placa de transbordamento 10 e a placa de material retido 28, é mais alta que em ambos os compartimentos de transbordamento 11, 12 e os compartimentos de material retido 38, 39 por causa da queda de pressão causada pelo fluxo escoando através dos revestimentos de ciclone 25.

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 16/28 / 17 [0039] Este diferencial de pressão cria uma força através da placa de transbordamento 10, comprimindo a vedação de material de engaxetamento contra a placa de extremidade 15, e uma força através da placa de material retido 28, comprimindo o material de engaxetamento provido na ranhura na extremidade do tubo concêntrico, obtendo assim uma vedação positiva entre os respectivos compartimentos de transbordamento 11, 12 e compartimentos de material retido 38, 39.

[0040] A placa de transbordamento 10 é mantida no local entre o primeiro recipiente de pressão oco 2 e a placa de extremidade 15, pela pressão exercida pelos parafusos 21 e as porcas de segurança 22 que seguram a placa de extremidade 15 ao flange de transbordamento 6 sobre o primeiro recipiente de pressão oco. A placa de material retido 28 é mantida entre o segundo recipiente de pressão oco 32 e o primeiro recipiente de pressão oco 2, pela pressão exercida pelos parafusos 23 e as porcas de segurança 24 que seguram o segundo flange de recipiente de pressão 33 ao flange de material retido 7 no primeiro recipiente de pressão oco 2.

[0041] A operação deste aparelho será agora discutida em detalhe. Uma mistura imiscível de dois fluidos, neste exemplo petróleo e água, entra no primeiro recipiente de pressão oco 2 via o bocal de entrada 5 sob pressão. A mistura de fluidos então entra nos revestimentos de ciclone 25 através de entradas envolventes tangenciais (não mostradas) localizadas na câmara de entrada criada dentro do primeiro recipiente de pressão oco 2 entre a placa de transbordamento 10 e a placa de material retido 28.

[0042] Quando o fluxo de fluido é forçado para baixo do revestimento de ciclone 25, ele assume uma forma helicoidal ao longo da parede interna do revestimento de ciclone. Ele é acelerado na seção que se reduz conicamente, para as altas velocidades requeridas para criar as fortes forças centrífugas que promovem a separação rápida. Essas velocidades são mantidas ao longo do

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 17/28 / 17 revestimento de ciclone, perdas por fricção sendo deslocadas por uma redução gradual em área de seção transversal através de toda a seção cônica.

[0043] O fluido mais denso se move para as paredes dos revestimentos de ciclone 25 e é removido na saída de material retido 27 localizada em um compartimento de material retido 38, 39. O fluido menos denso é puxado para o núcleo de baixa pressão, pela aplicação de uma contrapressão à saída, flui de volta para cima dos revestimentos de ciclone 25, para ser removido na saída de material retido 26 localizada em um compartimento de transbordamento 11,12. Ao entrar no revestimento de ciclone 25, o fluxo de fluido é dirigido para dentro de um vórtice sem rompimento do núcleo fluindo de forma reversa.

[0044] O vórtice e núcleo de escoamento reverso se estendem para baixo para dentro da seção traseira dos revestimentos de ciclone 25, aumentando o tempo de residência e permitindo que menores gotículas mais lentas imigrem para o núcleo. O tempo de residência total nos revestimentos de ciclone 25 é na ordem de poucos segundos. A força centrífuga dentro dos revestimentos de ciclone 25 é da ordem de 1000 g. Assim, os revestimentos de ciclone 25 são insensíveis a movimento e orientação, tornando-os particularmente ideais para aplicações fora da costa na indústria de petróleo.

[0045] A fabricação do recipiente de ciclone 1 será agora explicada em mais detalhe, começando com os compartimentos de transbordamento 11,

12. Na forma de concretização preferida, os compartimentos de transbordamento 11, 12 são criados por uma placa de transbordamento usinada 10 com compartimentos em recesso concêntricos 11, 12 nos quais os revestimentos de ciclone 25 são instalados. Os compartimentos de transbordamento 11, 12 são isolados por uma vedação formada por material de engaxetamento (não mostrado), por exemplo um anel em O, provido dentro de uma ranhura usinada na parede de contorno entre os

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 18/28 / 17 compartimentos na placa de transbordamento 10 que se assenta contra a placa de extremidade 15.

[0046] A placa de extremidade 15 é mantida no local contra o flange de corpo de recipiente principal 6 com aparafusamento externo 21, 22 que não é exposto a fluido de processo. Um revestimento de solda de liga (não mostrado) é colocado sobre a face interna da placa de extremidade 15 para prover uma superfície de vedação para o material de engaxetamento. Este projeto elimina o padrão de parafuso circular e reduz a largura da superfície de vedação consideravelmente.

[0047] Uma vantagem provida pelo arranjo descrito acima é que os aparelhos de ciclone montados 1 não têm nenhum compartimento inacessível e nenhum aparafusamento de contorno de pressão que é exposto ao fluido de processo. Por conseguinte, ele pode ser construído em aço ao carbono e revestido internamente com um revestimento resistente à corrosão. Além disso, a eliminação de aparafusamento e a adição do revestimento de solda permitem que a placa de extremidade 15 seja também construída de aço ao carbono, reduzindo assim ainda mais o custo dos materiais. Em adição a isto, a redução de uma área de vedação permite um aumento na quantidade de revestimentos de ciclone 25 que podem ser instalados.

[0048] Os compartimentos de material retido 38, 39 são criados com um tubo concêntrico 41 equivalente em diâmetro ao compartimento de transbordamento interno 12. O tubo concêntrico 41 é soldado em uma extremidade à extremidade fechada do segundo recipiente de pressão oco 32. Um anel de liga 40 é então soldado à extremidade do tubo concêntrico 41. O anel de liga 40 e flange do segundo recipiente de pressão oco 33 são usinados em conjunto para obter planura. Uma ranhura de engaxetamento é usinada na parte superior do anel de liga 40. Material de engaxetamento (não mostrado) é então instalado e o flange do segundo recipiente de pressão oco 33 é

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 19/28 / 17 aparafusado externamente ao primeiro flange de recipiente de pressão oco de material retido 7.

[0049] Esta tecnologia é principalmente aplicada à separação de petróleo a partir de água produzida em operações de produção de petróleo. Quantidades iniciais de água produzida a partir de um reservatório de petróleo são tipicamente muito baixas, com produção de água aumentado ao longo do tempo. Por conseguinte é desejável se ter um sistema de separação de petróleo/água que possa acomodar uma ampla gama de vazão, partindo de vazões muito baixas e aumentando ao longo do tempo.

[0050] Os sistemas prévios realizam isto projetando um aparelho de ciclone 1 com a capacidade de reter um grande número de revestimentos de ciclone 25. Para condições de baixa vazão, um pequeno número de revestimentos de ciclone é instalado no aparelho de ciclone, com os furos restantes sendo ocupados por revestimentos brutos sólidos (não mostrados) que não permitem que fluidos passem do primeiro recipiente de pressão oco 2 para as câmaras de transbordamento e de material retido. O aumento da capacidade do aparelho de ciclone 1 é então realizado desmontando o aparelho de ciclone 1 para substituir revestimentos brutos por revestimentos de ciclone ativos 25.

[0051] Por conseguinte, é desejável obter uma gama mais ampla de vazões a partir de um aparelho de ciclone 1 sem a exigência de desmontagem para modificar a quantidade de revestimentos de ciclone 25 dentro do aparelho de ciclone 1. Isto é efetuado pela presente invenção separando as câmaras de transbordamento e de material retido em compartimentos separados 11, 12, 38, 39, cada compartimento 11, 12, 38, 39 tendo seu próprio bocal de descarga 16, 17, 34, 35. Usando válvulas no bocal de descarga 16, 17, 34, 35 de cada compartimento 11, 12, 38, 39, o número de revestimentos de ciclone 25 através dos quais fluidos são permitidos passarem pode ser

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 20/28 / 17 variado, provendo múltiplos pontos de operação de eficiência para os revestimentos de ciclone do aparelho 1.

[0052] Para ser mais específico, na forma de concretização mostrada nas figuras 1, 3 e 6, os compartimentos de transbordamento 11, 12 e o correspondente compartimento de material retido 38, 39 são dispostos de tal maneira que os compartimentos internos 12, 39 contêm um terço do número total de revestimentos de ciclone 25, e os compartimentos externos 11, 38 contêm dois terços do número total de revestimentos de ciclone 25.

[0053] Por conseguinte, através do controle do fluxo de fluido que é permitido passar através das saídas para a câmara, usando, por exemplo, um sistema de controle de válvula, o aparelho de ciclone pode ser controlado para operar em uma capacidade de 1/3, 2/3, total, e capacidade aumentada, dependendo de como o aparelho de ciclone 1 é operado. Para operação com capacidade de 1/3, os compartimentos internos menores 12, 39 são usados, para a capacidade de 2/3, os compartimentos externos maiores 11, 38 são usados, e para operações de capacidade plena, ambas as câmaras são usadas.

[0054] O arranjo acima descrito permite que o aparelho de ciclone seja operado com eficiência aceitável através de uma extensa gama de vazões sem a necessidade de abrir o aparelho de ciclone e modificar a quantidade de revestimentos de ciclone.

[0055] Será apreciado que a invenção não é limitada à forma de concretização descrita acima. Por exemplo, existem inúmeras maneiras nas quais podem ser criados compartimento de transbordamento e de material retido e, obviamente, o número de compartimentos não é limitado a dois. Também, o número de revestimentos de ciclone em cada compartimento diferente pode ser modificado, com o tamanho, formato e número de compartimentos em um aparelho de ciclone sendo, por conseguinte, variados.

[0056] Além disso, os materiais usados para criar o aparelho de ciclone e seus componentes constituintes não são limitados a aço ao carbono,

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 21/28 / 17 como descrito acima. Aço ao carbono é simplesmente um exemplo de um material relativamente barato e viável que tem as propriedades necessárias requeridas do mesmo.

[0057] Nos desenhos, as saídas 16, 17, 34, 35 para os compartimentos de transbordamento e de material retido separados 11, 12, 38, 39 são mostrado como estando localizadas na placa de extremidade 15 e no segundo recipiente de pressão oco 32. Todavia, saídas poderiam também ser providas para nas placas de transbordamento e/ou de material retido 10, 28, se desejado.

[0058] Para uma mistura de petróleo e água, como explicado acima, a relação de água produzida para com petróleo é alta, o que, na forma de concretização preferida, conduz a compartimentos de material retido 38, 39 de volume relativamente maior que os compartimentos de transbordamento 11,

12.

[0059] Todavia, será apreciado que para uma mistura de fluidos diferentes, em adição a um segundo recipiente de pressão oco 32, poderia ser necessário ter um terceiro recipiente de pressão oco, ao invés de uma placa de extremidade 15, para prover compartimentos de transbordamento com um volume maior que aqueles providos pela placa de extremidade 15. Evidentemente, como mencionado previamente, é também possível que esteja presente também uma placa de extremidade para criar compartimentos de material retido ou, mais especificamente, qualquer combinação desses.

[0060] A segurança ou retenção da placa de extremidade 15 e do segundo recipiente de pressão oco 32 ao primeiro recipiente de pressão oco flanges 6, 7 por parafusos externos 21, 23 e porcas 22, 24 é somente o método preferido de realizar isto. Será entendido que esses componentes poderiam ser seguros em conjunto usando outros métodos de fixação ou, mais precisamente, eles poderiam até mesmo ser seguros internamente, embora, como mencionado acima, isto limitaria o espaço disponível para os

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 22/28 / 17 revestimentos de ciclone 25 e talvez tornasse a seleção de material mais difícil.

[0061] A ranhura nas a paredes de contorno que separam os compartimentos de transbordamento e de material retido 11, 12, 38, 39, na qual material de engaxetamento é provido, poderia ser formada por métodos outros que não a usinagem e o material de engaxetamento usado poderia compreender qualquer número de materiais apropriados para a tarefa.

[0062] Métodos de controle outros que não válvulas poderiam também ser usados nas saídas 16, 17, 34, 35 para controlar o fluxo através deles, embora válvulas seja a solução mais direta.

[0063] Será também apreciado que os revestimentos de ciclone 25 usados no aparelho poderiam também ser substituídos por revestimentos de peça bruta, como na arte anterior, para variar o número de revestimentos de ciclone 25 disponíveis para um compartimento particular, embora a vantagem provida pela presente invenção, de ter compartimentos separados que provêem uma gama de vazões dentro de um aparelho de ciclone sem requerer desmontagem deste aparelho, ainda existiria.

[0064] Evidentemente, será também reconhecido que existem maneiras alternativas de vedar os revestimentos de ciclone 25 nos furos de transbordamento 14 e de material retido 31. Por exemplo, os furos 14, 31 poderiam ser rosquedos, com os revestimentos de ciclone 25 tendo roscas correspondentes, de modo que os revestimentos de ciclone 25 podem ser atarraxados nos furos 14, 31.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de ciclone para separar uma mistura contendo pelo menos um fluido e um constituinte adicional com base nas densidades dos constituintes da mistura, o aparelho compreendendo:

um primeiro recipiente de pressão oco aberto em cada extremidade, tendo pelo menos uma entrada localizada em seu corpo;

uma placa de transbordamento posicionada em uma extremidade de transbordamento do primeiro recipiente de pressão oco;

uma placa de extremidade para vedar a placa de transbordamento;

uma placa de material retido posicionada em uma extremidade de material retido do primeiro recipiente de pressão oco; e um segundo recipiente de pressão oco com uma extremidade sendo vedada contra a placa de material retido e outra extremidade sendo fechada, em que a placa de transbordamento e a placa de material retido ambas sendo providas com furos passantes para suportar, em uso, revestimentos de ciclone que passam através dos mesmos, cada revestimento de ciclone tendo uma entrada localizada entre as placas de transbordamento e de material retido;

caraterizado pelo fato de que:

a placa de transbordamento e a placa de extremidade são conformadas de tal modo que quando elas são reunidas elas formam compartimentos de transbordamento separados adjacentes entre elas, as saídas de transbordamento dos revestimentos de ciclone sendo localizadas nos compartimentos de transbordamento e cada compartimento de transbordamento tendo uma saída; e, a placa de material retido e o segundo recipiente de pressão oco são conformados de tal modo que quando eles são reunidos eles formam

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 24/28
2 / 4 compartimentos de material retido separados adjacentes entre eles que correspondem aos compartimentos de transbordamento, as saídas de material retido dos revestimentos de ciclone sendo localizadas situado nos compartimentos de material retido, e cada compartimento de material retido tendo uma saída.

2. Aparelho de ciclone de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os compartimentos de transbordamento são criados pela placa de transbordamento sendo formada para ter regiões em recesso adjacentes separadas, separadas por paredes de contorno, as regiões em recesso formando compartimentos de transbordamento que correspondem aos compartimentos de material retido quando vedados contra a placa de extremidade.
3. Aparelho de ciclone de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os compartimentos de transbordamento são criados pela placa de extremidade sendo formada para ter regiões em recesso adjacentes separadas, separadas por paredes de contorno, as regiões em recesso formando compartimentos de transbordamento que correspondem aos compartimentos de material retido quando vedados contra a placa de extremidade.
4. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a placa de extremidade contém uma saída a partir de um compartimento de transbordamento.
5. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a vedação entre a placa de transbordamento e a placa de extremidade é obtida por uma ranhura que é formada na parede de contorno e cheia com material de engaxetamento e a placa de extremidade sendo então fixada rente contra a placa de transbordamento.
6. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 25/28

3 / 4 reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o número de revestimentos de ciclone através dos quais fluidos são permitidos passar é controlado controlando fluxo de fluido através das saídas.
7. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que válvulas são providas na entrada e saídas para controlar o fluxo de fluido através delas.
8. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma parede divisória é provida para separar o segundo recipiente de pressão oco em compartimentos de material retido vedados, a parede divisória tendo uma tira de liga afixada à borda na qual uma ranhura é formada, tanto a borda da tira de liga quanto o flange do segundo recipiente de pressão oco sendo então usinados em conjunto para obter planura e a ranhura sendo subseqüentemente cheia com material de engaxetamento para vedar contra a placa de material retido.
9. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as regiões em recesso separadoras na parede de contorno são concêntricas.
10. Aparelho de ciclone de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o segundo recipiente de pressão oco é separado em compartimentos de material retido vedados por pelo menos um tubo concêntrico oco, por meio de que uma extremidade do tubo concêntrico é vedada com a extremidade fechada do segundo recipiente de pressão oco e a outra extremidade tem um anel de liga preso a ela e uma ranhura formada na mesma, tanto a tira de liga quanto o flange do segundo recipiente de pressão oco sendo então usinados em conjunto para obter planura e a ranhura sendo subseqüentemente cheia com material de engaxetamento para vedar contra a placa de material retido.
11. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a placa de material retido

Petição 870190083667, de 27/08/2019, pág. 26/28

4 / 4 é formada para ter regiões em recesso adjacentes separadas por uma parede de contorno, em que uma extremidade dos revestimentos de ciclone fica localizada, as regiões correspondendo aos compartimentos separados no segundo recipiente de pressão oco.
12. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o segundo recipiente de pressão oco contém pelo menos uma saída a partir de um compartimento de material retido.
13. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a placa de extremidade é fixada externamente ao primeiro recipiente de pressão oco.
14. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o segundo recipiente de pressão oco é fixado externamente ao primeiro recipiente de pressão oco.
15. Aparelho de ciclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o material de engaxetamento é um anel em O.