NO139341B - Sentrifugalseparator for separering av olje/vannblandinger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en sentrifugalseparator for separering av olje/vannblandinger og med fraseparering av tilstedeværende gass.

Det er på mange tekniske områder ønskelig å kunne separere blandinger av olje og vann og herunder oppnå særskilt fraseparering av tilstedeværende gass. En olje/vannblanding

blir f.eks. ofte produsert på oljefelter og under raffinerings-operasjoner, og oljen må fjernes før vannet kan brukes på nytt eller føres inn i et offentlig vann-nett. Det er ofte også på-krevet å fjerne restolje fra ballastvannet på oljetankbåter før vannet tømmes ut i havet. Under slike operasjoner er det ønskelig å anvende en effektiv kontinuerlig separator som er istand til å behandle store mengder ved en slik separering.

Det er tidligere foreslått å anvende sentrifugalseparatorer for slike formål, men de har ikke virket fullt ut tilfredsstillende. De tidligere kjente sentrifugalseparatorer har vært effektive ved separering av blandinger ved høyst varierende innstrømningsmengder og med varierende forhold mellom komponentvæskene i blandingen. Det er imidlertid funnet at effektiviteten av slike separatorer blir dårligere når fluidum-blandingen inneholder betydelige mengder av en oppløst gasskom-ponent, fordi gassen har en tendens til å frigjøres i hovedstrøm-ningsbanene i separatoren, og som bygger opp et tilbakevirkende trykk i innløpet. Den frigjorte gass vil i virkeligheten blok-kere innløpsmunningen i separatoren og vil yte motstand mot fluidumstrømmen gjennom separatoren. Oppbyggingen av et tilbakevirkende trykk i separatoren vil derved kreve en kraftigere leve-ring s pumpe , og derved økes omkostningene med separasjonen. Enda viktigere er det kanskje at oppbyggingen av det tilbakevirkende trykk gjør at kontrollen av skilleflaten mellom olje og vann i olje/vann-seksjonen blir vanskeligere. Det kan da være nød-vendig å forsyne kontrollventilen på oljeutløpssiden med et ka-librert fjærarrangement, idet det ikke er stort nok oljetrykk til å overvinne innløpstrykket. Frigjøringen av de oppløste gasser vil også kunne ødelegge funksjonen til olje/vann-seksjonen i separatoren når de ekspanderende gassbobler når frem til området ved oljeutløpet.

Selv om problemet med gassoppbygging ved separering av olje/vann-blandinger har eksistert i de siste 30 til 40 år, har det ikke være noen vesentlig utvikling som har kunnet eliminere problemet med den oppløste gass i blandingen. Varme, kjemikalier og likestrøm med lav spenning og strømstyrke er forbedringer som har vært anvendt i konvensjonelle separatorer av væsketanktypen, men de grunnleggende separeringsprinsipper er selv med disse forbedringer fortsatt de samme.

Ved å fjerne gassformede damper og deretter utsette de i hverandre uoppløselige fluider for sentrifugalkrefter som mange ganger overstiger gravitasjonen, vil olje- og vannkomponen-tene separeres på mer effektiv måte. En separator som er utformet i samsvar med det foreliggende forslag og som brukes til å separere olje/vann-blandinger fra oljebrønnen, vil frembringe gass og olje av en kvalitet som vil kunne føres i rør (mindre enn 3% vann) sammen med en vannstrøm.

Ved anvendelse av utstyr i samsvar med foreliggende oppfinnelse til å separere olje/vann-blandinger som produseres fra oljebrønner vil det være mulig å eliminere bruk av varme. Derved spares brennstoffomkostninger, og arbeidet på offshore plattformer blir også sikrere ved at det fjernes en mulig kilde til antennelse. Det nyutviklede utstyr er også mye mindre, mer kompakt og mye billigere.

Sentrifugalseparatoren ifølge oppfinnelsen er av den art som omfatter en roterbar trommel, en perforert indre rør-hylse som er konsentrisk anordnet i trommelen, et innløpsrør for innmatning av blandingen inn i trommelen, samt en utløps-anordning for å fjerne det separerte fluidum, og separatoren ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at organene for separering av gass er anordnet nær og i tilknytning til innløpssonen, at trommelen ved innløpssonen er forsynt med rotorskovler, at et gass-separasjonskammer med innløpsåpninger for gass er anordnet inne i trommelen i tilstøtning til innløpssonen, samt ved at utløpsåpninger for olje/vann er anordnet mellom kammeret og inn-løpssonen, alternativt trommelkammeret i tilstøtning med innløps-sonen, samt et sentralt anordnet utløpsrør for fjernelse av gass fra kammeret.

Ved en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen

er det anordnet utløpsskovler i den roterbare trommelen i til-støtning til utløpsanordningen,i den hensikt å gjenvinne energi som tilføres fluidene.

Andre formål, trekk og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil fremgå klarere av den følgende beskrivelse av de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom en sentrifugalseparator som danner en type gass-separeringssystem som foreslås i foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et snitt lagt langs linjen 2-2 på fig. 1

og viser skovlseksjonen i den på fig. 1 viste sentrifugalseparator.

Fig. 3 er et snitt langs linjen 3-3 på fig. 1 og viser skilleveggene i sentrifugalseparatoren på fig. 1. Fig. 4 er et snitt av en del av en sentrifugalseparator som har en modifisert innløpsplate og et modifisert gass-separeringskammer, og Fig. 5 er et snitt i større målestokk av en del av en sentrifugalseparator som er modifisert for å kunne fjerne faste partikler fra olje/vann-blandingen som skal separeres i sentrifugalseparatoren.

Det skal nå vises til fig. 1 hvor sentrifugalseparatoren ifølge forliggende oppfinnelse i hovedsaken omfatter en ikke perforert ytre trommel 10 som er anordnet til å kunne rotere om trommelens horisontale akse. I den på fig. 1 viste separator er det til trommelen 10 boltet en innløpsendeplate 12 og en ut-løpsendeplate 16 ved hjelp av bolter 12a, resp. 16a. Oppbyggingen av trommelen kan selvsagt foregå ved hjelp av en hvilken som helst konvensjonell fremstiIlingsteknikk. Det kan også anvendes en hvilken som helst egnet anordning for å drive separatorenheten, slik som f.eks. remdriftsarrangementer hvor drivremmene er lagt i V-spor 14 i tromme1-endeplaten 12. Denne drivmekanisme danner ingen del av foreliggende oppfinnelse, og'en hvilken som helst kjent anordning av konvensjonell type kan anvendes for dette formål .

Konsentrisk med den ytre trommel 10 er det anordnet et indre perforert nav eller rørhylse 18. Det indre nav 18 er festet konsentrisk inne i trommelen 10 ved hjelp av en rekke radielt rettede skillevegger 20 (se fig. 3) som også tjener til å inndele ringrommet mellom den ytre trommel 10 og den indre rør-hylsen 18 i ringsektorer, slik det best er vist på fig. 3. Skilleveggene 2 0 strekker seg fra den ytre trommel 10 til heni-mot aksen for det indre nav, slik at også det indre rom i det indre nav blir oppdelt i en rekke sektorer med sektorformede kam-mere 21, slik det er best vist på fig. 3. Skilleveggene 20 er slik dimensjonert at det dannes en kanal 19 ved sentrum for det indre nav for dermed å forenkle renholdet av innsiden av det indre nav 18.

Flere radielt rettede oppdemningsplater er anordnet

i avstand fra hverandre i. lengderetningen i ringrommet mellom den ytre trommel 10 og det indre nav 18, for å lette separerin-gen av olje/vann i separatoren. Innløpsplaten 22, utløpsplaten 28 og trinnplatene 24 og 26 er festet til det perforerte indre nav 18. Sammenstillingen med platene 22, 24, 26 og 28 er for-bundet med innløpsendeplaten 12-og utløpsendeplaten 16 ved hjelp av en rekke bolter 12b, resp. 16b. Platene 24, 26 og 28 frem-bringer en strømningsbane for de tyngre fluider som strømmer på langs gjennom separatoren mot utløpsenden. Som vist med piler på fig. 1 frembringes strømningsbanen forbi platen 24 ved hjelp av en rekke rundt platen anordnede åpninger 29a (se fig. 3), og strømningsbanen forbi platene 22, 26 og 28 dannes ved ringrom-mene utenfor den ytre omkrets av disse plater.

Innløpet til separatoren dannes av ringrommet 46 mellom den langsgående del av innløpsendeplaten 12 og et sentralt rør 30. Ved utløpsenden av separatoren er det anordnet to separate utløpskanaler, en første kanal for å fjerne materialet (vannet) med den høyere tetthet som presses utad mot den ytre trommel av sentrifugalkraften, og en annen kanal for å fjerne materialet (oljen) med den lavere tetthet som strømmer

innad og gjennom det indre nav 18. Et sentralt utløpsrør 31

er anordnet konsentrisk inne i det langsgående parti av utløps-endepla ten 16 og danner skille mellom de to utløpskanaler eller -baner. Utløpskanalen 70 for det tyngre materiale dannes av ringrommet mellom utløpsrøret 31 og utløpsendeplaten 16, og ut-løpskanalen for det lette materiale ligger innenfor utløpsrøret 31.

Gass-separeringssonen ifølge foreliggende oppfinnelse ligger inne i gass-separeringskammeret 32 som konstruktivt er en del av det indre nav 18, men som er atskilt fra dette av platen 34. Endeplaten 36 for gass-separeringskammeret 32 kan være den innadstikkende del av innløpsplaten 22. Endeplaten 36 har en rekke i avstand fra hverandre anordnede gjennomgående perforeringer eller innløpsporter 38 for å slippe det gassformede materiale inn i gass-separeringskammeret 32, samt en annen rekke gjennomgående og i avstand fra hverandre anordnede perforeringer eller utløpsåpninger 40 for å returnere olje og vann fra gass-separeringskammeret til innløpsrotor området 42.

Innløpsrotoren består av en rekke krumme skovler 44 som i hovedsaken strekker seg fra innløpsringrommet 46 og ut til den ytre trommel og er anordnet på separatoraksen. Disse rotorskovler som er best vist på fig. 2, tjener til å føre olje/vann-blandingen eller emulsjonen utad og inn i ringrommet mellom den ytre trommel og det indre nav. Utløpsskovler 48 er utformet ved utløpsenden av separatoren mellom utløpsplaten 28 og utløpsende-platen 16 for å gjenvinne energi som tilføres fluidene som strøm-mer gjennom separatoren.

Gass-separeringssonen kan modifiseres slik som vist

på fig. 4 ved at det utformes innløpsporter 50 i endeplaten 52

for gasskammerhuset, samt langstående slisser 54 i gass-separe-ringsseksjonen 32 for det indre nav 18, slik at oljen og vannet som gassen er separert fra kan passere utad og inn i ringrommet mellom trommelen og det indre nav gjennom slissene 54. Det er utformet en gassutløpsdyse 56 for å fjerne gassen fra separatoren, og den er i hovedsaken identisk med gassutløpsdysen 29

som er vist i separatoren på fig. 1.

For å utvikle en trykkdifferanse mellom de lette gasser og de relativt tunge væsker i gassutskillingsområdet kan gassen passere over en plate eller åpninger i innløpsplaten eller

f.eks. enden 53 på platen 52.

Fig. 5 viser en modifikasjon av olje/vann/gass-separatoren på fig. 1, idet det her er anordnet organer for å fjerne faste partikler som finnes i olje/vann-emulsjonen eller blandingen som skal separeres. I denne anordning blir faste partikler slynget til den ytre trommel 10 av sentrifugalkraften, og de vil samle seg nær ved den første plate 24 som er avtettet mot det ytre skall ved hjelp av en O-ring 25. De faste partikler vil ha en tendens til å føres mot platen 24 på grunn a,v "vannet som strømmer i lengderetningen gjennom separatoren, men de vil avleires mot den indre flate 2 7 på den ytre trommel 10. En ventil 60 er anordnet i en "åpning 62 i den ytre trommel, og den kan åpnes periodisk for at faste partikler som er blitt opp-samlet i separatoren ved den første plate 24 skal kunne fjernes. En rekke opprenskningsplugger 64 er anordnet i endeplaten 12,

og ved hjelp av disse skaffes det adgang til det indre av trommelen ved det sted hvor de faste partikler oppsamles.

Under drift av separatoren strømmer olje/vann/gass-blandingen inn gjennom innløpsringrommet 46 på fig. 1 til inn-løpsplaten 22 hvor blandingen føres utover av rotorskovlene 44. Når blandingen føres utover av rotorskovlene 44, kommer oljen og vannet inn i den ringformede seksjon mellom den ytre trommel 10 og det indre nav 18 og oljen og vannet frigjøres fra hverandre og danner tre lag, idet oljelaget som er det letteste vil gravi-tere innover, mens det tyngre vann vil oppta det ytre området av ringrommet. Det tredje lag er olje/vann-emulsjon som separeres etterhvert som blandingen passerer gjennom separatoren. Strømningen for partiklene i de forskjellige lag er antydet med retningen for de på fig. 1 viste piler. Når olje/vann-blandingen blir ført utover av rotorskovlene blir de oppløste gasser fri-gjort fra olje/vann-blandingen, og på grunn av deres lave spe-sifikke vekt vil disse gasser strømme inn i gass-separeringskammeret gjennom portene 38. Olje og vann som skulle strømme inn i gass-separeringskammeret trykkes utad mot den ytre vegg i gass-separeringskammeret 32 og vil strømme ut gjennom portene 40 og videre utover til separeringsringrommet for olje og vann via rotorskovlene 44. Den gass som oppsamles i kammeret 32 fjernes fra separatoren gjennom dysen 2 9 og røret 3 0 som er forsynt med en passende trykk-kontrollanordning (ikke vist) for å kontrol-

lere væske/gass-nivået inne i gass-separeringskammeret.

Separeringseffekten for olje og vann blir øket ved

en trinneffekt, dvs. ved oppdelingen av separatoren i flere rom ved hjelp av de indre plater 24 og 26. Når vannet tvinges innad langs platen 24 (faste partikler blir tilbake på veggen av trom-

melen 10 slik som vist på fig.5 ), vil oljelaget strømme til det indre av separatoren gjennom perforeringene i det indre nav 18. Eventuelt restvann som skulle bli igjen i det indre oljelag vil

av sentrifugalkraften bli presset utover mot det ytre vannlag. Vannstrømmen fortsetter i lengderetningen og utad rundt platen 26 og inn i det siste ringrom, hvorpå det strømmer utover ut-løpsplaten 28 og gjennom ringrommet 70. Den fraseparerte olje fjernes fra separatoren gjennom oljeutløpsrøret 31.

Skovlene 48 gjør det mulig å gjenvinne energi fra

væsken som strømmer gjennom separatoren. Denne energi blir selvsagt tilført væsken av innløpspumpen (ikke vist) og kan benyttes som hjelp til å rotere separatoren.

Claims (4)

1. Sentrifugalseparator for separering av olje/vann-blandinger og med fraseparering av tilstedeværende gass, omfat-

tende en roterbar trommel (10), en perforert indre rørhylse eller nav (18) konsentrisk anordnet i trommelen (10), et innløpsrør (46) for innmating av blandingen inn i trommelen (10), samt en utløpsanordning (31,70) for å fjerne det separerte fluidum,karakterisert ved at organene for separering av gass er anordnet nær og i tilknytning til innløpsområdet (42), at trommelen (10) ved innløpsområdet er forsynt med rotorskovler (44), at et gass-separasjonskammer (32) med innløpsåpninger (38) for gass er anordnet inne i trommelen (10) i tilstøtning til inn-løpsområdet (42), samt ved at utløpsåpninger (40) for olje/vann er anordnet mellom kammeret (32) og innløpsområdet (42), alternativt trommelkammeret (21) i tilstøtning med innløpsområdet (42), samt et sentralt anordnet utløpsrør (30) for fjernelse av gass fra kammeret (32).

2. Sentrifugalseparator som angitt i krav 1, karakterisert ved at utløpsskovler (48) er anbrakt i den roterbare trommelen (10) i tilstøtning til utløpsanordnin-gen (70) for å gjenvinne energi som tilføres fluidene.

3. Sentrifugalseparator som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at gassutløpsrøret (30) er anordnet inne i innløpsrøret (46), og ved at utløpet (31) for fjernelse av fluidum med høy tetthet er anordnet inne i utløps-anordningen (70) for fjernelse av fluidum med høy tetthet fra trommelen (10).

4. Sentrifugalseparator som angitt i krav 1, 2 eller 3,karakterisert ved en trykkregulator som er installert i gassutløpsrøret (30). 5.. Sentrifugalseparator som angitt i krav 1, 2 eller 3,karakterisert ved at det ringformede rommet mellom trommelen (10) og den perforerte indre rørhylsen (18) er oppdelt ved hjelp av tversgående skillevegger eller plater (24,26), slik at det er dannet atskilte romseksjoner, hvilke romseksjoner står i innbyrdes forbindelse ved hjelp av åpninger (29) anordnet i platene (24,26).